DE1808635A1 - Signalkorrelator - Google Patents

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH ₈₀₃4 unterpfaffenhofen 12. November 1968

PATENTANWALT 1808635 blumenstrasse 6 Ell/Sm

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Meine Akte; P-2279

Anmelder: PRINCETON APPLIED RESEAItCH CORPORATION, Routes and 20b, Princeton, New Jersey OV54O, U.SA

Signa!korrelator

Die Erfindung betriff t die Korrelationsanalyse, insbesondere die Charakterisierung von Signalen und Zufallsprozessen durch Auto- und Kreuzkorrelationsfunkt ionen.

Übliche Signalkorrelatoren haben einen Quantisierer zum Umsetzen eines ersten Eingangssignals in ein modifiziertes h -Pulscodesignal, eine Verzögerungsleitung zum Speichern und Verzögern des Signals, einen Modulator zum Multiplizieren jedes verzögerten Signals nacheinander mit einem zweiten Eingangssignal, und einen Analogintegrator zur Integration des Ausgangssignals der Multiplizierstufe'. Das integrierte Signal ist die Zeitmittelkorrelationsfunktion. Bei der Erfindung .hat die Verzögerungsleitung eine Einrichtung zur gleichzeitigen Abgabe mehrerer verzögerter Misgangssignale, ferner sind ein Multiplizierer und ein Integrator für jedes derartige Signal vorhanden. Die integrierten Ausgangssignale werden nacheinander abgetastet, um die Korrelationsfunktion oder das Korrelogramm zu erzeugen.

Es ist bereits bekannt, daß die Korrelationsanalyse eine zweckmäßige Technik.zur Bestimmung der Spektral eigen-

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Schäften eines Signals oder einer Zeitfunkt ion oder der Ähnlichkeit zweier verschiedener Signale ist.

Ein Produkt einer Korrelationsfunktion ist das Langzeitmittei des Produkts von zwei Zeitfunktionen* Die vollständige Funktion ist erzeugt," wenn eine Verzögerung zwischen den beiden Zeitfunkt ionen variiert wird. Wenn zum Beispiel eine Zeitfunkt ion i'.(t) und eine andere Ze it funkt ion ί*_Ώ(ί -'■£"), wobei <Ά ti

r'eine endliche, variable Verzögerung bedeutet, kontinuierlich miteinander multipliziert werden und das Produkt kontinuierlich gemittelt wird, dann wird durch dieses Ergebnis die wahre mathematische Korrelat ionsfunkt ion gut angenähert.

Wenn f.(t) gleich f_ß(t - c" ) in jeder Hinsicht mit Ausnahme der Verzögerung £" ist, dann ist die resultierende Korrelationsfunktion die Autokorrelationsfunktion. Wenn jedoch ^_A(t) und f„(t) grundsätzlich verschiedene Punktionen sind, dann ist die resultierende Korrelationsfunktion die Kreuzkorrelationsfunktion. Die Ausganges i'inale in beiden Fällen sind Funktionen der Verzögerungszeit "C . Mathematisch wird die Autokorrelationsfunkt ion im allgemeinen so ausgedrückt:

f_A(t)f_A(t -r) dt (i)

—Τ

Mathematisch wird die Kreuzkorrelationsfunktion im allgemeinen so ausgedrückt:

ι i.

f( + \ -e ( + _ -ίτΛ η +■ ( ο \

Wegen einer genaueren Erläuterung der Korrelationsfunktion wird auf die einschlägigenVeröffentlichungen hingewiesen, die die stat ist ische Nachriclitentheorie betreffen. .

Typisch für den⁵ Stand der Technik ist ein Signalkorreiator, wie er" l^c)6i bekannt wurde.

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Im allgemeinen haben die bekannten Signalkorrelatoren einen Quantisierer zum Quantisieren eines ersten Analogsignals in Digitalform, zum Beispiel genannt modifizierte Form des S-Impulscodes, das in ein mehrstufiges Digitalschieberregister eingegeben wird, wobei jede Stufe eine andere Verzögerung vornimmt. Die Multiplikation des O-Pulscode- und des zweiten Analogsignals wird durch einen einzigen umkehrenden, schalterartigen Modulator vorgenommen, der in Serie zu jeder Stufe des Schieberregisters geschaltet ist/ während das zweite Analogsignal direkt in den Modulator eingegeben wird, Die verschiedenen Produktausgangssignale des Modulators werden in üblichen Analogintegratoren integriert, und die unterschiedlichen Integralwerte werden als Potentiale in Integrationskondensatoren gespeichert. Die gespeicherten Potentiale werden dann nacheinander durch eine übliche Einrichtung gelesen,, um das vollständige Korrelatxonsfunktionsintegral oder Korrelogramm zu ergeben.

Ein Hauptnachteil der bekannten Signalkorrelatoren besteht darin, daß wegen der Berechnung der Korrelationsfunktion nacheinander, das heißt punktweise, für verschiedene Werte der Verzögerung ¹T die Korrelationsfunktion beträchtlich verzerrt werden kann- Wenn die Signalzeitfunktionen sich langsam in der Zeit ändern, dann kann die Korrelationsfunktion so verzerrt werden, daß sie praktisch unbrauchbar wird.

