DE1807146B2 - Einrichtung zur signalidentifizierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Signal identifizierung, die einen Speicher mit zahlreichen Ausgangsleitungen aufweist zum Speichern der Polaritat eines Signals in einer Anzahl von Eintastaugenblikken im Signalablauf sowie ein Signalkorrelationsnetzwerk, das mit dem Speicher gekoppelt ist, um ein Maximumsignal zu erzeugen, wenn eingetastete Proben eines Signals, d.is die besonderen, zu ko.relierenden Eigenschaften besitzt, dem Korrelationsnetzwerk zugeführt werden, und Mittel zum gleichzeitigen Zuführen der Eintastsignalwerte eines Signals aus dem Speicher zum Korrelationsnetzwerk.

Auf vielen Anwendungsgebieten benötigt man Einrichtungen, in denen die Phasen- und Amplitudenwerte von Vergleichswellenformen festgehalten werden können. Solche Einrichtungen ermöglichen dann die Feststellung, ob eine Eingangswellenform im wesentlichen die gleiche Phasen- und Amplitudenwerte hat wie eine festgehaltene Vergleichswellenform. Die Funktion einer derartigen Einrichtung ist ein Wellenformdetektor. Anwendungsgebiete dafür sind unter anderem Informationsverarbeitungsgeräte, Sprachanalysatoren, Prüfgeräte, Radareinrichtungen und dergleichen. <«>

Eine Anwendung betrifft ein Korrelationsnetzwerk für Dopplerradar. Eine Ausführungsform eines Impulsdopplerradars macht die gleichzeitige Untersuchung von 250 Signalwellenformen entsprechend den Ausgangswellenformen von 250 Entfernungstorschaltungcn ds auf das Vorhandensein von Dopplerinformationen notwendig, die die Zielkörpergeschwindigk it angeben. In einem solchen System werden etwa 40 Dopplerfilter mit einer Bandbreite von 0,5 kHz benutzt, damit ein Frequenzbereich von 0 bis 20 kHz überdeckt wird. Jede der 250 Signalwellenformen muß zuvor durch 40 Dopplerfilter verarbeitet worden sein. Infolgedessen benötigt man für ein Radarsystem mit 250 Entfernungsintervallen und einer 0,5-kHz-Auflösung in einem 20-kHz-Frequenzbereich 10 000 Filter, damit alle möglichen Entfernungs- und Dopplersignale aufgearbeitet werden können. Außerdem ist für den Ausgang eines jeden Filters eine Nachweisschaltung erforderlich. Derartige Systeme benötigen eine große Anzahl von Bauelementen und sind deshalb umfangreich und kostspielig.

Es is' außerdem eine Lernmatrix für Analogsignale bekannt. Diese besitzt einen Korrelator, bei dem eine Proportionalspeicherung angewendet wird, um ihn aufzubauen. Außerdem wird für den Lernvorgang vor der Erkennung die Amplitudeninformation gespeichert.

Bei einer anderen, in den Bereich der Erfindung fallenden Schaltung (US-PS 32 22 645) werden die Kerne einer Kernmatrix, denen das Wort von einem Schieberegister zugeführt wird, gesetzt oder gelocht, wo/u ein erheblicher Schaltungsaufwand nötig ist und was die Anwendung für Dopplerradar aus dem Grunde unmöglich machen würde.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den Schaltiingsaufwand und im Zusammenhang damit die notwendige Anzahl von Korrelationsnetzwerken zu verringern. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauplanspruchs gelöst.

In einer Reihe von vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Unteransprüchen kann die Erfindung speziellen Gegebenheiten angepaßt oder in Einzelfällen weiter vervollkommnet werden, was aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung im einzelnen deutlich wird. Darin stellt dar

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Wellenformdetektors nach der Erfindung,

F i g. 2 e-ne zweite Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Die Abfrage^ignale für das Korrelationsnetzwerk werden nacheinander durch Abfrage des zeitlichen Verlaufs der Eingangswellenform gewonnen. Innerhalb des Korrelationsnetzwerkes befinden sich Gruppen von Magnetkernen zur Summierung der Abfragesignale, die eine Phasenbeziehung entsprechend der, Vergleichssi gnalen haben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung. Die zu erkennenden Wellenformen beaufschlagen eine Vielzahl von Zeilenleitern H\ ... f/250 einer Speichermatrix 10, die au? einer Vielzahl von Magnetkernen 11 in den Schnittpunkten der Zeilen und Spalten der Matrix besteht. Im Rahmen des erläuterten Ausführungsbeispiels hat die Matrix 10 eine Verarbeitungskapazität für 250 Signalwellenformen. Man kann jedoch auch mehr oder weniger Signalwellenformen verarbeiten, indem man eine entsprechende An/ahl von Zeilen hinzufügt oder wegläßt, jeder Kern ist an einen einzigen Spaltenleiter Vl ... V200 der Matrix angekoppelt. Anstelle von 200 Vertikalleitern kann die Anzahl derselben in Abhängigkeit von der Anzahl der Abfragezeitpunkte für die Eingangswellenform vergrößert oder verkleinert werden.

