DE1919133A1 - Signalverarbeitungsschaltung fuer Videofrequenzsignale zur Verbesserung der Festecho-Ausblendung - Google Patents

Description

• "Signalverarbeitungsschaltung fUr Videofrequenzsignale zur Verbesserung der Festecho-Ausblendung" Französische Priorität vom 26. April 1968 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 149 627 (Seine) Die Erfindung betrifft eine Signalverarbeitungsschaltung für Videofrequenzsignale. Diese dient insbesondere zur verbesserten Auswertung der sich schnell ändernden Informationen1 die als Nutzinformationen betrachtet werden , wobei feststehende bzw. sich nur langsam ändernde Informationen, die als Störinformationen betrachtet werden, auszublenden sind. Das Anwendungsfeld dieser Schaltungen liegt hauptsächlich innerhalb der Einrichtungen zur Funkerfassung bzw. Funkortung von beweglichen Objekten.
• Die Mehrzahl dieser Einrichtungen beruht auf dem Prinzip, Festechos durch Vergleich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gruppen von Informationen auszublenden, wobei dieser Vergleich im allgemeinen mit Hilfe einer Korrelation durchgeführt wird.
• Innerhalb einiger dieser Geräte wie betspielsweise Ausblendgeräten für dichte Zonen erfolgt die Korrelation zwischen den in einer Impulsfolge enthaltenen bzw. innerhalb der zweier Hälften einer gleichen Impulsfolge erhaltenen Informationen. Bei anderen Geräten wie beispielsweise Extraktoren wird eine Korrelation zwischen den in einer Impuls folge enthaltenen Informationen und denen in der Gruppe von N vorangegangenen Impuls folgen durchgeführt. In gleicher Weise arbeiten auch die sogenannten WMTI-" Radarsysteme, d.h. Radargeräte mit Festechoausblendung, bei denen ein Vergleich zwischen zwei und ggf. drei aufeinanderfolgenden Impuls folgen angestellt wird.
• Bei allen diesen genannten Einrichtungen erzielt man jedoch keine vollständige Ausblendung der Festechos und es verbleiben demnach in jedem Falle störende Restinformationen, die sich gegenüber yewissen Anwendungsfällen nachteilig auswirken können.
• Es liegt demnach in der Zielsetzung der Erfindung, diese Festechoausblendung zu verbessern. Entsprechend einem Merkmal der Erfindung wird die Korrelation zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antennenumläufen durchgeführt. Hierzu wird jedoch ein Speicherorgan notwendig, das in der Lage ist, eine sehr hohe Zahl von Informationen, z.B. in der Größenordnung einer Million, aufzunehmen. Die Aufnahmekapazität der innerhalb der bisher verwendeten Einrichtungen benutzten Speicherorgane lag jedoch weit unter dieser Anzahl und somit tonnte eine Signalverarbeitung bisher nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden. Bei diesen Organen handelte es sich im allgemeinen um Speicher röhren, die ebenfalls die Funktion von Korrelationsorganen übernahmen, Neben der gegenüber den vorgesehenen Anwendungen unzureichenden Aufnahmekapazität besitzen diese weitere Nachteile wie beschränkte Dynamik, Wartungs- und Regeiprobleme.
• Darüberhinaus handelt es sich-hierbei um nicht lineare Organe, wodurch ihr Einsatz sehr erschwert wird.
• Entsprechend einem anderen Merkmal der Erfindung werden diese Nachteile durch Verwendung eines optischen Speicherorgans mit hoher Aufnahmefähigkeit beseitigt, das außerdem die Funktion eines optischen Korrelators erfüllt. Ferner ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß dieses Organ durch einen transparenten Farbträger dargestellt wird.
• Da die Aufnahme und die Abtastung nicht gleichzeitig erfolgen kann, wird entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Gruppe von zwei optisch-elektronischen und wechselweise arbeitenden Einheiten verwendet, die jeweils aus der Kombination von zumindest einer Bildquelle, einem optischen Filter, einem Farbträger mit Löscheinrichtung sowie einem photo-elektrischen Empfangs organ bestehen, wobei diese optisch-elektronischen Einheiten als gemeinsames Element einen Umschalter für die optischen Filter besitzen.