In den bekannten Quantisierern wird der ^ς-Pulscode normalerweise in folgender Weise erzeugt:

Die beiden Zustände eines Multivibrators werden in einem Integrator gemittelt und mit dem umzusetzenden oder zu digitalisierenden Eingangssignal in Abhängigkeit von einem Taktimpuls verglichen, wobei der Zustand des Multivibrators sich in Abhängigkeit davon ändert, ob das Ausgangssignal des Integrators entweder über oder unter dem Momentanwert des Eingangs-

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signals zum Zeitpunkt des Eintreffens des Taktimpulses liegt.

Ep ist erkannt worden, daß unter gewissen Umständen !bei . derartigen Umsetzern die statistische Verteilung des Digitaloder S -Pulscodes nicht die beste ist, das Ausgangssignal ein beträchtliches Rauschen aufweist sowie eine Phasenverzögerung im erhaltenen S-Code auftritt (bekanntlich sind derartige Phasenverzögerungen schlecht für eine Signalkorrelation).

Der Signalkorrelator gemäß der Erfindung berechnet das (Auto- oder Kreuz-)Korrelationsfuhktionsin.tegral für mehrere Werte der Verzögerung gleichzeitig. Die beiden zu korrelierenden Signale werden in einen Kanal Α-Eingang bzw. einen Kanal B-Eingang eingegeben. Das in den Kanal A-Eingang . eingespeiste Signal wird verstärkt und dann digitalisiert (oder in den sogenannten modifizierten S-Pulscode umgewandelt), und zwar in einem Signalumsetzer, der die Quantisierer- und Abtastschaltung gemäß der Erfindung enthält. Das digitalisierte Signal pflanzt sich in einer Verzögerungsleitung fort, die ein Mehrelementeschieberregister aufweist, wobei jedes Element des Schieberegisters einen bistabilen Multivibrator hat und eine unterschiedliche Verzögerung erzeugt. Ein einzelner Multiplizierer ist an jeden Multivibrator in der Verzögerungsleitung angeschlossen, wobei das eine Eingangssignal für jeden Multiplizierer die durch seinen zugehörigen Multivibrator erzeugte Binärzahl ist, während das andere Eingangssignal der positive und negative Wert des in den Kanal B-Eingang eingespeisten Signals ist.

Das Ausgangssignal jedes Multiplizierers wird durch einen Betrieb-Ruhe-Transistorschalter (Zeitaussetzschalter) so durchgelassen, daß die Zeit ausgesetzt werden kann, falls es notwendig oder gewünscht ist; dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft, wenn Korrelationen für gepulste Phänomene von geringem Tastverhältnis gewünscht oder erforderlich sind. Nach dem Durchlassen wird das Produktausgangssignal jedes Multiplizierers in einem einzelnen zugehöi/rgen RC-Integratorkreis getnittelt, dessen Zeitkonstante groß genug ist, um die

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gewünschte Statistik zu ergeben. Die Integrator-Kondensatoren sind auch Speichereinrichtungen, und die Spannung jedes Kondensators ist repräsentativ für die Korrelationsfunktion des zugehörigen Werts der Verzögerung X. .

Zum Ablesen werden die Spännungspegel der einzelnen Kondensatoren zerstörungsfrei durch einzelne zugehörige Halbleiterschalter abgetastet, die geeignet in zeitlicher Folge betätigt werden. Gewünschtenfalls wird eine Ausgangssignalglättung vorgenommen, so daß die diskreten SOeiclierkondensator-Ausgangssignale durch eine glatte Kurve verbunden sind.

Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen bekannten Signalkorrelator nimmt der Signalkorrelator gemäß der Erfindung eine kontinuierliche Berechnung des Korrelationsintegrais vor, das gleichzeitig für mehrere inkrement getrennte Werte der Zeitverzögerung I berechnet wird.

Der Signalurasetzer gemäß der Erfindung hat die Quantisier- und die Abtastschaltung gemäß der Erfindung, wandelt ein Signal in Digitalform um, die für eine Weiterleitung durch ein Schieberregister geeignet ist, oder erzeugt einen modifizierten S-Pulscode durch das schnelle, periodische Abtasten des Binärzustands eines schnell oszillierenden bistabilen Multivibrators in Abhängigkeit von einem Taktimpuls. Der Multivibrator gemäß der Erfindung wird im Gegensatz zu dem bekannten Quantisierer nicht in Abhängigkeit von einem Taktimpuls geschaltet, sondern er schwingt in gewissem Sinn "frei" mit einer hohen Frequenz und wird in Abhängigkeit von einem Taktimpuls abgetastet. Ferner ist die Schaltfrequenz oder die Änderungsfrequenz des binären Zustande des Multivibrators der Quantisierschaltung gemäß der Erfindung hoch im Vergleich zu der'Abtastfrequenz der Abtastschaltung gemäß der Erfindung. Daher erzeugt im Vergleich zu dem'bekannten Quantisierer der Signalumsetzer gemäß der Erfindung eine bessere statistische Verteilung des erzeugten b-pulsoodes> er ist auch rauschärmer und der erhaltene Digitalcode oder modifizierte c-Code hat

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eine geringere Phasenverzogerung. Außerdem wird ein besserer ' ' Systemfrequenzgang erzeugt.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher eriäutert werden. Rs zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild mies Signalkorrelators gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines Signalumsetzers zum Umsetzen eines willkürlichen Signals in modifizierten c-Pulscode;

Fig. 3 ein Schaltbild eines Quantisierers zum Umsetzen eines Analogsignals oder eines anderen willkürlichen Signals in eine Pulsfolge veränderlicher Frequenz und Symmetrie;

Fig. ^ ein Schaltbild eines QuantisLerers zur Erzeugung binärer Einsen bzw. Nullen in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Quantisierers; und

Fig. 5 ein Schaltbild einer Rechenstufe gemäß der Erfindung .