Ein Signal wird in einem Kern 11 gespeichert, wenn derselbe gleichzeitig durch ein Eingangssignal auf dem

horizontalen Zeilenleiter und einen Einschreibimpuls von einem Abfrager 79 auf den entsprechenden vertikalen Spaltenleiter erregt wird. Der Abfrager legt jeweils nacheinander .Schreibimpulse an die vertikalen Spaltenleiter mit einer Taktfrequenz an, mit der die Eingangswellenform abgefragt wird. Der Abfrager kann einen einfachen Impulsgenerator und ein Schieberegister enthalten. Schaltstufen zur Einstellung der erforderlichen Signalpegel zum Einschreiben in die Speicherkerne sind bekannt und nicht dargestellt, es kann sich dabei um Verstärker, Begrenzer usw. handeln.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt in der Verwendung von Ringkernen 13 in einem Korrelationsnetzwerk 12, das mil der Speichermatrix 10 gekoppelt ist. Innerhalb des genannten Widerstands-Korrclationsnetzwerkes sind gewichtete Widerstände derart benutzt, daß der in jedem Widerstand gebildete Signalanteil proportional der Signalamplitude in dem betreffenden Abfragepunkt der Eingangswellenform ist. Wenn die Widerstände durch kleine Ringkerne ersetzt werden, die matrixartig ähnlich wie die Speichermatrix verdrahtet sind, werden die Widerstandsausgangsanschlüsse des Korrelationsnetzwerkes dadurch durch eine induktive Transformatorkoppelung ersetzt, so daß man eine Matrix mit einem vielfach komprimierteren Aufbau erhah, wodurch sich die Herstellungskosten verringern. Damit man jedoch die verschiedenen Widerstände mit unterschiedlichen Werten nachbilden kann, sind verschiedene Arten von Ringkernen mit unterschiedlichen Ausgangspegeln erforderlich. In anderer Weise wären für das Korrelationsnetzwerk jeweils mehrere gleichartige, hintereinander oder parallelgeschaltete Widerstände erforderlich oder auch Wicklungen mit mehreren Windungen auf den einzelnen Kernen.

Um diese Notwendigkeil auszuschalten, werden die Weilcnfurmen der Korrclationsfunktion durch drei Amplitudenwerte +1,0, —1 angenähert. Dieses ist in Fig. 1 für die 4,167-kHz-Wellenform gezeigt, wo die Sinuswelle 14 durch eine Wellenform aus drei Amplitudenpegeln 16 ( + 1). 17 (0) und 18 (-1) nachgebildet ist. Die dargestellte Wellenform isi eine reine Sinuswelle. Die tatsächliche Eingangswellenform braucht jedoch keine Sinuswelle zu sein, derselben kann Rauschen überlagert sein, das statistisch eine gleiche Anzahl von » + «- und » - u-Signalen liefert.

Hier kann man einwenden, warum die Sinuswellc nicht durch zwei Amplitudenpegel, also durch eine Rechteckweile, angenähert wird, da für bestimmt.· Anwendungen (Doppler-Frequenzbestimmungen) da«· Korrelationsnetzwerk nur eine bestimmte Einzelfrequenz aussieben soll. Diese Annäherung wäre jedoch ungenügend, da man nicht die Möglichkeit erhielt, eine Sinuswelle von einer rauschbeladenen Wellenform abzutrennen, wo die Signalwellenform mit Rauschen überladen ist. Das Rauschen tritt statistisch auf und kann einen wesentlichen Amplitudenbetrag zu einem beliebigen Zeitpunkt lieiern, wogegen die Signalteile der Sinuswclle in der Nähe eines Nulldurchgangs nur sehr wenig zur Amplitude beitragen. Zur Ausnutzung dieses Vorteils und damit zur Vergrößerung des Signal Rausch-Verhältnisses werden nur die Hauptteile der Sinuswelle ausgenutzt. Der Teil der Sinuswelle, wo sie eine minimale Amplitude hat, wird vollständig ausgeschaltet (jeweils 30° auf jeder Seite eines Nulldurchgangs in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel). Damit schaltet man einen Bereich aus, der eine sehr geringe Nutzinformation enthält, damit wird in diesem Bereich auch das Rauschen herabgesetzt. Somit wird der Rauschpegel in diesem Bereich vollständig ausgeschieden, ohne daß ein merklicher Informationsverlust eintritt. Ein weiterer Grund liegt darin, daß bei

s Annäherung der Sinuswelle durch zwei Amplitudenpegel, also durch eine Rechteckwelle das Korrelationsnetzwerk nicht nur auf die Frequenz der fraglichen Sinuswelle sondern auch auf ganzzahlige Vielfache dieser Frequenz ansprechen würde oder auf Rauschsignale, die eine Frequenz entsprechend einem ganzzahli gen Vielfachen der fraglichen Frequenz haben. Dadurch würde sich eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses ergeben. Der Drei-Pegel-Korrelator nähen eine Sinuswclle in ausreichendem Maße an, um die

i<i genannten Einflüsse herabzusetzen.

Die Verwendung dieses Drei-Pegel-Korrelators erlaubt die Verwendung einer einzigen Type von Ringkernen, die jeweils für ein » + «- oder » — «-Aus gangssignal geschaltet sind oder vollständig an be stimmten Kreuzungspunkten der Korrelationsmatrix für einen »O«-Signalpegel fehlen.

