DE1905680C3

DE1905680C3 - Anordnung zur Änderung der Dauer frequenzmodulierter Impulse, insbesonde re bei mit Impulsverdichtung arbeiten den Ultraschall Ruckstrahlortungsanlagen

Info

Publication number: DE1905680C3
Application number: DE1905680A
Authority: DE
Inventors: Jean Paris Bertheas
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-02-05
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1973-10-31
Also published as: SE359933B; DE1905680A1; GB1225747A; DE1905680B2; FR1573029A; NL6901843A; US3639695A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Änderung der Dauer frequenzmodulierter Impulse in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten, insbesondere zur Verwendung bei mit Impulsverdichtung arbeitenden Ultraschall-Rückstrahlortungsanlagen, mit einer Dispersionsanordnung zur Änderung der Dauer der Impulse in dem einen Arbeitsschritt und mit einer Umwandlungsanordnung, welche die Impulse in dem anderen Arbeitsschritt in Impulse umwandelt, die dazu bis auf einen Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktor in einem Ähnlichkeitsverhältnis K zeitlich homothetisch sind.

Aus der Zeitschrift »Proceedings of the IRE«, Bd. 48, Nr. 3 (März 1960), S. 310 bis 316, ist es bekannt, die Reichweite und das Auflösungsvermögen von Radaranlagen dadurch zu vergrößern, daß ein verhältnismäßig langer frequenzmodulierter Inipuls ausgesendet wird, der beim Empfang verdichtet wird. Durch die empfangsseitige Verdichtung entsteht ein sehr viel kürzerer Impuls mit einer Spitzenleistung, wie sie bei Aussendung eines Sendeimpulses gleicher Dauer nur mit einer Sendespitzenleistung erhalten werden könnte, die sehr viel größer als die Spitzenleistung des langen Sendeimpulses ist. Andererseits entspricht das Auflösungsvermögen der Dauer des verdichteten Impulses. Es .ist bekannt, die Impulsverdichtung mit einer Dispersionsanordnung, d. h. einer Anordnung mit frequenzabhängiger Laufzeit, durchzuführen, insbesondere mit einer dispersiven Verzögerungsleitung oder mit einer übertragungsschaltung mit mehreren Verzögerungskanälen. Es ist ferner aus der Zeitschrift »Electronics«, Bd. 33, Nr. 41 (7. Oktober 1960), S. 53 bis 57, bekannt, den langen Sendeimpuls aus einem kurzen Impuls durch einen umgekehrten Vorgang der Impulsdehnung zu erzeugen. Verschiedene Anordnungen zur Impulsverdichtung und Impulsdehnung sind beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 374 580 und in der Zeitschrift »Proceedings of the IEEE«, Bd. 54, Nr. 11 (November 1966), S. 1574/1575, beschrieben.

Bei diesen bekannten Anordnungen, gleichgültig ob sie mit einer dispersiven Verzögerungsleitung oder mit mehreren Verzögerungskanälen arbeiten, ist festzustellen, daß Kosten und Raumbedarf mit zunehmender Impulsdauer und abnehmender Modulationsfrequenz beträchtlich ansteigen.

Die bekannten Anordnungen sind daher ungeeignet, wenn die zu verdichtenden Impulse eine Dauer in der Größenordnung von Sekunden und einen Frequenzmodulationsbereich von einigen Hundert Hertz aufweisen. Dieser Fall tritt insbesondere in der Unterwasserakustik auf, wenn man ein mit Ultraschall arbeitendes Rückstrahlortungsgerät (Sonar) oder Echolot mit großer Leistung zu verwirklichen sucht Die angewandte Lösung besteht darin, daß man die empfangenen Signale einer Vorverarbeitung unterzieht, welche ihre Form nicht verändert, jedoch ihre Dauer wesentlich verkürzt.