In Fig. 1 ist das Schaltbild eines Signalkorrelators gemäß der Erfindung abgebildet. Der Signalkorrelator kann willkürliche Signale empfangen, und der Eingang des Korrelators ist ein Dualeingang, das heißt Kanal A- und Kanal B-Eingangsanschlüsse empfangen die willkürlichen Eingangssignale E bzw. E, . In Übereinstimmung mit der eingangs ge- gebenen Erklärung ist, falls F. von E, verschieden ist, die

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resultierende Korrelationsfunktion die Autokorrelationsfunktion. Unter willkürlichen Signalen sollen insbesondere Signale verstanden werden, die manchmal zeitveränderliche Signale oder Funktionen, periodische Signale, Binärsignale und Analogsignale genannt werden.

Der Signalkorrelator kann gewünschten- oder erforderlichenfalls geeignete Vorverstärker 10 und 12 zur Erzielung einer zweckmäßigen Signalkopplung und -verstärkung aufweisen. Er kann auch gewünschten- oder erforderlichenfalls eine geeignete Si'gnärdämpfuhgseinrichtung wie diö abgebildeten" variablen Potentiometer aufweisen, die zwischen den entsprechenden Eingangsanschslifs:sen und",deni:Vorverstärivern geschaltet ist.

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An den Vorverstärker IO ist, falls ein derartiger Vorverstärker vorhauden ist, ein Signalumsetzer Ik angeschlossen, der einen Quantisierer 16 und einen Abtaster IB hat.

Der Signalumsetzer ist ferner seinem Schaltbild nach in Fig. 2 abgebildet. Kr hat ein frequenzabhängiges Netzwerk (gewünschten- oder erforderlichenfalls), das einen Widerstand Hl und einen Kondensator Cl aufweist, den Quantisierer 16 mit einem Vergleicher 20, einem bistabilen Multivibrator 22 und einem Integrator 24 sowie die Abtastschaltung IH, Die Abtastschaltung 18 tastet den Bin trzustand des Multivibrators 22 in Abhängigkeit von einem Taktimpuls von einem geeigneten Taktoszillator 26 ab. Der Multivibrator 22 und die Abtastschaltung 26 werden zur Isolation dazwischen durch eine geeignete Verzögerungsleitung 28 getrennt.

Der Quantisierer setzt ein Analogsignal in eine Pulsfolge veränderlicher Frequenz und Symmetrie um. Das Ausgangssigual des Quantisierers16 wird nicht kohärent durch die Abtastschaltung 18 abgetastet, die binäre Einsen bzw. Nullen in Abhängigkeit davon erzeugt, ob das Quantisierer-Ausgangssignal positiv bzw. negativ zum Zeitpunkt der Abtastung ist. Wenn das nuantisierer-Eingangssignal Null ist, ist sein Ausgangssignal eine symmetrische Rechteckwelle, und dieAbtastscnaltung erzeugt statistisch die gleiche Anzahl von binären Einsen wie Nullen pro Zeiteinheit. Wenn das uuantisierer-IUngangssignal positiv ist, verschiebt die Symmetrie der Quantisierer-Ausgangspulsfolge sich positiv proportional zum Betrag des Quantisierer-Eingangssignals. Infolgedessen wird die Wahrscheinlichkeit, daß die Abtastschaltung einen positiven pegel feststellt, bedeutend gröber als die Wahrscheinlichkeit, dalJ sie einen negativen Pegel feststellt, und die Abtastschaltung erzeugt eine entsprechend größere Anzahl von binären Eins«n pro Zeiteinheit als binären Nullen.Daher ist das Ausgangssignal der Abtastschaltung eine Folge von Binärimpulsen, in der die Wahrscheinlichkeit, zu irgendeinem Zeitpunkt in einem binären Zustand zu sein, minus der Wahrscheinlichkeit, im anderen

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binären Zustand zu sein, proportional zum Momentanwert des Eingangssignals des Quantisierers ist.

Der Quantisierer und der Abtaster bilden zusammen einen Signalumsetzer, dessen Betrieb auf der Wahrscheinlichkeit und dem nichtkohärenten Abtasten beruht und der ein willkürliches Signal, z.B. ein Analogsignal, in Digitalform, z.B. den oben erwähnten modifizierten £> -Pulscode, umsetzt.

Gemäß Fig. 1 ist an den Abtasterausgang eine Verzögerungsleitung 30 angeschlossen. Die Verzögerungsleitung hat ein Mehrelement-Schieberegister, \vobei jedes Element 50 des Schieberegisters einen geeigneten bistabilen Multivibrator hat und eine andere Verzögerung erzeugt. Das Ausgangssignal jedes Multivibrators ist eine Folge von binären Impulsen. Daher erzeugt das Mehreletnent-Schieberegister 30 gleichzeitig mehrere Folgen von Binärimpulsen, wobei jede Folge um eine vorbestimmte Zeit verzögert ist.