Die Ausführungsform nach F i g. I zeigt einen Teil de¹-Korrelationsnetzwerkes mit Ringkernen zur Drei-Pe gel-Nachbildung einer Sinuswelle. Das Korrelations netzwerk 12 zeigt die Anordnung von Kernen zur Korrelierung von zwei Signalen 14 und 30 von 4,167 kHz und 5 kHz, bei den Formen von. Sinusweiler., die in Drei-Pegel-Annäherung die Wellenformen 15 und 19 ergeben. Die jeweils untere Zeile der Kennsignair unterhalb der nachgebildeten Sinuswellen gibt die Polarität der Kernausrichtung innerhalb der Korrelationsmatrix an, d. h. ob der betreffende Kern in positive:- oder negativer Richtung verdrahtet oder in der betreffenden Stellung vollständig ausgelassen werdet-; muß. Die Welleni'ormen der 4,167- und 5-kHz-Signak sind in einer bestimmten Beziehung zu der Speichermatrix eingezeichnet. Sie stellen die Annäherung der Zeit-Phasen-Kenngrößen der betreffenden Wellenformen dar, wie sie auf zwei der 250 Horizontalleiter

_4Li erscheinen, z. B. auf den Horizontalleitern H1 und H 2.

Der Verarbeitungsplan für das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung macht es erforderlich, dab die Spaltenleiter mit einer Schrittfolge von 20 usec abgefragt werden. Für die Abfrage der 200 Spaltenleitei ist somit eine Gesamtzeit von 4 msec erforderlich. D;i eine 5-kHz-Wellenform jeweils nach lCX^sec die Polarität wechselt, weist die Wellenform 19 in Fi g. 1 jeweils nach 5 Spaltenleitern einen Nulldurchgang auf Entsprechend hat die ebenfalls dargestellte 4,167-kHz- Wellenform jeweils nach 6 Spaltenleitern einer Nulldurchgang.

Im Betrieb werden die Magnetkerne 11 dei Speichermatrix 10 zunächst in eine Ausgangsrichtunj eingestellt die als »0«-Zustand festgelegt ist. Di< Kenngrößen der Einrichtung sind so gewählt, daß zu: Umschaltung eines Magnetkerns in den entgegenge setzten Zustand (einen »1«-Zustand) die Koinziden; eines positiven Signalimpulses und eines Schreibimpul ses erforderlich ist Zur Umschaltung eines Magnet kerns aus dem »0«-Zustand in den »!«-Zustand mul etwa die halbe notwendige Energie von dem Eingangs signal auf dem Zeilenieiter und die andere Hälfte voi dem Schreibimpuls geliefert werden; das einzelne Signa selbst reicht zur Umschaltung eines Kerns nicht aus. D diese Signale koinzidieren müssen, kann jeder Kern al Und-Schaltung aufgefaßt werden. Es mögen sich als< alle Kerne der Speichermatrix in einem »0«-Zustan befinden und Eingangswellenformen 15 und 19 at

einem Zeilenleiter HX bzw. H 2 erscheinen. Eine aufeinanderfolgene Tastung der Spaltenleiter mit 20-nsec-Schritten bewirkt eine Übertragung der Zeit-Polaritäts-Kenngrößen der Signalwellenform in die Speichermatrix. Dieses geschieht folgendermaßen: Während der ersten lOC^sec und damit während der fünf ersten Abfrageimpulse führt der Zeilenleitcr H 2 ein positives Potential. Eine Koinzidenz /wischen diesem positiven Spannungspegel des Zeilenleiters und den jeweils wirksamen Schreibimpulsen führt zu einer Erregung der Magnetkerne 20... 24 und stellt dieselben in »!«-Zustand. Während der folgenden KX^sec führt der Zeilenleiter H 2 ein negatives Potential, so daß keine Koinzidenz einer positiven Signalspannung mit Schreibimpulsen auftritt. Infolgedessen werden die Kerne 25 ... 29 nicht erregt und bleiben im »O«-Zustand. Die restlichen Magnetkerne des Zeilenleiters H2 werden in gleicher Weise erregt, wenn die Spaltenleiter bis zum Leiter V200 abgefragt werden. Gleichzeitig wird die Wellenform 14 in den Zeilenleitcr H\ übertragen. Infolge der niedrigeren Signalfrequenz bleibt jedoch der Zeilenleiter jeweils für eine längere Zeitdauer auf einer positiven Spannung, so daß schließlich sechs Magnetkerne (die Kerne 31 ... 36) erregt und in einen »1«-Zustand umgeschaltet werden. Die nächstfolgenden sechs Magnetkerne 37 ... 42 verbleiben im »O«-Zustand. Damit wird das Zeit-Polaritäts-Verhalten der beiden Signalweilerilormen in der Speichermatrix festgehalten.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung sind verschiedenartige Summierungsschaltungen des Korrelationsnetzwerkes 12 mit den Spaltenleitern verbunden. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 sind zwei Summierschaltungen dargestellt, eine für die Summierung eines 5-kHz-Signals und die andere tür die Summierung eines 4,167-kHz-Signals. Diese Summierschaltungen bestehen aus Koppelstellen mit bestimmten Spaltenleitern über Ringkerne, die nach einem solchen Muster ausgewählt sind, das mit der Zeit-Phasen-Beziehung der Signalwellenform übereinstimmt. Zum Beispiel bildet der Zeilenleiter 41 zusammen mit entsprechenden Ringkernen eine Summierschaltung zum Nachweis einer 5-kHz-Wellenform, der Leiter 44 bildet zusammen mit entsprechenden Ringkernen eine Summierschaltung für eine 4,167-kHz-Wellenform. Die Ringkerne der Summierschaltungen sind im Sinne einer positiven Korrelationsbildung mit positiven Wellenformabschnitlen und im Sinne einer negativen Korrelationsbildung mit negativen Wellenformabschnitten verdrahtet. Dort wo die Summierschaltungen mit einem Nulldurchgang korrelieren, sind die betreffenden Ringkerne ausgelassen, d.h. die Zeilenleiter des Korrelationsnetzwerkes sind nicht durch die betreffenden Ringkerne gefädelt Jedes Korrelationsnetzwerk ermöglicht aufgrund seiner Verdrahtung die Erkennung einer bestimmten Wellenform.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß jede der dargestellten Anordnungen anderen Anordnungen mit gleichen Anzahlen von positiven und negativen Abfragewerten gleichwertig gemacht werden kann, indem man die Abfragefolge der Spaltenleiter während einer Schreibperiode so ändert, daß die Anordnung der Spaltenleiter mit der geänderten Anordnung übereinstimmt