Um die Eigenschaften der von einem Sonargerät empfangenen Impulse an die Eigenschaften einer Dispersionsanordnung anzupassen, ist es bekannt, vor oder hinter der in der Radartechnik üblicherweise verwendeten Impulsverdichtungs- oder Impulsdehnungsanordnung einen Speicher mit Magnetträger anzuordnen, welcher zwei unterschiedliche Ablaufgeschwindigkeiten aufweist. Diese Geschwindigkeiten dienen abwechselnd zur Aufzeichnung und zur Wiedergabe der Signale. Dieser Pufferspeicher mit zwei verschiedenen Arbeitsgeschwindigkeiten ermöglicht es, das zu verdichtende Signal in einem Bereich höherer Frequenzen umzusetzen bzw. das gedehnte Signal aus einem Bereich höherer Frequenzen in einem seiner Aussendung durch die Sonaranlage entsprechenden Bereich niedrigerer Frequenzen zurückzubringen. Diese vor oder nach der Dehnung bzw. Verdichtung erfolgende Behandlung entspricht einer Änderung der Zeiteinheit, zum vollständigen Unterschied von einer einfachen Frequenzänderung, die keine Verdichtung im Sinne der Dispersionsanordnungen darstellt. Die Verwendung einer solchen mit zwei Geschwindigkeiten arbeitenden Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung zur Vorverarbeitung der zu verdichtenden Signale ist nicht ohne Nachteil. Einerseits ist dieses Verfahren nur anwendbar, wenn das Verhältnis, in dem die beiden Ablaufgeschwindigkeiten des Informationsträgers zueinander stehen, klein ist, andererseits ist die Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung kostspielig, empfindlich und platzraubend.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer An-Ordnung der eingangs angegebenen Art, welche die Änderung der Dauer, also die Verdichtung oder Dehnung, frequenzmodulierter Impulse mit einfachen, rein elektronischen Mitteln, insbesondere auch bei großer Impulsdauer und verhältnismäßig niedrigen Frequenzen, ermöglicht, so daß sie vor allern bei Ultraschall-Ortungsgeräten verwendbar ist.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Umwandlungsanordnung einen Ringspeicher zur Aufnahme einer Folge von aufeinanderfolgenden Ab-UO tastwerten der Impulse, eine Abtastanordnung zur Erzeugung der Abtastwerte aus den Impulsen, einen zwischen der Abtastanordnung und dem Ringspeicher angeordnete Einschreibanordnung zum Einschreiben der Abtastwerte in einem ersten Takt, eine die an den Ringspeicher angeschlossene Leseanordnung zur Entnahme der Abtastwerte in einem zweiten Takt, dessen Verhältnis zu dem ersten Takt gleich dem Ähnlichkeits-' verhältnis K ist und einen Digital-Analog-Umsetzer

zur Wiederherstellung der Impulse mit einer geänderten Dauer enthält, daß zwischen der Leseanordnung und dem Ausgang der Anordnung eine Koinzidenzanordnung angeordnet ist, die so gesteuert wird, daß jedem zugeführten Impuls nur ein einziger Impuls von geänderter Dauer entspricht, und daß die Dispersionsanordnung in Kaskade mit der Umwandlungsanordnung und mit einer Koinzidenzanordnung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anordnung angeschlossen ist.

Die Anordnung nach der Erfindung ergibt die Wirkung, daß die zu verdichtenden oder zu dehnenden Signale durch Anwendung des Prinzips der Abtastung und Umlaufspeicherung mit rein elektronischen Mitteln in einen Frequenzbereich umgesetzt werden, für den einfache und billige Dispersionsanordnungen mit kleinem Raumbedarf vorhanden sind. Dennoch ist durch die in der Anordnung enthaltene Koinzidenzanordnung gewährleistet, daß für jeden Eingangsimpuls nur ein einziger verdichteter bzw. gedehnter Impuls erhalten wird und die durch die Umlaufspeicherung sonst entstehenden Störimpulse unterdrückt werden.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Anordnung nach der Erfindung, die wahlweise zur Impulsverdichtung oder zur Impulskompression verwendbar ist,

F i g. 2 Zeitdiagramme von Impulsen, die durch Verdichtung bzw. Dehnung auseinander entstehen,

F i g. 3 ein genaueres Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung zur Impulsverdichtung,

F i g. 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung und

F i g. 6 ein genaueres Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung zur Impulsdehnung.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung bewirkt die

Dispersionsfilterung eines Signals SI ^-1 in zwei getrennten Arbeitsschritten, welche nacheinander Signale S (t) und S'(() entstehen lassen. Um diese Arbeitsschritte gut zu unterscheiden, sind Beispiele für die Signale S(t) und S'(t) in F i g. 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Signale S(t) und S'(t) typische Signale sind, wie man sie am Eingang bzw. am Ausgang einer bekannten Dispersionsanordnung, d. h. einer Anordnung mit frequenzabhängiger Laufzeit antrifft.

Das Signal S I ^-1 ist in F i g. 2 nicht dargestellt, da

es sich vom Signal S(t) nur durch die Wahl eines anderen Zeitmaßstabs unterscheidet Wenn man die

Veränderliche t durch die Veränderliche ~ ersetzt,

wobei K eine Konstante ist, so sieht man, daß die Zeitdauer mit K multipliziert wird, während die Frequenzen durch K dividiert werden. Daher ist das

Signal S(t) dem zugeordneten Signal S (^ J bis auf einen Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktor im Verhältnis K homothetisch, d. h. geometrisch ähnlich.