Ein geeigneter einzelner Multiplizierer 32 ist an jedes Element der Verzögerungsleitung angeschlossen. Das eine Eingangssignal jedes Multipliziesrers ist die Binärzahl, die in seinem zugehörigen Verzögerungsleitungs-Element vorhanden ist, während das andere Eingangssignal das willkürliche Signal E, ist, das in den Kanal B-Eingangsanschluß eingespeist wird.

Gemäß Fig. 1 wird das willkürliche Signal E, , das vom Kanal B-Eingangsanschluß empfangen wurde, in einen geeigneten Puffer oder Phasenspalter 36 eingespeist, der an seinem Dualausgang sowohl den positiven als auch den negativen Wert des Eingangssignals abgibt. Das positive und das negative Signal werden parallel in jeden Multiplizierer 32 eingespeist. Daher erhält jeder Multiplizierer eine Folge von verzögerten Binärimpulsen von seinem zugehörigen Verzögerungsleitungselement und den positiven und negativen Wert des zweiten willkürlichen Signals. Jeder Multiplizierer erzeugt, was noch genauer erläutert werden wird, einen Ausgangswellenzug oder ein Signal,

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das zu einem beliebigen Zeitpunkt der positive oder negative Wert des zweiten willkürlichen Signals E, ist, was vom Binärzustand der Folge der verzögerten Binärimpulse (aus ihrem zugehörigen Verzögerungsleitungs-Element 50) zum gleichen Zeitpunkt abhängt.

An den Ausgang jedes Multiplizierers 32 ist ein Zeitaussetz(Betrieb/Ruhe)-Schalter 39- angeschlossen, an den jeweils ein RC-Integrationskreis 41 angeschlossen ist, dessen Zeitkonstante groß genug ist, um die gewünschte Statistik zu gewährleisten. Jeder Integrationskondensator C dient auch als Speicher, und die an jedem Kondensator anliegende Spannung stellt die Korrelationsfunktion für den zugehörigen Wert der Verzögerung X dar.

An jeden Kondensator C ist eiuzeln ein zugehöriger Leseoder Tastschalter 42 angeschlossen, und die Schalter 42 sind ihrerseits an eine Sammelleitung 44 angeschlossen. An die Sammelleitung 44 ist eine Hochimpedanzschaltung ha zum zerstörungsfreien Ablesen des Spannungspegels, auf den jeder der einzelnen Speicherkondensatoren C aufgeladen worden ist, beim aufeinanderfolgenden Schließen der Schalter 42 angeschlossen.

D-¹⁵S Ausgangssignal der Hochimpedanzschaltung 4y hat mehrere aufeinanderfolgende Stufen, wobei die Höhe jeder Stufe gleich dem Soannungspegel ist, auf den der zugehörige getastete Speicherkondensator C aufgeladen worden ist, während die Breite jeder Stufe die "Verweilzeit" pro Sneicherstufe ist, die ihrerseits von der Ablesegeschwindigkeit abhängt.

Gewünschten- oder zweckmäßigenfalls kann eine zusätzliche Glättung- oder Filterschaltung mit einem Widerstand 52 und einem Kondensator 54 an den Ausgang der flochimpedanzschal tung hu angeschlossen sein, um eine glatte, kontinuier-J iciie Ausgangsfunkt lon anstelle einer abgestuften Funktion zu ergeben.

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Gewünschten- oder erforderlichenfalls kann der Signalkorrelator einen Pufferverstärker 60 für eine geeignete Verstärkung des Korrelator-Äusgangssignals haben.

Gemäß Fig. 1 sind ferner ein Lesetaktoszillator 62 und eine Tastinatrix bk vorhanden, um nacheinander die Lese- oder Tastschalter k2 zu schließen. GewünschtenfaiIs 1st an die Tastinatrix 6h ein Sägezahngenerator 66 angeschlossen.

In Fig. 3 ist das Schaltbild eines Quantisierers gemäß· der Erfindung abgebildet. Der Quantisierer hat einen Emitterfolger mit einem Transistor Ql und einem Widerstand Rl, ein frequenzabhängiges Netzwerk mit einem Widerstand R2 und einem Kondensator Cl, einen Vergleicher mit Transistoren Q2 und Q3 sowie einer Konstantstromquelle einschließlich eines Transistors Q7 und Widerstände R3, Ri6 und 1117 , einen bistabilen Multivibrator mit Transistoren Q4 und Q5, Widerständen HA - RIl und Kondensatoren C2 und C3; und einen Integrator mit einem Transistor Q6, Widerständen R12 - R15, einem Kondensator Gk und einer Zener-Diode Di.

Beim Betrieb wird ein willkürliches Eingangssignal E in Analogform in die Basis des Transistors Ql eingespeist und dann zum frequenzabhängigen Netzwerk mit dem Widerstand R2 und dem Kondensator Cl übertragen, der die nicht interessierenden Frequenzen abschwächt. Das Signal wird dann in die Basis des Transistors Q2 eingespeist, wo es mit einem Rückkopplungssignal verglichen \iird, das in die Basis des Transistors Q3 eingespeist wird. Das Vergleicherausgangssignal steuert den Zustand des Multivibrators, wobei die Kollektoren der Transistoren Q2 und Q3 direkt mit den entsprechenden Basen der Transistoren Q4 und υ5 gekoppelt sind. Die Symmetrie oder der Zustand des MuItivibrator-Ausgaugssignals wird durch den Integrator festgestellt, und dessen. Ausgangssignal wird in die Basis des Transistors Q3 gedengelt ο popelt.