Beim Auslesen der Speichermatrix 10 werden die Zeilenleiter Hi ... H250 nacheinander durch Leseimpulse eines Lese-Abfragers 80 erregt, der auch mit dem Abfrager 79 kombiniert sein kann. Wenn ein ausreichend großer Leseimpuls an einem Zeilenleiter anliegt.

werden die Magnetkerne der betreffenden Zeile, die zuvor erregt waren und sich im »1 «-Zustand befinden, umgeschaltet und in den »0«-Zustand zurückgestellt. Diese stellt eine zerstörende Auslesung dar, wobei Impulse auf entsprechenden Spaltenleitern auftreten. Diese Impusle werden in der Siummierungsschaltung summiert. Magnetkerne, die im >O«-Zustand geblieben waren, bleiben von den Leseimpulsen unbeeinflußt, so daß auf den entsprechenden Spaltenleitern kein

ίο .Signalimpuls erscheint. Wenn der Zeit-Phasen-Verlauf der von den Zeilenleitern abgenommenen Wellenformen mit der Einstellung einer bestimmten Summierschaltung übereinstimmt, kann von der betreffenden Summierschaltung ein maximales Ausgangssignal abgenommcn werden. Wenn beispielsweise der Zeüenleiter H2 nach Fig. 1, der den Zeit-Phasen-Verlauf der 5-kHz-Wellenform 30 enthält, durch einen Leseimpuls getastet wird, werden positive Ausgangsimpulse der Kerne 21 ... 24 die entsprechenden kingkerne 45 ... 48 der Summierungsschaltung umschalten. Am Kreuzungspunkt des Spaltenleiters Vl mit dem Zeüenleiter 43 befindet sich kein Ringkern, da eine Drei-Regel-Annäherung (Wellenform 19) benutzt ist und sich dieser Spaltenleiter innerhalb eines Winkelbereichs von ±30° gegenüber einem Nulldurchgang befindet, wo gemäß der obigen Erläuterung eine Einstellung auf Null erfolgt. Von den Kernen 25 ... 29 erhält man keine Impulse, da sich dieselben im »O«-Zustand infolge des negativen Phasenbereichs der Eingangswellenform befinden. Die verbleibenden Gruppen der Korrelator-Ringkerne werden durch die Ausgangssignale der übrigen Magnetkerne des Zeilenleiters H 2 in entsprechender Weise eingestellt.

Die Angaben unterhalb der Wellenform 30 des 5-kHz-Signals stimmen mit den Ausgangsimpulsen der Spaltenleiter überein. Das » + «- und »-«Zeichen für die Speichermatrixeinstellungen zeigt die Polarität des Signals auf dem Zeüenleiter H 2 in dem jeweiligen Zeitpunkt eines Einschreibsignals und damit die Einstellung der entsprechenden, mit dem Zeüenleiter verkoppelten Magnetkerne an. Kerne auf dem Zeüenleiter H 2 entsprechend einem » + «-Zeichen befinden sich im »1 «-Zustand, und Kerne mit einem » — «-Zeichen bleiben im »O«-Zustand. Da der Leseleiter 43 für die 5-kHz-Summierungsschaltung über Ringkerne mit Spaltenleitern der Matrix 10, die sich im »!«-Zustand befinden, gekoppelt ist, summiert er 12 Impulse der Spaltenleiter Vl ... V25, wenn der Zeüenleiter H2 ausgelesen wird, nämlich von den Ringkernen 45 ... 48.

63 ... 64 und 67 ... 70. Ein Kern, der durch eine nach rechts oben geneigte Linie dargestellt ist, liefert bei Umschaltung eines positiven Ausgangsimpulses, wogegen ein durch eine nach links oben geneigte Linie dargestellter Kern einen negativen Ausgangsimpuls liefert. Die Ringkerne 49... 52 und 53... 56 liefern keine negativen Impulse, wenn der Zeilenleiter H 2 ausgelesen wird, da alle Kopplungen zu Spaltenleitern gehören, deren Speicherkerne sich im Abfragezeitpunkt im »0«-Zustand befinden, so daß bei Abfragung des Zeilenleiters H 2 keine Impulse auftreten. Es werden infolgedessen keine Impulse umgekehrter Polarität von den 12 Impulsen subtrahiert, die in dem Lesedraht 43 summiert werden. Diese Verhältnisse liegen in allen 200 Spaltenleitern vor. so daß man ein maximales Ausgangssignal für ein Signal mit genauer Koinzidenz erhält.