• Innerhalb einer besonderen Anwendungsform sind die beiden optisch-elektronischen Einheiten erfindungsgemäß mit einem beiden Einheiten gemeinsamen Bilderzeugungsteil sowie mit einem optische Bildteiler ausgerüstet.
• Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung umfaßt eine Analogsignal-Verarbeitungsschaltung eine während der Abtast/Vergleichsphase wirkende elektronische Schaltung mit nichtlinearer Charakteristik, d.h. einen Expander, der sich am Eingang der Bild quellen befindet, sowie ferner eine Schweliwertschaltung, die sich am Ausgang der photo-elektrischen Empfänger befindet.
• Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nunmehr folgenden, beispielhaft aufzufassenden Beschreibung, im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, wobei - Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsschaltung, - Fig. 2 ein Prinzipschema einer Aufbauvariante des in Weich nung 1 dargestellten Geräts, - Fig. 3 ein Prinzipschema einer weiteren Aufbauvariante des in Zeichnung 1 dargestellten Geräts, teilweise insbesondere auf die Verarbeitung von Analog-Signalen angepaßt, zum Gegenstand hat.
• Die in Zeichnung 1 schematisch dargestellte Signalverarbeitungsschaltung besteht erfindungsgemäß aus den beiden Kanälen A und B. In jedem dieser liefert eine Bildquelle 1 aus einem ihr zugeführten Signal E (Videosignal) ein Bild hoher Brillanz, das sich nach Durchgang durch einen optischen Filter 2 auf einem Farbträger 3 abzeichnet. Ein photo-elektrisches Empfangssystem 4, das mit dem den beiden Kanälen A und B gemeinsamen Ausgang S verbunden ist, wandelt die vom Farbträger 3 erhaltene Lichtenergie in ein Signal um, das nur die evolutiven Informationen des Videofiequenz-Eingangsslgnals E enthält. Jeder Kanal umfaßt ferner eine regelbare Lichtquelle 5, die zur Löschung der auf dem Farbträger 3 eingeschriebenen Informationen dient.
• Da die für die Aufnahme und Abtastungs/Vergleichsphasen verwendeten Filter 2 getrennt arbeiten und die beiden Kanäle A und B wechselweise arbeiten, übernimmt ein Element 6, z.B. ein mechanischer und beiden Kanälen gemeinsamer Umschalter die Umschaltung zwischen den Filtern 2.
• Innerhalb einer Variante des in Zeichnung 2 dargestellten Geräts wird nur eine einzige Lichtquelle 1 benötigt, die mit einem optischen Bildteiler 7 zusammenarbeitet. Dieser Bildteiler wird beispielsweise durch einen halbdurchlässigen Spiegel oder durch -einen Würfel dargestellt, von dem eine Diagonalebene halbdurchlässig ist. Die in den obenbeschriebenen Geräten verwendeten Farbträger bestehen beispielsweise aus chemischen Substanzen, die durch Lichteinfall umgewandelt werden können wie z.B. Spiropyrane, Anils oder Silberhalogen-Gläser.
• Diese haben die Eigenschaft, unter der Einwirkung von spezifischen, elektromagnetischen Strahlungen,wie z.B. ultraviolettes oder blaues Lichts Farben im Umkehrverfahrèn zu wechseln, um von einem farblosen in einen farbigen Zustand überzugehen. Die somit an den ausgeleuchteten Stellen des Farbträgers erreichte Trübung verhält sich proportional zur Energie des einfallenden Lichtes.
• Die Konservationsdauer hängt dabei andererseits von der Art des Trägers ab. Diese Erscheinung kann entweder spontan einige Zeit nach der Erstibestrahlung oder durch ein Aufheizen bei einer Temperatur zwischen 2O < und 1000C oder schließlich durch eine Langwellenstrahlung, WE beispielsweise durch Infrarotstrahlung, aufgehoben werden. Die Farbsubstanzen, die automatisch eine zeitliche Integrationsfunktion erfüllen und darüberhinaus eine gewisse Speicherwirkung besitzen, können demnach die Rolle einer Speicherröhre übernehmen, die beispielsweise mit einer Aufnahmeröhre verbunden wäre und besitzen darüberhinaus weitere Vorteile wie z.B. eine hohe Aufnahmekapazität sowie ein hohes Auflösungsvermögen von beispielsweise 106 Bits/cm2. Ihre elementaren Schaltzellen werden durch die Substanzmoleküle dargestellt, wobei die Schaltgeschwindigkeit sehr hoch sein kann.