Eine hocnfrequente Schwingung tritt auf, da der Multivibrator eine bistabile Einrichtung ist und daher seinen

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Zustand jedesmal vollständig wechseln muli, wenn der Wert des Rückkopplungssignals den Eingangssignalpegel überschreitet. Das Quantisierer-Ausgangssignal ist ein Differenzsignal, das die Differenz der Kollektorspannungen der Transistoren il-k und 45 darstellt.

Ein veränderlicher Widerstand Hb kann verstellt werden, um die üleichspaunungspegel des Multivibrators zu ändern, so daß sein Ausgangssignal symmetrisch gemacht werden kann, wenn die Basis des Transistors Ql auf Erdpotential liegt. Die Zeitkonstante, die durch den Widerstand R2 und den Kondensator Gl erzeugt wird, wird genau gleich der Zeitkonstante des Widerstands Ii 13 und des Kondensators C^;i gewählt, um die mit der Frequenz ansteigende Amplitude, was in Systemen mit Integratoren in Gegenkopplungswegen auftritt, zu kompensieren.

Iu Fi,".. k ist das Schaltbild eines Abtasters aeinä:J der Erfindung ahf.ob i ldet. Der Abtaster hat eine Eiugangsstufe mit einem Oi f f'erentialabtaster, der Transistoren ^12 und Ql3 hat, deren Hasen zusammengeschaltet sind. Zwischen die Kollektoren der Transistoren Q12 und Q13 sind zwei emittercekoppelte Transistoren ^Ih und ψ 15 zum Abtasten des Aus-'iaugss igna I η des Quautisierers wahrend des Empfangs eines geeigneten T.ikt impulses geschaltet, der der gemeinsamen Emi tterverb induuii zugeführt wird. Die Frequenz des Taktimpulses hiiuiit nicht von der Frequenz des Quanti s ierers ab.

^v,it den Kollektoren der Transistoren QIk und (,>13 sind iiC-\e1 /.werke m i t einem Widerstand 113^ und einem Kondensator 03 bzw. einem Widerstand H35 und eiuem Kondensator C^;i verbunden, w\] aeeiEiiet das dem Sollieberegister zuzuführende Abtaster-Aus!',am:ss ignal zu reireneriereu. Zur Vornahme einer TiiipedanzaniwisRiiiiL zwischen dem Abtaster und dem Schiebereti ister s i rui zwei Emitterfolger mit einem Transistor QlG und einem ^T i(iers(aud R3b bzw. einem Transistor Ql? und einem ·, id erst and τ "7 .η die Kollektoren der Transistoren Q14 und

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Q±5 angeschlossen. Das Abtasterausgangssignal wird dann von den Emittern der Transistoren Q16 und Q17 abgenommen.

Beim Betrieb ist das Eingangssignal des Abtasters das Quantisierer-Differential-Ausgangssigrial, das über die Zwischenverzögerungsleitung 28 eingespeist wird (Fig.2). In Abhängigkeit von dem Binärzustand des Quantisierer-Ausgangsimpulses leitet einer der Transistoren Q13 und Q12, so daß einer der Transistoren Q14 und'Q15 ähnlich bei Empfang eines Taktimpulses vom Taktoszillator 26 leitend ist (Fig.2). In Abhängigkeit davon, ob der. Transistor Q14 oder Ql6 leitend ist, wird der Kondensator C3 oder Ck negativ aufgeladen. Nach Beendigung des Taktimpulses entlädt sich der aufgeladene Kondensator entweder über den Widerstand R34 oder R35 und erzeugt die charakteristische UC-Entladungskurve mit der Ilinterflanke.

Die (Auto- oder Kreuz-)Korrelationsfunktion wird punktweise (jeder Punkt stellt einen anderen Wert der Verzögerung t dar) durch mehrere Rechenstufen oder -schaltungen berechnet, von denen eine in Fig. 5 abgebildet ist.

Jede ltechenstufe hat ein Element der Verzögerungsleitung oder des Mehrelement-Schieberegisters 30 (Fig.l), wobei das Element ein bistabiler Multivibrator 50 mit Transistoren Q20 - Q23 und zugehöriger Schaltung sein kann, einen Multiplizierer 32 mit Feldeffekt-Transistoren q2k und Q25, einen Zeitaussetz oder Betrieb/Ruhe-Schalter 3b mit einem Feldeffekt-Transistor Q26, einen RC-Integrationskreis 43 mit einem widerstand R40 und einen Kondensator und einen Lese- oder Tastschalter 42 mit einem Feldeffekt-Transistor Q 27 .

Im bistabilen Multivibrator 50 sind die Transistoren Q20 und Q21 die Ausgangstransistoren des Multivibrators, wobei ihre Emitter zusammengeschaltet sind. Die Transistoren Q20 und Q21 sind kreuzweise durch rtC-Netzwerke mit einem

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Widers land dhl und einem Kondensator CIl bzw. einem Widerstand R42 und einem Kondensator 012 gekoppelt. Die Emitter'-f'olgerschaltungen haben Transistoren Q22 und Q23. Die Verwendung-der Eraitterfolgerschaltungen in den kreuzweise gekoppelten Schaltungen führt zu einer hohen Sqhaltgesehwindigkeit. Ebenfalls der hohen Sohaltgeschwind iglceit dient, daß die Kollektoren der Ausgangstransistoren Q20 und Q21 durch Dioden DlO und DIl auf die Binärnull-Satamelleitung 53 "festgelegt" sind, und die entsprechenden Kollektor-Widerstände 1143 und R44 sind mit der positiven Versorgungsleitung 34 verbunden. Koppluugswiderstände i(A5 und H4b sind zwischen die entsprechenden Basen der Ausgan^stransistoren Q20 und Q21 und die Negativ-Vorspannungsleitung -35 geschaltet, um die gewünschte Rückwärtsvorspannung far die Ausgangstrausistoren zu erzeugen. Die entsprechenden Ausgangs-fransistoremitter sind direkt mit der Binär-1-Leitung gekoppelt.