Eine Betrachtung der Wellenform 14 des 4,167-kHz-Signals und dessen Zeit-Polaritäts-Beziehung gegen-

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über der Summierschaltung mit dem Leiter 44 und den zugehörigen Ringkernen läßt erkennen, daß man entsprechend ebenfalls ein Maximumsignal erhält. Die erste positive Halbwelle der Wellenform 14 erregt sechs Magnetkerne der Speichermatnx 10 und liefert nebeneinander sechs Impulse, von denen fünf durch die Ringkernc 57 ... 61 erfaßt und summiert werden, wenn der Zeilenleiter H1 ausgelesen wird; jede weitere positive Halbwelle des Signals liefert ebenfalls sechs Impulse, von denen ebenfalls fünf durch entsprechende Ringkerne bei Auslesen des Leiters /71 summiert werden. Somit liefert die Koinzidenz einer Eingangswellenform bestimmter Frequenz mit einem auf diese bestimmte Frequenz abgestimmten Korrelationsnetzwerk ein Maximumsignal.

Wellenformen, die nicht zu dem Korrelationsnetzwerk passen, ergeben in den verschiedenen Ringkerngruppen bei Tastung derselben Ausgangssignale unterschiedlicher Polarität, die sich innerhalb des gesamten Umfangs von 200 Spaltenleitern im wesentlichen gegeneinander aufheben und somit ein sehr kleines Ausgangssignal liefern, wenn überhaupt ein Ausgangssignal erscheint. Dieses erkennt man durch Vergleich der 4,167-kHz-Wellenform in Fig. 1 mit dem 5-kHz-Korrelationsnetzwurk. In diesem Fall werden Magnetkerne 31 ... 36 und 57 ... 62 erregt und in ihren »lu-Zustand geschaltet, wenn die 4,167-kHz-Wellenform in den Zeilenleiter H 1 eingeschrieben wird. Wenn der Zcilenleitcr //1 ausgelesen wird, erscheinen Impulse auf den Spaltenleitern V2... V 7 und V 14... V19. Die Ringkerne 45, 4b, 47, 48, 63 und 64 werden durch die Impulse auf den Spaltenleitern V2, V3, V4, V5, V 14 und V 15 in positiver Richtung geschaltet, die Ringkerne 49, 53, 54 und 55 durch die Impulse auf den Spaltenlcitern V 7, V17, V18 und V19 in negativer Richtung. Die Leiter V'6 und VI6 sind mit keinen Ringkernen verknüpft, da diese Leiter auf eine »0«-Korrelation für eine 5-kHz-Wellenform eingestellt sind. Die sechs Impulse der Ringkerne 45, 46, 47, 48, 63 und 64 werden mit der. vier negativen Impulsen der Ringkerne 49, 53, 54 und 55 summiert, so daß man im Ergebnis einen kleinen positiven Ausgangsimpuls erhält, wobei sich die meisten Einzelimpulse gegenseitig ausgelöscht haben. Diese gegenseitige Auslöschung von Impulsen erfolgt über die Gesamtheit der 200 Spaltenleiter. Wenn somit überhaupt eine Ausgangsspannung auftritt, stellt der genannte Auslöscheffekt sicher, daß uie Ausgangsspannung unter dem Schwellenwert des Schwellenwertdetektors liegt.

Die Signalspeicherung und Korrelationsbildung innerhalb des Detektors nach der Erfindung ist aufgrund der Annahme beschrieben, daß Wellenformen mit bestimmter Phasenbeziehung gegenüber dem Schreibabfrager in die Speichermatrix eingeschrieben sind. Es soll also im Augenblick der Erregung des ersten Spaltenleiters auf dem Zeilenleiter WI gerade ein positiver Spannungspegel am Beginn einer positiven Halbwelle erscheinen. Dieses ist selbstverständlich nicht immer der Fall. Doch kann man andere Korrelationsnetzwerke vorsehen, die zum Nachweis einzelner Signale mit anderer Phasenbeziehung gegenüber der Abfragefolge der Spaltenleiter geeignet sind.

Eine Wellenform, die eine Gegenphasigkeit von 180° gegenüber der Abfrageimpulsfolge der Spaltenleiter aufweist, liefert eine ähnliche Summierung gleichphasiger Signale, jedoch mit negativer Polarität

Der ungünstigste Fall hinsichtlich des Korrelationsnetzwerkes ist durch eine Wellenform mit einer Phasenverschiebung von 90° gegeben. Innerhalb der Gesamtheit von 200 Spaltenleitern löschen sich die Impulse der Wellenform mit einer Verschiebung von 90° im wesentlichen gegenseitig aus, so daß man ein Ausgangssignal unterhalb der Nachweisschwelle erhält. Zur Behebung dieses Mangels, der normalerweise zu einem Nichtnachweis dieses phasenverschobenen Signals führen würde, kann man ein /weites Korrelationsnetzwerk vorsehen, das in F i g. 1 durch den Zeilenleiter

ίο 81 mit den entsprechenden Kernen verwirklicht ist. Diese Anordnung liefert eine genaue Koinzidenz mit einem um 90° phasenverschobenen 5-kHz-Signal 82 und stellt eine Maximumspannung am Ausgang zur Verfügung. Für eine 5-kHz Wellenform mit einer Phasenver-

is Schiebung von 270" erhält man einen gleichen Ausgangspegel mit negativer Polarität.