• Diese Farbträger besitzen darüberhinaus eine gute Dynamik, stellen nur einen geringen Kostenauiand dar und können leicht ausgetauscht werden D-ie in den Zeichnungen 1 und 2 dargestellten Schaltungen ermöglichen demnach bei jeder Erneuerung der Informationen eine Übertragung des entsprechenden optischen Bildes auf den Farbträger 3. Dieses Bild wird von der Quelle l geliefert deren Strahlungsspektrum zumindest einen Teil des Erregungsspektrums der Parbsubstanz und somit einen Teil des Transparenzspektrums erfaßt, Bei dieser Quelle l handelt es sich z.B. um eine Katodenstrahlröhre hoher Brillanz vom Typ "Elying spitz oder ggf.
• um eine Laserquelle, der ein elektro-optisches Abtast- und Modulationssystem bzw. ein elektro-akustisches System dieser Art zugeordnet ist. Handelt es sich beispielsweise bei dieser Quelle 1 um eine Katodenstrahlröhre, so erweist es sich als vorteilhaft, zwischen diese Quelle 1 und den optischen Filter 2 ein in -Zeichnung 3 dargestelltes Lichtilhertragungssystem 81 zu legen. Dieses Lichtübertragungssystem 81 kann z.B. durch optische Fasern oder durch ein Konvergenzobj ektiv dargestellt werden.
• Somit werden bei jedem Lichteinfall auf dem Farbträger 3 Informationen aufgezeichnet, wobei im Weg der Lichtstrahlen ein Farbfilter eingesetzt ist, d.h. ein Blaufilter, das nur die Erregungs-Xiellenlängen der Farbsubstanz durchläßt. Wird nun über einen Umschalter 6 anstelle des letztgenannten Filters ein zweitens Farbfilter zugeschaltet, das nur die dem Transparenzspektrum des Farbträgers 3 entsprechenden Wellenlängen durchläßt, z.B. ein Orange-Filter, so wird eine abtastung der vorher auf dem Farbträger einge schriebenen Informationen sowie ein gleichzeitiger Vergleich mit den im Abtastsignal enthaltenen Informationen durchgeführt.
• Innerhalb des speziellen Anwendungsfalles dieser'Schaltungen auf Einrichtungen zur Funkortung beweglicher Ziele, wird das Radar Videofrequenz-Signal E beim ersten Antennenumlauf yleichzeitlg auf jeden der beiden Kanäle A und B übertragen. Da es sich bei dem Filter 2 des Kanals- A um ein Blau-Filter handelt, wird der Farbträ ger 3 dieses Kanals durch das von der Quelle 1 ausgesendete Bild belichtet. Um zu vermeiden, daß während dieser Phase der Photo-Empfänger 4 ausgelöst wird, kann man entweder seine Speisung abtrennen oder, wie in Zeichnung 3 dargestellt, diesen durch einen Verschluß 9 abdecken. GleXhzeitig erhält der Photoempfänger 4 hinter dem Farbträger 3 des Kanals B in Echtzeit das den Bildquellen übertragene Videofrequenz-Signal E, wobei es sich bei diesem Filter 2 des Kanals B um ein Orange-Filter handelt. Der Farbträgr 3 läßt nunmehr alle Informationen dieses Signals passieren, da die einfallende Strahlung im Transparenzspektrum liegt.
• Nach dem ersten Antennenumlauf schaltet der Umschalter 6 die Blau- und Orange-Filter der Kanäle A und B um. Dieser Umschalter 6 steuert darüberhinaus die Speisung des Photoempfängers 4 des Kanals A und trennt die des Photoempfängers des Kanals B ab bzw.
• steuert die Abdeckung dieses Photoempfängers ueber den Verschluß 9.
• Im Kanal A leuchtet die Quelle 1 demnach den Farbträger 3 aus, dervorher ordangefarbehes Licht auf genommenhat. Dieser stoppt nunmehr sämtliche Informationen nicht evolutiven Charitters und zwar infolge der Trübung der entsprechenden Zonen während des vorher gehenden Antennenumlaufs. Demgegenüber werden. die evolutiven rnformationen infolge der Transparenz des vom orangefarbenen Licht unbeeinflußt gebebenen Zonen des Farbträgers nicht aufgehalten.