Zwei Triggersteuergatter sind jedem bistabilen Multivibrator zugeordnet, damit der Multivibrator immer den Binärzustand des vorhergehenden Elements bei. Einspeisung eines Schiebeimpulses vom Taktoszillator 3.1 einnimmt (Kig.l). Das erste Steuergatter, das dem Ausgangs transistor ij20 zugeordnet und mit dessen Basis verbunden ist, hat einen Widerstand R47, einen Kondensator C13 und eine Diode D12. Der Widerstand H47 ist an den komplementären Ausgang des uächstvorhergehenden Elements des Mehrelement-Schieberegisters angescnlossen, so daü der Kondensator 013 auf den Spanuungspegel dieses Binärausgangs aufgeladen wird. Die Kathode der Diode D12, die mit dem Verhhdungsprunkt des Viderstands 1147 und des Kondensators 013 verbunden ist, befindet sich daher entweder auf dem Potential der Dinär-0-Leitung 53 oder der Binär-1-Leitung 57, was vom Binärzustand oder dem Ausgangssignal des näolistvorhergehenden Multivibrators abhängt.

Die andere Elektrode des Kondensators 013 ist mit der Talct-

irgeud oszillatorleitung 51 verbunden, die auf/einem vorbestimmten Sιannungspegel gehalten wird, der aber am' einen anderen

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vorbestimmten S:>annungspegel für eine vorbestimmte Zeit (die Periode des Taktimpulses) unter der Einwirkung des Taktoszillators 31 (Pig.l) geändert wird.

Wenn z.B. der Transistor Q2O leitet und daher im Ein- oder Binär-1-Zustand ist, und der Ausgang des zugehörigen Ausgangs transistors (Transistor Q2O) des vorhergehenden Multivibrators im Aus- oder Binär-O-Zustand ist, ist der komplementäre Transistor des vorhergehenden Multivibrators Lm Binär-1-Zustand, so daß die Diode 1)12 für eine Leitung vorgespannt ist. Bei Empfang des Taktschiebeimpulses in der Leitung 51 wird der Transistor Q2O ausgeschaltet, das heißt die Basis des Transistors wird so stark negativ gegenüber dem Emitter gemacht, daß der Transistor durch die Vorspannung ausgeschaltet wird, und der Ausgang des Multivibrators 50 nimmt den Zustand des nächstvorhergehenden Schieberegisterelements an.

Die Komtiletnentärseite des Multivibrators 50 verwendet das zweite Triggersteuergatter mit einem Widerstand like, einem Kondensator C14 und einer Diode D13. Wenn z.B. der Transistor Q20 des vorhergehenden Beispiels im Aus- oder Binär-O-Zustand sein sollte und eingeschaltet werden sollte, würde das durch das zweite Triggersteuergatter vorgenommen werden, das den Taktschiebeimpuls (Leitung 51) zur Basis des komplementären Ausgangstransistors Q21 steuert oder leitet, um ihn auszuschalten. D^her wird die Folge der Binärimpulse vom Ausgang des Abtasters durch die Verzögerungsleitung 30 weitergeleitet.

Gemäß Fig. 5 ist der Binärausgang des bistabilen Multivibrators mit einem Multiplizierer 32 gekoppelt, der zwei Feldeffekttransistoren q2k und Q25 hat. Jeder Feldeffekttransistor hat ein Gatter, eine Senke und eine Quelle. Im Multiplizierer 32 sind die Senken miteinander verbunden, während die Gatter mit den Kollektoren der Multivibrator-Transistoren ;Q2Q und ,()2'.1. zum Empfang des

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Biuäraxisgangss ignals des MuJ tivibrators verbunden sind, und während die Quellen das positive und uegative Signal des Kanal B- oder zweiten Fingangssi^nals, erzeugt du rc Ii den PhaseuspaJ1 er 36 (Fig.l), empfangen.

Der Multiplizierer 32 multipliziert das Binärsignal vom- MuI t i. vibrator 50 und den positiven und negativen ¥ert des zweiten wi 1 lKurlichen Eingangssignals IJ,, z.B. ein Analogsignal, und erzeugt zu irgendeinem Zeitpunkt einen Ausgaugswelleuzug oder ein Ausgangssignal, das der positive oder negative Wert des zweiten willkürlichen Eingangssignals an der gemeinsamen Senkenverbindung ist, was vom Binärzustand des Dinarsignaleiugangs zu diesem Zeitpunkt abhängt. Die Multiplizierer 32 sind daher bipolare schaltart 1 ge Modu 1atοren. V

Das Auscan-i^s i iitial des Ivultipliz i erers wird im RC-Integrat i ouskre i s 'ij mit dem Widerstand Ii^O und dem Kondensator Ci" remittelt. DfR Multiplizierer-Ausgangssignal wird in den Γ0- integrator durch einen einzelnen zugehörigen Zeitaussetz- oder Betri e])-]luho-Schal ( er 3« gekoppelt, der einen Peldefl okf -Transistor Q'ib hat, dessen Gatter mit der Ausgangsl eitun^ kl oinei' Zei taussetzschal teisi euerung 39 (Fig.l) verbunden iüt, whhreud die iäenke und die Quelle beliebig mit der gemeinsamen Sfiik\ cii)iudung des Multiplizierers ~)2 und des HO-In tee rat ο rs h 3 verbunden sind.