Wenn ein solches 90°-Korrclationsnetzwerk fm ein jedes zu erwartendes Signal benutzt wird, wäre im ungünstigsten Fall eine Phasenverschiebung von 45' 135°, 225° oder 315° möglich. Doch erhält man in diesen Fällen noch Ausgangssignale mit einer Amplitude, die einen wesentlichen Anteil der Amplitude eines phasenrichtigen Signals ausmacht. Der Ausgangspegel eines Korrelationsnetzwerks für eiiie 45° phasenverschobene ist in den meisten Fällen für das Ansprechen der Schwellenwertschaltung ausreichend. Vergleichbare Ausgangspegel für eine 135",22S⁰ oder 315" phasenverschobene Wellenform werden durch das phasenrichtige oder 90° phasenverschobene Netzwerk erzeugt. Sollte ein höherer Ausgangspcgel für solche phasenverschobene Wellenformen notwendig sein, muß man lediglich zusätzliche Summierschaltungen in verschiedener Phasenbeziehung vorsehen. Zum Beispiel kann man anstelle eines einzigen zusätzlichen 90° phasenverschobenen Summierungsnetzwerks zwei 60° phasenverschobene Summierungsnetzwerke benutzen. Diese phasenverschobenen Korrelationsnetzwerke sind für Wider· stands-Korrelationsnetzwerke bereits vorgeschlagen. Bei Verwendung von Ringkernen ergeben sich jedoch nach der Erfindung die bereits obengenannten überraschenden Vorteile.

Die Verwendung von Standard Magnetkernen in dem Korrelator 12 macht Treiberverstärker zur Einstellung der Kerne erforderlich. Außerdem müssen Schaltstufen zur Rückstellung der Kerne am Ende jedei Leseperiode zur Verfügung stehen. Deshalb werder nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Kerne 13 mit einer linearen Transformatorkennlini« benutzt, da innerhalb des Korrelators eine Kernum schaltung nicht erforderlich ist. Infolgedessen kann mar Spalten-Treiberverstärker sowie Rückstell-Treiber ein sparen. F i g. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform dei Erfindung. Dabei besitzt die Speichermatrix 10 ebenfall: 200 Spalten und 250 Zeilen mit je einem Magnetkern an

Schnittpunkt jeder Spalte und jeder Zeile, womit di< Eingangswellenformen, die nachgewiesen werden sol len, gespeichert werden können. Zur Erläuterung sim ebenfalls zwei Eingangswellenformen von 4,167 kH: und 5 kHz dargestellt Die sinusförmige 4,".67-kHz-WeI

lenform äst in einer Drei-Pegel-Annäherung 15 und dl· 5-kHz-Wellenform in einer Drei-Pegel-Annäherung 1' gezeigt Die Wellenformen liegen jeweils an Zeilenlei tern //1 und H 2 an. Die Speicherung des Phasen-Zu Standes der beiden Signale in der Speichermatrix 10 is

ebenso wie bereits anhand der F i g. 1 erläutert De hauptsächliche Unterschied gegenüber dieser Ausfüh rungsform liegt im Aufbau des Korrelators 71. Bei der Ausführungs^rorm nach F i g. 1 war für jed

der 40 /u erkennenden Wellenformen eine Summierschaltung mit einer Vielzahl von Kernen vorgesehen. Tür jede nachzuweisende Wellenform sind etwa 150 Kerne notwendig, so daß man insgesamt über 6000 Magnetkerne benötigt. Im Rahmen der Ausführungsform nach Fig. 2 siind für einen jeden Abfragepunkt zwei Kerne vorhanden, unabhängig von der Anzahl der nachzuweisenden Wellenformen. Infolgedessen sind bei dieser Ausführungsform nur 400 Kerne erforderlich, da 200 Abfragepunkte vorhanden sind. Zwei Reihen von Kernen sind innerhalb des Korrelators 71 vorhanden. Eine Reihe 72 gibt bei Erregung von Signalimpulsen von seilen der Speichermatrix 10 positive Ausgangssignale ab, die jeweils andere Reihe 73 gibt bei Erregung von selten entsprechender Kerne der Matrix 10 negative Ausgangsimpulse ab. Man erhält die gewünschten Ausgangsgrößen, indem man jeweils 40 Korrelations-Leseleiter durch bestimmte Kerne der 200 Kernpaare fädelt, leder Korrelationsfilter ist mit jedem Spaltenleitcr gekoppelt, indem man den Korrelationsleiter durch einen Kern mit positivem oder negativem Ausgang fädelt oder im Falle eines »0«-Ausgangs den betreffenden Kern vollständig ausläßt. Für die Korrelationsleseleiter 74 und 75 ist die Verknüpfung mit den Reihen der Kerne 72 und 73 entsprechend der Erkennung der gespeicherten Eingangswellenformen 14 und 30 dargestellt. Die Korrelationsleiter sind in gleicher Weise wse oben anhand der Fig. 1 erläutert durch Kerne für positive und negative Signale gefädelt. Die Korrelator-Kerneinstellungcn sind unten für die Drei-Pegel-Wellenformen 15 und 19 angegeben. Beispielsweise ist für die 4.167-kHz-Wellenform der Vcrgleichswert in der Spalte Vl »0«; deshalb reicht der Korrelationsleiter 74 durch keinen Kern dieser Spalte. Für die Spalten V2 ... Vb ist der Vergleichspegel »+ 1«: infolgedessen reicht der Korrelationsleiter 74 durch die Kerne mit positivem Ausgang in den Spalten VI ... V6. Für den Leiter V'7 ist wiederum der Vergleichst,ert »0«, so daß die Kerne der Spalte V7 nicht mit dem Korrclationsleiter 74 verknüpft sind. Die Vergleichseinstellungen der Spalten V8 ... VlO sind »-1«, infolgedessen reicht der Korrelationsleiter 74 durch die Kerne für negative Signalwerte dieser Spalten. In entsprechender Weise ist der Korrelationsleiter 74 mit Kernen in den übrigen Spalten verknüpft. Diese Verknüpfung ist ebenso für die übrigen 39 Korrelationsleiter durchgeführt, so daß dieselben mit den Einstellungen der Kerne verbunden sind.