• Diese Informationen werden demnach vom Photoempfänger 4 des Kanals A aufgenommen, der in Echtzeit am Ausgang S der Schaltung ein Videosignal- liefert, das dem Eingangssignal mit in Abzug gebrächtem Festechoanteil entspricht. Nach durchgeführter Abtastung werden die auf dem Farbträger 3 des Kanals A eingeschriebenen Informationen mit Hilfe der Infrarot-Quelle 5 gelöscht. Während dieser Zeit liefert die Quelle 1 an den Farbträger 3 des Kanals B blaues Licht, was für diesen Kanal einer Aufzeichnungsphase entspricht. Während des darauffolgenden Antennenumlaufs befindet sic der Kanal A erneut in der Aufzeichnungsphase, während sich der Ka nal B in der Abtast/Vergleichsphase befindet. Zeichnet nunmehr der Kanal A ein Bild vom Rang 2N auf, so vergleicht der Kanal B dieses Bild mit dem des Rangs 2N-1, das während des vorhergehenden Antennenumlaufs aufgezeichnet wurde. Vergleicht nunmehr der Kanal A das Bild vom Rang 2W+1 mit dem vorher aufgezeichneten Bild vom Rang 2N, so zeichnet der Kanal B nach Löschen des Bilds vom Rang 2N-1 das Bild vom Rang 2N+1 auf.
• Man erhält somit am Ausgang S der erfindungsgemäß aufgebauten Schaltung das vom Festechoanteil befreite Videofrequenz-Signal in Echtzeit und zwar abwechselnd von einem bzw. anderen der beiden Kanäle A und B. Vorausgesetzt, daß das Eigenrauschen der Photoempfänger 4, denen vorzugsweise optische Bündelungssysteme 82 zugeordnet sind, die Ausgangs-Videofrequenz-Signale S nicht-zu stark beeinflußt, kann wie in Zeichnung 3 dargestellt,zwischen den Ausgängen der Kanäle A und B und dem gemeinsamen Ausgang S der Schaltung ein vom Element 6 gesteuerter elektronischer Schalter 10 eingeschleift werden.
• Die in den Zeichnungen 1 und 2 dargestellten Schaltungen sind insbesondere für die Verarbeitung von quantitativen Videofrequenz-Signalen der Amplitude 0 oder 1 ausgelegt.
• Zur Verarbeitung der Analogsignale verwendet man erfindungsgemäß vorzugsweise ein in Zeichnung 3 dargestelltes Gerät. Bei diesem Gerät wird für die Abtast/Vergleichsphase eine Expanderschaltung 11 eingeschleift. Ein wesentliches Merkmal der Schaltung besteht darin, die Ausleuchtbedingung für das orangefarbene Licht der Quelle 1 so zu beeinflussen, daß diese -mit der Transparenzbedingung des Farbträgers 3 in der Form übereinstimmt, daßdas Produkt aus Leuchtdichte der Quelle 1 und Transparenz des Farbträgers 3 für ein und dieselbe Eingangsinformation E gleich einem konstanten Wert ist. Aus diesem Grunde befindet sich am Ausgang des elektronischen Schalters 10 eine Schaxellwertschaltung 12, deren Wert gleich dieser Konstante ist. Man erhält somit am Ausgang S ein Analogsignal, das der positiven Differenz der be-iden Analogsignale entspricht.
• Bei der verwendeten Expanderschaltung handelt es sich um ein nicht lineares Glied, z.B. um einen Feldeffekt-Transistor oder um einen Verstärker mit Gegenkopplungsschleife.
• Bei den hiermit beschriebenen Videofrequenz-Signalverarbeitungsschaltungen kann die Auswertung der in diesen Signalen enthaltenen evolutiven Informationen verbessert werden, unabhängig davon, ob es sich hierbei um quantitative oder reine Analog-Signale handelt. Innerhalb dieser Schaltungen werden werden als Speicher- und optische Korrelationselemente insbesondere Farbträger verwendet. Hierbei können sämtliche Vorteile dieser Farbträger ausgenutzt werden und es ergibt sich hiermit inSbesondere für Einrichtungen zur Funkerfassung bzw. Funkortung beweglicher Objekte die Möglichkeit der Festechoausblendung während jedes einzelnen Antennenumlauf s.
• Es gilt als selbstverständlich, daß die beispielhaft gegen bene Beschreibung der Erfindung sämtliche hieraus ableitbaren Varianten gleichermaßen einschließt.