üei* Kondensator CIG wird sowohl als Jutegrat ions- M

Kondensat OT^- als auch als S, eioherelement verwendet, und der SpannuMr.speüel , aui den der Kondensator ClO aufgeladen Airird, stellt, das mi Miere Produkt der Kanal A- und Kanal B-Ein^au»ssi imale sowie den Wert der Korrelationsfunkl. ion IUr den Hot rag oder den Verl der Verzögerung, liervorgerui en durch das zugehörige Ki einent (Multivibrator 50) des Mehrel enient-Scn i eberegist ers oder der Verzögerungslei tung¹ von Fig.l dar. Der ¥ert oder der Betrag der Verzögerung ist duroii die Lage des Elements in der Verzögerungsleitung bestimmt. Ks ist daher ersichtlich, daß der

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BADORlQfNAL

Spannungspegel, auf den jeder Kondensator CiO aufgeladen wird, ein Ausgangssignal darstellt, das das Mittel des Produkts des zweiten willkürlichen Signals mit dem ersten willkürlichen Signal, verzögert um ein anderes vorbestimmtes Zeitintervall, darstellt.

Die oben erwähnten Feldeffekt-Transistoren können beispielsweise "insulated gate field effect transistors" der Raytheon Company von 1965 sein. .

Bei einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung hatte die Verzögerungsleitung 3O(Fig.l) einhundert Elemente oder bistabile Multivibratoren 50 (Fig. 3), wobei jedes Element einen anderen Wert der Verzögerung ergab, so daß dieses Ausführungsbeispiel ein·? hundert Verzögerungspunkte aufwies. Durch dieses Ausführungsbeispiel wurde die Korrelationsfunktion gleichzeitig für einhundert Punkte der Verzögerung 'gleichzeitig berechnet, und unter Bezugnahme auf die Verzögerungsleitung 30 (Fig.i)' ist ersichtlich, daß eine derartige Berechnung für die einhundert Punkte vorgenommen wurde, die unmittelbar dem Beginn der Berechnung vorangingen.

Falls jedoch die Korrelationsfunktion nicht nur für die unmittelbar vorangehenden einhundert Punkte berechnet werden sollte, sondern für einhundert Verzögerungspunkte mit größerer Zeitverzögerung, kann der Signalkorrelator gemäß der Erfindung mit einer Verzögerungseinrichtung 70 (in Umriß in Fig. 1 abgebildet) versehen werden, um eine weitere GesauitverzHgerung zu erzeugen. Die Verzögermigseinrichtung 70 kann z.B. die bistabilen Multivibratoren 50 von Fig. 5 aufweisen.

Vie aus der in Fig. 1 in Vollinie abgebildeten Verzögerungsleitung 30 ersichtlich ist, sind die durch jedes Element 50 gebildeten Verzögerungspunkte gleich weit getrennt. Falls jedoch nicht ein derartiger gleichmäßiger

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Verzögerungspunkten erwünsoht sein sollte, wird der Signalkorrelator gemäß der Erfindung mit einer Zwischenverzögerungs einriohtung 72 (Fig. JL) versehen. Die Zwischenverzögerungseinriohtung kann z.B. die bistabilen Mult!vibratoren 50 von Fig.5 aufweisen,

Duron die Erfindung wird ein Signalkorrelator angegeben, der sowohl Analog- als auch Digitaltechnik benutzt, um das Korrelationsfunktionsintegral zu bestimmen. Der Korrelator berechnet die Punkte in Echtzeit gleichzeitig für mehrere verschiedene Werte der Verzögerung durcli einen parallelen Prozess von Zeitversohiebung, Multiplikation und Mittelung. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel berechnet der Signalkorrelator das Korrelationsfunktions-Integral an einhundert (iOO) Punkten (wobei jeder Punkt einen Wert der Verzögerung 'darstellt) gleichzeitig, jeder Punkt stellt also ein Prozent der Gesamtver^ögerung dar.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. 7· November Ι968 EH/Sm Akte: 2279

   Patentansprüche

   1. Signalkorrelator init einem Quantisierer zum Umsetzen eines ersten Eingangssignals in ein modifiziertes % -Pulsoodesignal, mit einer Verzögerungsleitung zum Speichern und Verzögern des Signals, mit einem Modulator zum Multiplizieren jedes verzögerten Signals mit einem zweiten Eingangssignal, und mit einem Analogintegrator zum Integrieren des multiplizierten Signals, wobei das Ausgangssignal des Integrators die Zeitmittel-Korrelationsfunktion ist, gekennzeichnet durch eine zu der Verzögerungsleitung (30) gehörende Einrichtung (50) zur gleichzeitigen Erzeugung mehrerer verzögerter Ausgangssignale, durch einen Multiplizierer (32) für jedes verzögerte Auegangssignal, durch einen Integrator (41) für jedes multiplizierte Ausgangssignal, und durch eine Einrichtung (42,64) zum aufeinanderfolgenden Abtasten der integrierten Auegangssignale.