Phasenverschobene K.orrelationswerke können auch in dieser Ausführungsform der Erfindung Verwendung finden, wie unter Bezugnahme auf F i g. 1 erläutert ist.

In F i g. 3 ist eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Speichermatrix 10 und die 4.lb7- und 5-kHz.-Wdienformen sind gleich den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen. Das wichtigste Merkmal dieser Ausführungsform der Erfindung liegt darin, daß nur 200 Kerne für den Korrelator 76 erforderlich sind, also die Hälfte der Ausführungsform nach Fig. 2. Die Anzahl der für den Korrelator 76 erforderlichen Kerne ist unabhängig von der Anzahl der zu erkennenden Signale und hängt allein von der Anzahl der jeweiligen Abfragepunkte ab. Infolgedessen erhält man einen kleinräumigen, kostensparenden und sehr zuverlässigen Korrelator. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Ausgangspolarität der Kerne allein durch die Fädelungsrichtung der Korrelations-Lcseleiter innerhalb der Kerne bestimmt. Die Kerne können fest aufgestellt sein. Ein Monteur braucht lediglich die Leiter nach einem vorgegebenen Muster durch die Kerne zu schleifen. Die Korrelations Leselciter 78 und 77 stellen die Art der Verknüpfung der Leseleiter mit den Kernen lürdie 5- und 4.167-kHz-Wellenform dar.

Die Berechnung der Fädelungsfolge ist sehr einfach,

2<, da der jeweilige Korrelationsleiter für eine Phasenkorrelation zwischen 30 und 1 50" in positiver Richtung, fur einen Phasenwinkel zwischen 210 und 330 in negativer Richtung durch einen Kern geschleift wird, während für alle anderen Phasenwinkel die bctreffenden Kerne ausgelassen werden. Da im Rahmen des dargestellten Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von Berechnungen erforderlich ist, wäre diese Berechnung außerordentlich mühsam. Die Berechnung erfolgt deshalb vorzugsweise mit einem Digitalrechner. Mil einem entsprechenden Programm erledigt der Rechner solche Berechnungen in weniger als einer Sekunde Zusätzlich kann man auch phasenverschobene Korrelationsnetzwerke bei dieser Ausführungsform vorsehen.

Im Rahmen der Ausführungsbeispiele sind Magnet kerne, insbesondere Kerne mit linearer Transformator kennlinie als Wandlerelemente dargestellt, die durch die Ausgangsimpulse der Speichermatrix erregt werden Der Grundgedanke der Erfindung kann in Verbindung mit einem jede.i Bauelement mit einem zweistufiger Verhalten Anwendung finden (ein Bauelement, da: mehr als einen Ausgangspegel abgibt), z. B. einei bistabilen oder astabilen Schaltstufe. Ein Twistor, eini Blendenplatte, ein Kondensator od. dgl. sind Beispiel* für solche Bauelemente.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Signalidenüfizierung, die einen Speicher mit zahlreichen Ausgangsleitungen aufweist zum Speichern der Polarität eines Signals in einer Anzahl von Eintastaugenblicken im Signalablauf sowie ein Signalkorrelationsnetzwerk, das mit dem Speicher gekoppelt ist, um ein Maximumsignal zu erzeugen, wenn eingetastete Proben eines ·ο Signals, das die besonderen, zu korrelierenden Eigenschaften besitzt, dem Korrelationsnetzwerk zugeführt werden, und Mittel zum gleichzeitigen Zuführen der Eintastsignalwerte eines Signals aus dem Speicher zum Korreiat'onsnetzwerL, da- '5 durch gekennzeichnet, daß das Korrelationsnetzwerk wenigstens eine Gruppe von Elementen (45-56, 63-70, 72, 73) mit linearen Magnettvandlereigenschaften hat, die mit ausgewählten Ausgangsleitungen (V \ - V 200) gekoppelt sind zur Erzeugung positiver oder negativer Ausgangssignale, abhängig von den Eintastsignalwerten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennreichnet. daß der Speicher eine Vielzahl bistabiler Logikelemente enthält, die in Spalten und Zeilen angeordnet sind, wobei ein elektrischer Leiter (Ht- //250) mit den Logikelementen jeder Zeile und ein elektrischer Leiter (V \ - V 200) mit den l.ogikelementcn jeder Spalte verbunden ist, daß den die Logikelemente der Zeilen verbindenden Leitern Signale zuführbar sind, daß zuerst aufeinanderfolgend Schreibimpulse den die Logikciemente der Spalten verbindenden Leitern zuführbar sind und daß anschließend aufeinanderfolgend Ausleseimpul fce den die l.oirikclemente der Zeilen verbindenden Leitern /uleitbar sind, wodurch Impulse, die Zeit-Polaritäts-Augenblickswerte von Signalen sind und Clen die Zeilen-Elemente verbindenden Leitern !zugeführt werden, an die Leiter übergeben werden, die die in Spalten angeordneten Leiterelemente verbinden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gruppe der Elemente (45-56, (63-70, 72, 73) mit linearen Magnetwandlereigenschaften an jede der Ausgangsleitungen angekopipelt sind und daß mehrere Korrelationsleitungen (43, 44, 81, 74, 75, 77, 78) an einzelne der linearen Magnetwandlerelemente angekoppelt sind, wobei deren Auswahl von dem zu korrelierenden Eingangssignal auf jeder Korrelationsleitung abhängt.