Die in F i g. 1 gezeigte Anordnung dient zur Dispersionsfilterung von frequenzmodulierten elektrischen Signalen. Sie enthält eine Dispersionsanordnung 1, welche die Umwandlung des Signals S(t) in das Signal S' (t) bewirkt, sowie eine Abtastanordnung, welche die homothetische Umwandlung des zu verarbeitenden

Signals Sl -^) in das Signal S{t) bewirkt. Durch diese beiden Umwandlungen wird die Dauer KT des zu verdichtenden Signals auf den Wert ^- verkürzt. Dabei ist N eine Kenngröße des Eingangssignals: der Wert N ist gleich dem Produkt aus der Dauer und

dem Frequenzmodulationsband des Signals Sl j~) oder S{t).
Die Umwandlung des Signals S (^-1 in das Signal

S{t) wird mittels eines ringförmigen Speichers 2 bewirkt, welcher beispielsweise aus einer in sich geschlossenen Kette von K Zellen besteht, deren Inhalt nach und nach in einer regelmäßigen Folge umgespeichert wird. Ein in die Eingangszelle A eingeschriebenes Informationselement läuft im Speicher 2 gemäß dem Pfeil um und befindet sich am Ende von K Umspeicherungen in der Ausgangszelle U. Ein solcher Umlaufspeicher kann durch eine Verzögerungsleitung oder durch ein Schieberegister gebildet werden, dessen Eingang und Ausgang durch eine Schleife verbunden sind.

Das Signal S I j? J wird einer Abtastanordnung 3 zugeführt, welche es in Abtastwerte E₁ unterteilt. Diese Abtastwerte E₁ werden nacheinander in die Zelle A des Umlaufspeichers 2 mittels einer Schreibanordnung 4 derart eingeschrieben, daß der Abtastwert E₁₊I, welcher dem Abtastwert E₁ folgt, in die Zelle A eingeschrieben wird, wenn der Abtastwert E_f in der Zelle U ankommt, nachdem er den Speicher in Richtung des Pfeils durchlaufen hat. Ein Impulsgenerator 5 steuert die Anordnungen 3 und 4 derart, daß die Periode Θ der Abtastung des Signals S (^-j sich um den Betrag ^- von der Zeit r des Umlaufs der Abtastwerte

im Speicher 2 unterscheidet:

Θ =

K + 1
K

Im folgenden wird die Umwandlung S(t)?=±S (^

»horaothetisch« genannt, um sie von der Umwandlung S(t)«=*S'(t) zu unterscheiden, welche »dispersiv« genannt wird.

Die mit dem Speicher 2 gekoppelte Leseanordnung 6 verteilt die Abtastwerte, welche in der Zelle U in Zeitintervallen ^ aufeinanderfolgen.

/v

Der Ausgang der Leseanordnung 6 gibt Folgen von K Abtastwerten ab, welche Teile des Signals S I γ j darstellen, die den K letzten, von der Abtastanordnung 3 abgegebenen Abtastwerten entsprechen. Wenn man eine Folge von K Abtastwerten am Ausgang dei Leseanordnung 6 betrachtet, so sieht man, daß derer Inhalt sich teilweise in den K — 1 vorangehender und folgenden Folgen wiederholt Da jeder Abtastwer sich K-mal in Zeitintervallen τ wiederholt, sind die voi der Leseanordnung 6 abgegebenen Signale redundant und sie lassen nach Verarbeitung in der Dispersions anordnung 1 eine Anzahl von kurzen Impulsen entste hen, deren Amplituden während der Zeit K τ linea ansteigen und sodann während der gleichen Zeit linea

abfallen. Tatsächlich darf einem gegebenen Signal S (γ) nur eine Reihe von kurzen Impulsen entsprechen, deren Hüllkurve die Autokorrelationsfunktion des Signals SI ^-J ist.

Um diese Bedingung zu verwirklichen, ist eine Koinzidenzanordnung 7 vorgesehen, welche vom Impulsgenerator 5 gesteuert wird. Die Koinzidenzanordnung 7 empfängt die Mehrfachsignale S'(t), welche am Ausgang der Dispersionsanordnung 1 verfügbar sind, und entnimmt daraus in Zeitintervallen Θ Abtastwerte, deren Hüllkurve die Autokorrelationsfunktion des

Signals S I ^- J wiedergibt.

Bei Umkehrung der Reihenfolge der Arbeitsschritte ist die in F i g. 1 schematisch dargestellte Anordnung auch zur Umwandlung eines kurzen Impulses S'{t)

in einen langen Impuls S I ττ I geeignet. In diesem Fall

muß der kurze Impuls der Dispersionsanordnung 1 zugeführt werden, welche einen ersten gedehnten Impuls S(i) abgibt. Der Impuls S(t) wird sodann der Abtastanordnung 3 zugeführt, welche Abtastwerte in Zeitintervallen jy entnimmt. Die erhaltenen Abtastwerte werden sodann mittels der Schreibanordnung 4 in den Speicher 2 eingeschrieben und schließlich von der Le-. seanordnung 6 empfangen, welche das Lesen mit einer Folgeperiode

durchführt und der Koinzidenzschaltung 7 ein Signal Sl^j liefert, dessen Dauer KN-mäl größer als die D"uer des Signals S'(t) ist.

Die in F i g. 1 gestrichelten Verbindungen entsprechen dieser umgekehrten Arbeitsweise der Anordnung. Das zu dehnende Signal wird bei I aufgegeben, und das gedehnte Signal ist bei 0 verfügbar.