Claims (14)

P a t e n t a n s p r ü c h

1. Signalverarbeitungsschaltung für Videofreguenz-Signale (E) zur verbesserten Auswertung der in diesen Signalen enthaltenen evolutiven Informationen, wobei diese Informationen über eine Bild quelle (1) einem Speicher- und optischen Korrelationsorgan (3) mit hoher Aufnahmekapazität zugeführt werden, hinter dem ein Photoempfänger (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Verarbeitungskanäle (A und B) vorgesehen sind, die im gegenseitigen Wechsel einmal für die Aufzeichnungs- und zum anderen für die Abtast/Vergleichs-Phase arbeiten.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bild quelle (1) jedes Kanals (A und B) über ein optisches Farbfilter (2) einen Farbträger (3) ausleuchtet, der vor dem Photoempfä (4) jedes Kanals liegt und außerdem eine Lichtquelle (5) grosser Wellenlänge vorgesehen ist, die zur Löschung der auf diesem Farbträger (3) eingeschriebenen Informationen dient.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennteichnet, daß das Str lungsspektrum der Bildquelle (1) zumindest einen Teil des Erregungsspektrums sowie einen Teil des Transparenz spektrums des Farbträgers ;(3) erfaßt.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dieser Bilaquelle (l) um eine Laser-Quelle handelt, die mit einem Abtast- und Modulationssystem für das ausgesendete Bindet ausgerUstet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Bildquelle zur um eine Katodenstrahlröhre mit hoher Brillanz handelt.

6 Schaltung nach Anspruch :5 adurch gekennzeichnet, daß hierbei ein optisches Lichtübertragungssystem (8 ) zwischen der Quelle (1) und dem Farbfilter (2) vorgesehen ist.

7. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Farbträger (3) und dem Photoempfänger (4) ein optisches Bündelungssystem (82) liegt.

8. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß infolge der besonderen Farbgebung der Farbfilter (2) jedes Kanals (A und B) entweder nur die Erregungs-Wellenlängen des Farbträgers (3) oder die dem Transparenzspektrum dieses Farbträgers (3) entsprechenden Wellenlängen passieren können, wobei ein beiden Kanälen (A und. B) gemeinsames Element (6) die jeweilige Umschaltung zwischen diesen Farbfiltern (2) am Ende jeder Phase vornimmt.

9. Schaltung nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Farbträger <3) die Aufzeichnungsphase der Informationen durch eine Trübung der entsprechenden Teile des Farbträgers (3), sowie durch das Fehlen eines Signals am Ausgang des Photoempfängers (4) des betreffenden Kanals ausdrückt0

10. Schaltung nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber der vorhergehenden Aufzeichnungs-Phase veränderten, bzw. die evolutiven Informationen während einer Abtast/Vergleichs-Phase die transparenten Teile des Farbträgers (3) passieren und uber den entsprechenden Photoempfänger (4) in Echtzeit zum Ausgang (S) der Schaltung tibertragen werden, während die unverändert gebliebenen, bzw. die nicht evolutiven Informationen während der Aufzeichnungsphase von den getrübten Zonen auf gehalten werden, wobei schließlich die für diese Informationen vorgesehene iöscheinrichtnng (5) am Ende der sogenannten Abtast/Vergleichs-Phase in Betrieb ge- -setzt wird.

11. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- daß eine einzige Bildquelle (1) gleichzeitig Zwei Kanäle <A und -B) über eine halbdurchlässige Lamelle <7) ausleuchtet.

12. Schaltung nach denvAnsprffichen 2, 8, 9 oder 10, dadurch -gekennzeichnet, daß die Verarbeitung von Analog-Signalen durch Hinzunahme einer Expander-Schaltung (11) am Eingang des Kanals, während der Abtast/Vergleichs-Phase, sowie mit Hilfe einer am Ausgang (S) der Schaltung vorgesehenen Schwellwert-Schaltung (12) erfolgt.

13. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein über einen Schalter (6) gesteuerter Verschluß (9) den Photoempfänger (4) des Kanals in der Auf zeichnungsphase abdeckt.

14. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Filter (6) gesteuerter elektronischer Schalter (10) die von den Photoempfängern (4) jedes Snals gelieferten Signale empfängt, um diese von hier aus abwechselnd auf den Ausgang (S) der Signalverarbeitungsschaltung zu übertragen.