   2. Signalkorrelator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (70) zur weiteren Gesamtverzögerung.

   3. Signalkorrelator naoh Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet duroh eine Einrichtung (72) zur ungleichmäßigen Verzögerung zwischen den multiplizierten Ausgangssignalen.

   k. Signalkorrelator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durcli eine Einrichtung [3S) zur Zeitaussetzung.

   ), Signalkorrelator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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   dadurch gekennzeichnet, da^r.i der Quantisierer einen Signalumsetzer (16) zum Empfang eines ersten willkürlichen Signals (E ·) und zum Umsetzen des ersten willkürlichen Signals in eiue Folge von Binär-impulsen hat, bei der die Wahrscheinlichkeit zu irgendeinem Zeitpunkt zur Annahme des einen binären Zustande minus der Wahrscheinlichkeit der Annahme des anderen binären Zustande proportional zu dem Momentanwert des ersten willkürlichen Signals ist,

   daß die Verzögerungsleitung ein Mehrelement-Sohieberegister (3^) zum Speichern und Verzögern der Folge von Binärimpulsen und zur gleichzeitigen Erzeugung mehrerer Folgen verzögerter Binärimpulse hat, wobei

   jede verzögerte Folge um ein vorbestimmtes Zeitinter- A

   vail ("T) verzögert ist,

   daß jeder Multiplizierer (32) für den Empfang einer der Folgen von verzögerten Binärimpulseu und des positiven und negativen Werts eines zweiten willkürlichen Signals (E. ) und zur Erzeugung eines Ausgangswe-llenzugs vorgesehen ist, der zu einem beliebigen Zeitpunkt ti .1 ei oh dem positiven oder negativen Wert des zweiteu willkürlichen Signals ist, was von dem Bitiiirzustaud der Folge der verzögerten Binärimpulse zu dem gleichen Zeitpunkt abhängt,

   daß der Integrator (-Ί1) zum Empfang' eines der MuI tipi izi erer-Aus»auv:.swellenzüi!e und zur Erzeugung eines M Ausgang ss i «xna'l s vorgesehen ist, daß das Mittel des Produkts des /.weiten willkürlichen Signals mit dem ersten willkürlichen Signal, verzögert um ein vorbestimmten Zeitintervall ( X ) darstellt, und dah-die Abtasteiuripiituu.-. (·Ί'Δ ,bk) zum aufeinanderfolgenden Abtasten der einzelnen Int etirator-Ausgängssignale vorgesehen ist, um ein kontinuierliches Ablesen der Korrelationsfunktion des ersten und des zweiten willkürlichen Signals fur mehrere Vorzogeruti^swerte vorzun ehrten.

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   6. Signalkorrelator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (31) zum Takten der Binärimpulse.

   7. Signalkorrelator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratoren . (HC)-Schaltungen (41) sind.

   B. Signalumsetzer für den Signalkorrelator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dein Quantisierer zum Umsetzen des Analogsignals in den modifizierten S)-PuIscode, gekennzeichnet durch einen Vergleicher (20) zum Vergleichen eines ersten Eingangssignals (E ) mit einem Ruckkopplungssignal und zur Era

   zeugung eines Ausgangssignals, das proportional zur Differenz zwischen dem ersten Signal und dem Rückkopplungssignal ist, durch einen bistabilen Multivibrator (22) zum Empfang des Vergleicher-Ausgangssignals, der seinen Zustand in Abhängigkeit von dem Betrag des Vergleicher-Ausgangssignals ändert, und zum Erzeugen von Ausgangssignaleu, die einen von zwei vorbestimmten Werten annehmen,

   durch einen Integrator (24). zum Empfang und zum Mitteln der Multivibrator-Ausgangssignale und zur Erzeugung des Rückkopplungssignals, dessen Wert .gleich dem Mittel des Multivibrator-Ausgangssignals ist,

   und durch eine Einrichtung (26) zum Abtasten der Multivibrator-Ausgangssignale und zur Erzeugung einer Folge von Binärimpulsen, bei der die Wahrscheinlichkeit zu irgendeinem Zeitpunkt der Annahme des einen binären Zustande minus der Wahrscheinlichkeit der Annahme des anderen Binärzustands proportional zum Momentanwert des ersten Eingangssignals ist (Pig.2).

   9. Sigualumsetzer nach Anspruch 8, gekennzeic h -

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   net durch eine Isoliereinriehtung (28) zwischen dem Multivibrator (22) und der Abtasteinrichtung (26) (Fig.2).

   10. Bipolarer, schalterartiger Modulator für den Signalkorrelator nach einem der Ansprüche 1-7 zum multiplizieren eines ersten Signals mit einem zweiten Signal, dadurch gekennzeichnet, daü zwei Feldeffekt-Transistoren (i^24, ^25) vorhanden sind, die jeweils ein Gatter, eine Quelle und eine Senke haben,
   und deren Senken miteinander verbunden sind,

   da» die Gatter für den Empfang des ersten Signals (K )

   und dieQuellen für deti Empfang des positiven und
   negativen Werts des zweiten Signals (E, ) vorgesehen sind, und

   daß die Transistoren für das Multiplizieren der Signale und die Abgabe deren Produkts an den Senken vorgesehen sind (Fig.5).

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