F i g. 3 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild einer Anordnung zur Dispersionsfilterung von frequenzmodulierten elektrischen Signalen. Damit die Beschreibung der Arbeitsweise dieser Anordnung leichter verfolgt werden kann, sei das zu verarbeitende Signal beispielsweise von einem frequenzmodulierten Impuls gebildet, welcher eine rechteckige Hüllkurve mit einer Dauer KT von einer Sekunde, eine Mittenfrequenz /₀ von 400 Hz und einen Modulationsbereich 1 / von 200 Hz aufweist; es gilt also:

N = KT Af = 200.

Der zu verdichtende Impuls wird einem Bandpaßfilter 8 zugeführt, welches ihn zu einer Abtastanordnung 9 überträgt Ein Impulsgenerator 10 liefert Impulse mit einer Folgefrequenz von 1000 Hz zu der Abtastanordnung 9, damit sie mit dieser Frequenz Abtastwerte entnimmt Die Abtastwerte werden einem Analog-Digital-Umsetzer 11 zugeführt, welcher Binärsignalgruppen erzeugt die den algebraischen Wert der Abtastwerte darstellen. Die am Ausgang des Umsetzers 11 erscheinenden Binärsignalgruppen werden in Verzögenmgsleitungen 14 mit Hilfe von Schreibanordnungen 15 eingeschrieben, deren Eingänge jeweils mit den Ausgängen des Umsetzers 11 bzw. mit den Ausgängen der Verzögerungsleitung 14 verbunden sind.

Infolge der so gebildeten Schleifen laufen die Abtastwerte in den Verzögerungsleitungen 14 mit einer Periode τ um, welche sich von der Einschreibperiode Θ

der Abtastwerte um den Betrag ^- unterscheidet,

wobei K die Anzahl von Abtastwerten ist, welche jede der Verzögerungsleitungen 14 enthalten kann.

Die Anzahl der parallelgeschalteten Verzögerungsleitungen ist gleich der Stellenzahl der von der Quanti- sierungsanordnung abgegebenen Binärsignalgruppen.

An den Ausgängen der Verzögerungsleitungen 14

treten die Abtastwerte mit einer Folgefrequenz aus, welche K-mal größer ist als die Frequenz der Abtastung deE zu verdichtenden Signals. Die Verzögerungsleitungen 14 speisen einen Digital-Analog-Umsetzer 16. Der Ausgang des Umsetzers 16 gibt Impulsfolgen mit der Dauer θ ab, welche verschieden lang dauernde Ausschnitte des Signals S{t) enthalten, das zu dem zu verarbeitenden Signal homothetisch ist, wobei dieses ho-

20· mothetische Signal durch eine Dauer T, eine Mittenfrequenz Kf₀ und einen Frequenzmodulationsbereich KAf gekennzeichnet ist. Bei dem gewählten Beispiel, mit K = 1000, findet man T = 1 ms, Kf₀ = 400 kHz und KAf = 20OkHz. Der homothetische Impuls weist die in F i g. 2 dargestellte Art S(t) auf. Die Dispersionsfilterung der vom Umsetzer 16 abgegebenen Signale erfolgt durch eine dispersive Verzögerungsleitung 19, die mit dem Umsetzer 16 über ein Bandpaßfilter 17 und eine Mischstufe 18 gekoppelt ist, damit die Signale in den Arbeitsbereich der dispersiven Verzögerungsleitung umgesetzt werden. Man erhält am Ausgang der Verzögerungsleitung 19 verdichtete Impulse ähnlich dem Signal S'(t) in Fig. 2. Die Dauer dieser Impulse ändert sich als umgekehrte Funktion des Umfangs des Modulationsbereichs. Der Minimalwert dieser Dauer ist gleich TlN = 5 as.

Die von der dispersiven Verzögerungsleitung 19 abgegebenen Impulse werden mittels des Amplitudendetektors 20 demoduliert und auf einen der Eingänge

einer Koinzidenzschaltung 21 gegeben. Die Koinzidenzschaltung 21 wird vom Impulsgenerator 10 gesteuert damit nur Signalabschnitte übertragen werden, deren Dauer im wesentlichen gleich T/N ist. Diese Signalabschnitte werden in gleichen Zeitintervallen übertragen, welche der Periode der Einschreibung in die Speicher 14 entsprechen. Sie werden in ein Filter 22 gegeben, welches sie in die Form eines einzigen Impulses zusammenfaßt der die Autokorrelationsfunktion des Signals S (^j wiedergibt Bei dem genannten Beispiel lautet diese Funktion
sin π Bt

TT Bt

mit B = 200 Hz.

Die Fig.4 und 5 lassen die verschiedenen Um Wandlungen besser erkennen, welchen der zu verarbei tende Impuls im Verlauf seines Fortschrehens durcl die Anlage gemäß F i g. 3 unterworfen wird.