4 Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Elemente (72, 73) ein Elementenpaar mit linearer Magnctwandlercharaktenstik aufweist, das mit jeder der Ausgangsleitungen CVl-V200) gekoppelt ist. wobei ein Element (72) des Paares zur Erzeugung eines positiven Ausgangs und das andere (73) zur Erzeugung eines negativen Ausgangs angekoppelt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- *<o zeichnet, daß nur ein Element mit linearer Magnetwandlercharakteristik an jede der Ausgangsleitungen (V 1 - V 200) angekoppelt ist und die Korrelatior.sleitungen (77, 78) an ausgewählte Elemente gekoppelt sind, um darauf positive oder ^f>5 negative Impulse zu erzeugen, wenn die ausgewählten Elemente durch Signale auf die Ausgangsleitun- »en Beschältet sind.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4 oder 5, gekennzeichnet durch wenigstens eine Gruppe von Elementen mit linearer Magnetwandlercharakteristik, die mit den Ausgangsleitungen (V 1 - V 200) gekoppelt sind und auf phasenverschobene Signale ansprechen, die die besondere, zu korrelierende Charakteristik haben.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente (45 - 48,63 - 66,67 - 70) von jeder Gruppe der Elemente (45-56, 63-70) mit linearer Magnetwandlercharakteristik mit den Ausgangsleitungen gekoppelt sind zur Erzeugung positiver Ausgangswerte, wenn sie während der positiven Abschnitte der jeweiligen zu erkennenden Eingangssignale geschaltet werden, wenn das Eingangssignal in richtiger Phasenbeziehung zum Korrelationsnetzwerk (12) steht, und um negative Ausgangs werfe zu erzeugen, wenn das Schalten während der übrigen Zeit erfolgt, während den Ausgangsleitungen keine Signalabtastwerte zugeführt werden, wenn das zu erkennende Signal negativ ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente (45-48, 63-66, 67-70) jeder Gruppe der Elemente (45 — 56, 63-70) mit linearer Magnetwandlercharakteristik zur Erzeugung positiver Ausgangswerte an die Ausgangslei· lungen angekoppelt werden, wenn sie während des positiven Hauptabschnittes des zu erkennenden Eingangssignal geschaltet werden, sofern das Lingangssignal sich mit dem Korrelationsnetzwcrk in Phase befindet, und um neiMiive Ausgangswerte zu erzeugen, wenn während des negativen Hauptabschnittes des EingangssignaK geschaltet wird, während den Ausgangsleitungen keine Signalproben zugeleitet werden, wenn das Signal als negativ erkannt wird, und daß keine Elemente an die Ausgangsleitungen angekoppelt sind, wenn das Signal nahe seinem 0°- und seinem 180° ■Nulldurchgang ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erkennenden Signale im wesentlichen Sinusgestalt haben und nur ein Paar von Elementen mit linearer Magnetwandlercharakteristik mit jeder der Ausgangsleitungen (VX- V200) koppelbar ist

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element des Paares positive Ausgangswerte abgibt, wenn es von Signalen auf den Ausgangsleitungen geschaltet wird, während das andere Element des Paares negative Ausgangswerte abgibt, wenn es von auf den Ausgangsleitungen vorhandenen Signalen geschaltet wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch mehrere Korrelationsleitungen (74, 75), die mit ausgewählten Flementen gekoppelt sind und die Ansgangswerte der ausgewählton Elemente summieren zur Erzeugung von Signalen, die maxinnert werden, wenn auf den Ausgangsleitungen Proben der jeweiligen Signale vorhanden sind.

12. Hinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsleitungen (74, 75) mit Elementen zur Et/.eugung positiver Impulse gekoppelt sind, die mit Ausgangsleitungen verbunden sind, von denen die Abtasiproben der zu erkennenden Signale von den positiven Bereichen dieser Signale abgeleitet werden, sowie mit negative

Impulse erzeugenden Elementen, die mit den Ausgangsleitungen gekoppelt sind, auf denen die negativen Abschnitte der zu erkennenden Signale vorhanden sind, während den Ausgangsleitungen keine Signale zugehen, wenn die zu erkennenden Signale negativ sind.

13. Einrichtung nach Anspruch Π, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsleitungen (74, 75) mit positive Impulse erzeugenden Elementen gekoppelt sind, die mit Ausgangsleitungen verbunden sind, bei denen die Abtastproben der zu erkennenden Signale vom positiven Hauptbereich der Signale abgeleitet werden, und mit negative Impulse erzeugenden Elementen verbunden sind, die mit Ausgangsleitungen gekoppelt sind, an denen die negativen Hauptabschnitte der zu erkennenden Signale auftreten, daß keine Abtastproben den Ausgangsleitungen zugeführt werden, wenn die zu erkennenden Signale negativ sind, und daß keine Elemente nut den Ausgangsleitungen gekoppelt sind, wenn das Signal sich nahe dem 0°- und dem 180°-Nulldurchgangspunkt befindet.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsleitungen mit einem positive Impulse erzeugenden Element .·< gekoppelt sind, während sich das zu erkennende Signal im Winkel zwischen 30° und 150° befindet, und mit einem negative Impulse erzeugenden Element verbunden sind, während sich das Signal zwischen 210° und 330° befindet, während bei anderen Phasenwinkeln keine Kopplung vorhanden