Fig. 4(a) zeigt einen Teil einer Sinaskurve, welche einen kleinen Ausschnitt des zu verarbeitenden Si gnals darstellt. Die parallelen horizontalen Linien ge ben die Quantisierungsstufen des Analog-Digital-Um setzers 11 an (hier beispielsweise 16 Stufen für vie Quantisierungsbinärstellen), während die vertikale] Linien die Zeitpunkte der Abtastung angeben. I: F i g. 4(b) sind die vom Analog-Digital-Umsetzer 1 abgegebenen Binärinformationen dargestellt, wöbe

je>tjer Abtastung eine Gruppe von vier Binärziffern entspricht, welche gleichzeitig in die vier Verzögerungsleitungen 14 an Stelle von vier früheren Informationselementen, welche gelöscht werden, eingeschrieben werden. ·

F i g. 4(c) zeigt die nacheinander in die Verzögerungsleitungen 14 eingeschriebenen Abtastwerte. Diese Abtastwerte entsprechen den aufeinanderfolgenden Ausschnitten des Signals von Fig. 4(a) und wiederholen sich mit einer Periode τ, die gleich der Verzögerungszeit der Verzögerungsleitungen 14 ist.

Wenn die in den Verzögerungsleitungen 14 enthaltenen Binärinformationen dem Digital-Analog-Umsetzer 16 zugeführt werden, wird von diesem eine Folge von Signalabschnitten abgegeben, wie sie in Fig.4(d) dargestellt ist. Durch Filterung dieser Ausschnitte mittels des Filters 17 werden Teile einer Sinuskurve wiederhergestellt, wie es Fig.4(e) zeigt.

F i g. 5 ermöglicht eine Gesamtübersicht über das Impulsverdichtungsverfahren. Fig. 5(a) zeigt einen frequenzmodulierten Impuls, welcher in acht Abschnitte B, C, D, E, F, G, H, K unterteilt ist.

Diese Abschnitte werden zwischen dem Eingang des Filters 8 und dem Ausgang der Mischstufe 18 einer Verkürzung ihrer Dauer unterworfen. Die verkürzten Abschnitte B\ C, D', E', F', G', H' und K' sind in Fig. 5 (b) dargestellt.

F i g. 5(b) zeigt auch, daß die verkürzten Abschnitte sich derart wiederholen, daß immer vollständiger werdende Teile des zu verdichtenden Impulses gebildet werden. Wenn der zu verdichtende Impuls vollständig in Abtastwerte unterteilt ist, werden die folgenden Teile mehr und mehr unvollständig. Indem die Teile B', B'C\ B¹CD' ... gemäß Fig. 5(b) auf die dispersive Verzögerungsleitung 19 gegeben werden, erhält man am Ausgang des Detektors 20 die in Fig.5(c) dargestellte Folge von verdichteten Impulsen. Die Höhe und die Breite der erhaltenen Impulse sind mit dem Frequenzmodulationsbereich verknüpft, welcher jeden der in F i g. 5(b) dargestellten Teile des Signals kennzeichnet. Durch Vergleich der Fig. 5(a) und 5(c) sieht man, daß der anfängliche Impuls eine Anzahl von stark verdichteten Impulsen entstehen ließ. Tatsächlich sind nur die höchsten und schmälsten Impulse von Interesse, da die anderen Impulse der Verarbeitung von unvollständigen Signalen entsprechen. Es ist dann nur die Folge der Impulse von Fig.5(c) einer derartigen Verarbeitung zu unterziehen, daß man die in Abtastwerte zerlegte Autokorrelationsfunktion von S[γ j erhält. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Detektors 20 mit einer Schaltung 21 verbunden, welche das Produkt der Impulsfolge der Fig. 5(c) mit einer Folge von in F i g. 5(d) dargestell ten isochronen Impulsen bildet. Das Produkt dieser beiden Folgen ist in F i g. 5(e) dargestellt.

Die Impulse von F i g. 5 (d) haben eine Folgeperiode, die gleich der Dauer der Abschnitte des zu verdichtenden Signals ist. Ihre Breite ist gleich derjenigen des schmälsten Impulses, welchen der Detektor 20 abgibt Da sich die Folgeperiode der in Fig.5(c) dargestellten Impulse von der Folgeperiode der in Fig.5(d) dargestellten Impulse unterscheidet, läßt die Schaltung 21 nur eine geringe Anzahl von schmalen Impulsen mit großer Amplitude bestehen.

D*e F i g. 3, 4 und 5 beziehen sich auf eine Anordnung, welche die Verdichtung eines frequenzmodulierten Impulses gestattet Der zu verdichtende Impuls kann mittels bekannter Generatoren erzeugt sein; es kann jedoch auch erwünscht sein, ihn aus einem kurzen Impuls zu erzeugen, indem man die oben beschriebene Verdichtungsanordnung in umgekehrter Richtung arbeiten läßt. Diese Verfahrensweise bietet den Vorteil, daß eine ausgezeichnete Korrelation zwischen dem zu verdichtenden Signal und den durchführenden Einrichtungen erzielt wird.
Aus F i g. 6 ist das Blockschaltbild einer Anordnung ersichtlich, welche die Dehnung von frequenzmodulierten Signalen ermöglicht. Das zu dehnende Signal ist ein kurzer Impuls der Form sin/t, der dem Impuls S'(f) von Fig. 2 gleich ist. Ein elektrischer Funktionsgenerator 25 erzeugt ein Signal, welches als Trägerfrequenz die Mittenfrequenz der dispersiven Verzögerungsleitung 26 aufweist und gemäß der Hüllkurve des Signals S'(i) amplitudenmoduliert ist. Gleichzeitig gibt der Funktionsgenerator 25 einen Synchronisierimpuls auf die Synchronisierschaltung

24. Wenn der Impuls S'{t) auf den Eingang der dispersiven Verzögerungsleitung 26 gegeben wird, erhält man am Ausgang dieser Leitung ein Rechtecksignal mit der Dauer % welches in einem Band Λ f linear frequenzmoduliert ist. Dieses Signal unterscheidet sich von demjenigen, welches der Verarbeitung in der dispersiven Verzögerungsleitung unterworfen werden könnte, durch die Richtung der Frequenzmodulation; es ist daher erforderlich, an diesem Signal eine Umkehr des Zeitmaßstabes gleichzeitig mit einer Dehnung im Verhältnis K vorzunehmen, um das Signal S l-L·) zu

erhalten.

Am Ausgang der dispersiven Verzögerungsleitung 26 erfolgt eine Frequenzumsetzung des Signals durch die Mischstufe 27, welche das Uberlagerungssignal von der Schaltung 24 empfängt. Nach Eingabe in ein Bandpaßfilter 28 werden die gedehnten und frequenzumgesetzten Impulse von einem Abtaster 29 empfangen. Der Abtaster 29 gibt Abtastwerte mit einer von der Synchronisierschaltung 24 festgelegten Folgeperiode ab. Diese werden auf einen Analog-Digital-Umsetzer 30 gegeben, welcher dieselben in Kombinationen von Binärsignalen umwandelt. Schreibanordnungen 31 empfangen die Binärsignale und schreiben dieselben in Verzögerungsleitungen 32 im Takt der Abtastung ein.

Die Verzögerungsleitungen 32 sind mit einer Schleife versehen, welche den Umlauf der Binärsignale gestattet. Diese erscheinen am Ausgang der Verzögerungs-

leitungen nach einem Zeitintervall, das dem (K + 1 )-fachen der Abtastperiode entspricht Leseschaltungen

33 nehmen die Abtastwerte mit einer Folgeperiode θ auf, die gleich dem K-fachen der Abtastperiode ist. Die Phase der von der Synchronisierschaltung 24

gesteuerten Lesezeitpunkte gestattet die Entnahme der Abtastwerte in der umgekehrten Reihenfolge wie beim

Einschreiben und daher die Umkehrung des Signals

bezüglich der Zeitachse.

Die von den Leseschaltungen 33 gelieferten Binär-

signale werden durch einen Digital-Analog-Umsetzer

34 verarbeitet welcher Abtastwerte wiederherstellt welche die gleiche Amplitude wie die vom Abtaster 29 erzeugten Abtastwerte, jedoch eine K-mal größere Folgeperiode haben. Das vom Umsetzer 34 abgege bene Signal wird mittels des Filters 35 gefiltert Eine an den Ausgang des Filters 35 angeschlossene Koinzidenzschaltung 36 blendet einen Ausschnitt mit der Dauer K T aus dem gefilterten Signal aus. Dieser Aus ·

schnitt stellt den KN-mal gedehnten Impuls dar, welcher im Fall von Sonaranlagen derjenige Impuls ist, welcher ausgesendet und empfangen wird.

Beispielsweise kann man einen Impuls von einer Sekunde erhalten, welcher in einem Frequenzbereich s ,1 / von 200 Hz um eine Mittenfrequenz /₀ von 400 Hz moduliert ist, indem man die folgenden Kenngrößen wählt: der vom Generator 25 erzeugte Impuls P hat eine Dauer T/N von 5 μβ und eine Mittenfrequenz von 2 MHz. Die dispersive Verzögerungsleitung 26 ist an diese Kenngrößen angepaßt. Sie läßt einen frequenzmodulierten Rechteckimpuls entstehen, dessen Dauer Γ gleich 1 ms ist, was einem Dehnungsgrad von 200 entspricht. Der gedehnte Impuls wird einer Frequenzumsetzung in der Mischstufe 27 unterzogen. Die Mischstufe 27, welche von einem Uberlagerungssignal von 1,6 MHz erregt wird, liefert einen zwischen 300 und 500 kHz frequenzmodulierten Impuls. Die Abtastung dieses Impulses am Ausgang des Filters 28 wird mit der Frequenz IMHz durchgeführt. Die Verzögerungsleitungen 32 besitzen eine Verzögerungszeit τ = 1001 μβ und können jeweils 1001 Binärsignale enthalten. Die Entnahme der Binärsignale erfolgt mit einer Folgeperiode, welche sich um eine Mikrosekunde von der Verzögerungszeit τ unterscheidet, d.h. θ = 1000 μβ. Die übertragung der Binärsignale zum Digital-Analog-Umsetzer 34 findet regelmäßig mit der Frequenz von 1 kHz statt. Der mittels der Koinzidenzschaltung 36 ausgeblendete Ausschnitt hat eine Dauer von einer

Sekunde.

Die vorstehenden Zahlenwerte und die vorangehende Beschreibung zeigen, daß ein frequenzmodulierter Impuls mit dem gleichen Verfahren und mit zum größten Teil gleichen Schaltungen gedehnt und sodann wieder verdichtet werden kann. Es besteht eine ausgezeichnete Korrelation zwischen den von der in F i g. gezeigten Anordnung erzeugten Signalen und den Verdichtungseigenschaften der in Fig.3 gezeigten Anordnung. Die Kombination dieser beiden Anordnungen ergibt infolge der Umkehrbarkeit der an den Signalen vorgenommenen Verarbeitungen nicht nur eine beträchtliche Einsparung hinsichtlich der Anzahl der vorzusehenden Teile, sondern auch einen hohen Korrelationsgrad. Die abwechselnde Arbeitsweise als Dehnungsanordnung bei der Sendung und als Verdichtungsanordnung beim Empfang wird vom elektrischen Funktionsgenerator 25 gesteuert.

Die Umlaufspeicher bildenden Verzögerungsleitungen 14 und 32 können auch durch Schieberegister ersetzt werden. Die auf der Verwendung von Binärsignalen beruhende Arbeitsweise gestattet die Erzielung von hohen Verdichtungsgraden. Der Amplitudenbereich ist um so größer, je mehr Quantisierungsstufen in den Umsetzern vorgesehen sind. Diese Stufen können je nach der Art der zu verdichtenden Signale gleiche Abstände besitzen oder nicht.

Der Koeffizient K der homothetischen Transformation kann dadurch eingestellt werden, daß am Eingang jeder digitalen Verzögerungsleitung ein Pufferspeicher mit dem Fassungsvermögen »P« angeordnet wird. Indem man die Proben in Gruppen von »p« alle »q« Umläufe einschreibt, wird der Koeffizient K zu

Κ' = -3-Κ.

Der ringförmige Umlaufspeicher könnte auch von einer einzigen Verzögerungsleitung gebildet werden, in welcher die Binärsignalgruppen aufeinanderfolgen welche die Abtastwerte darstellen. Bei dieser Möglichkeit wird der Umlaufspeicher zwischen Schieberegistern angeordnet, welche die Binärsignale gleichzeitig empfangen und nacheinander abgeben können oder umgekehrt. Schließlich kann die in Kaskade mit der homothetischen Dehnungsanordnung verwendete Dispersionsleitung eine beliebige Kennlinie der Gruppenlaufzeit als Funktion der Frequenz haben. Sie kann durch eine geeignete elektrische Schaltung oder durch eine optische Beugungsanordnung ersetzt werden welche die gleiche Wirkung auf die zu verdichtenden oder zu dehnenden Signale ausübt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Änderung der Dauer frequenzmodulierter Impulse in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten, insbesondere zur Verwendung bei mit Impulsverdichtung arbeitenden Ultraschall-Rückstrahlortungsanlagen, mit einer Dispersionsanordnung zur Änderung der Dauer der Impulse in dem einen Arbeitsschritt und mit einer Umwandlungsanordnung, welche die impulse in dem anderen Arbeitsschritt in Impulse umwandeln, die dazu bis auf einen Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktor in einem Ähnlichkeitsverhältnis K zeit- . lieh homothetisch sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungsanordnung (2, 3, 4, S, 6) einen Ringspeicher (2) zur Aufnahme einer Folge von aufeinanderfolgenden Abtastwerten (E₁-) der Impulse, eine Abtastanordnung (3) zur Erzeugung der Abtastwerte aus den Impulsen, eine zwischen der Abtastanordnung (3) und dem Ringspeicher (2) angeordnete Einschreibanordnung (4) zum Einschreiben der Abtastwerte (£_f) in einem ersten Takt, eine die an den Ringspeicher (2) angeschlossene Leseanordnung (6) zur Entnahme der Abtastwerte (£;) in einem zweiten Takt, dessen Verhältnis zu dem ersten Takt gleich dem Ähnlichkeitsverhältnis K ist und einen Digital-Analog-Umsetzer (6) zur Wiederherstellung der Impulse mit einer geänderten Dauer enthält, daß zwischen der Leseanordnung (6) und dem Ausgang der An-Ordnung eine Koinzidenzanordnung (7) angeordnet ist, die so gesteuert wird, daß jedem zugeführten Impuls nur ein einziger Impuls von geänderter Dauer entspricht, und daß die Dispersionsanordnung (1) in Kaskade mit der Umwandlungsanordnung (2, 3, 4, 5, 6) und mit der Koinzidenzanordnung (7) zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anordnung angeschlossen ist.

2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzanordnung (7) einen mit dem Ausgangskanal der Umwandlungsanordnung verbundenen Signaleingang und einen Steuereingang hat, daß eine Steueranordnung (5) mit der Umwandlungsanordnung und mit dem Steuereingang der Koinzidenzanordnung (7) verbunden ist und diese derart steuert, daß jedem zu verarbeitenden Impuls nur ein einziger Impuls von geänderter Dauer entspricht, und daß eine dispersive Verzögerungsanordnung mit der Umwandlungsanordnung derart verbunden ist, daß sie eine weitere Anderung der Dauer jedes Impulses durchführt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastanordnung (3) einen Eingang zum Empfang der Impulse sowie einen Ausgang aufweist, der eine Folge von Abtastwerten für jeden der Impulse abgibt, daß der Ringspeicher (2) eine Folge von diskreten Signalen liefert, von denen jedes kontinuierlich ist und aus einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtastwerten der Folge gebildet ist, wobei eines dieser diskreten Signale ein vollständiges Signal ist, das alle Abtastwerte der Folge enthält, daß die Dispersionsanordnung (1) einen Eingang zum Empfang der diskreten Signale und einen Ausgang zur Abgabe der entsprechenden verdichteten Signale aufweist, und daß die Koinzidenzanordnung (7) so ge ieuert wird, daß sie das verdichtete Signal auswählt, das dsm vollständigen Signal entspricht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsanordnung (1) am Eingang der Umwandlungsanordnung (2, 3, 4, 6) angeordnet ist, daß die in der Umwandlungsanordnung enthaltene Abtastanordnung (3) eiaen Eingang zum Empfang der von der Dispersionsanordnung (1) abgegebenen Impulse von verlängerter Dauer und einen Ausgang aufweist, der eine Folge von Abtastwerten für jeden der Impulse von verlängerter Dauer abgibt, daß der Ringspeicher (2) die Abtastwerte jeder Folge empfängt und ein Ausgangssignal abgibt, das aus Abtastwerten gebildet ist, die vergrößerte Folgeintervalle aufweisen, und daß die Koinzidenzanordnung (7) zur Auswahl dieses Ausgangssignals gesteuert wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastanordnung (3) einen Signaleingang, einen mit einer Steueranordnung (5) verbundenen Steuereingang und einen Ausgang aufweist, und daß der Ringspeicher (2) einen mit dem Ausgang der Abtastanordnung (3) verbundenen Eingang, einen mit der Steueranordnung (5) verbundenen Steuereingang und einen mit dem Ausgangskanal der Umwandlungsanordnung (2,3. 4,5, 6) verbundenen Ausgang aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastanordnung (3) Quantisierungseinrichtungen aufweist, denen Analog-Binär-Umsetzeranordnungcn zugeordnet sind, und daß der Ausgang des Ringspeichers (2) mit dem Ausgangskanal der Umwandlungsanordnung (2, 3, 4, 5, 6) über Binär-Analog-Umsetzeranordnungen verbunden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspeicher (2, 14) eine Einschreibanordnung (15) aufweist, die einen an den Ausgang der Abtastanordnung (3,9) angeschlossenen Eingang und einen mit der Steueranordnung (5,9) verbundenen Steuereingang aufweist, daß der Eingang des Ringspeichers (2,14) an den Ausgang der Einschreibanordnung (15) angeschlossen ist, und daß eine Leseanordnung (16) vorgesehen ist, die einen mit dem Ausgang des Ringspeichers (2, 14) verbundenen Eingang, einen an die Steueranordnung (5.10) angeschlossenen Steuereingang und einen mit dem Ausgangskanal verbundenen Ausgang aufweist.

8. .Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspeicher (2, 14) wenigstens eine Verzögerungsleitung aufweist, deren Ausgang mit ihrem Eingang über eine Rückkopplungsschleife verbunden ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschreibperioden und die Leseperioden des Ringspeichers (2, 14) voneinander um eine Dauer verschieden sind, die gleich der Umlaufperiode in dem Ringspeicher ist.

10. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine dem Eingang der Abtastanordnung (9) vorgeschaltete erste Bandpaßfilteranordnung (8) und eine zwischen dem Ausgang der Umwandlungsanordnung und dem Eingang der Dispersionsanordnung (1, 19) angeordnete zweite Bandpaßfilteranordnung (17).

11. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Ausgang der Umwandlungsanordnung und dem Eingang der Di-

spersionsanordnung (1,19) angeordnete Frequenzumsetzeranordnung (18).

12. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine an den Ausgang der Koinzidenzanordnung (7, 21) angeschlossene Tiefpaßfilteranordnung (22).

13. Anordnung nach Anspruch 4. gekennzeichnet durch eine Generatoranordnung (25), welche die Impulse dem Eingang der Dispersionsanordnung \26) zuführt.

14. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Ausgang der Dispersionsanordnung (26) und dem Eingang der Abtastanordnung (29) angeordnete Frequenzumsetzeranordnung (27).

15. Anordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Ausgang der Frequenzumsetzeranordnung (27) und dem Eingang der Abtastanordnung (29) angeordnete Bandpaßfilteranordnung (28).

16. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine zwischen der Umwandlungsanordnung und der Koinzidenzanordnung (36) angeordnete Filteranordnung (35).