DE1963953A1 - Anordnung zur Schwellwertregulierung eines Empfaengers - Google Patents

Anordnung zur Schwellwertregulierung eines Empfaengers

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Description

I-;. Dezember 1969 Docket FR 968 504 Sehr. 3chie/E
Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, H. T. 1C5G4 (V.St.A.)
Vertreter: Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Schiaring, 703 Böblingen, Westerwaldweg 4
Anordnung zur Sciiwellwertregulierung eines Empfängers
Die Erfindung betrifft ein System zur Regulierung des Schwellwertes eines Radarempfängers oder dgl., dessen Eingang mit einem Signal gespeist wird, welches Nutzimpulse und Rauschen enthält.
Der Zweck dieser Erfindung besteht darin, am Empfängerausgang ein Signal zu erhalten, welches die Nutzimpulse wiedergibt, die den Realechos entsjjrechen, während die infolge des Rauschens vorhandenen Störimpulse zahlenmäßig auf ein Minimum reduziert werden. Ss muß deshalb eine Schwellwertschaltung erstellt werden, bei welcher es möglich ist, den größten Teil des Rauschens zu löschen. Unvermeidlich resultiert jedoch hieraus die Tatsache, da.·... die nützlichen Echos, deren Echos gelöscht werden, einen Pegel aufweisen, welcher niedriger ißv als der als Schwellwertpegel gewählte»
7-3 gibt iaher ein Pogeloptimum für den zu erstellenden ocLwelivrert, wenn, das den Rauschweri; enthaltende Signal auf-"I-■ I. ■:"■'.". Per -.^u arm te Pegel; welcher dafür in dar Regel ku woo Liinierm ?3ü, ^üeht; im Einirlang mit der Intensität des Ra-i.veiiriiü?, i>ie Intensität des Rauschens wird -variiert und die den Vai Latioron auaznaetzm-Aen Duroiischnittspegel
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sowohl in der Datier als auch in der Intensität veränderlich·
Der Schwellwertpegel kann manuell eingestellt werden. Man hat aber schon lange nach automatischen Regulierungsmethoden gesucht und zahlreiche Vorrichtungen dafür' vorgeschlagen. Hierzu gehört auch eine Anordnung nach der französischen Patentschrift 1 358 354.
Bei dieser Vorrichtung wird der Schwellwert durch Konvertierung des Inhaltes eines digitalen Zählers in eine analoge Spannung gewonnen. Der Inhalt des Zählers wächst oder nimmt ab, wenn die Anzahl der Echos, die während eines sich wiederholenden Radarzyklus (das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übertragungen von Abfrageimpulsen) gespeichert werden, einen höheren oder niederen Grenzwert überschreiten.
In anderen Fällen wird der Schwellwert durch analoge Mittel gewonnen, z. B. durch die Ladespannung eines Kondensators, welcher einem konstanten Entladestrom ausgesetzt ist, und durch einen Ladestrom, welcher proportional der Zahl der empfangenen Echos ist. Anstatt alle empfangenen Echos in Betracht zu ziehen, sowohl die wirklichen Echos als auch die Störechos, können nur die Störechos bei der Schwellwertregulierung zur Verwendung kommen. Dies ist in der Regel der Fall, und der Ladestrom wird nur während der Zeitperiode eingespeist, wenn es kein Realecho gibt, und zwar am Ende eines wiederkehrenden Radarzyklus. Der Einfachheit halber wird angenommen, daß der Rauschpegel sich während des Restes der Wiederholung nicht ändert.
Bis jetzt haben die durch bloße analoge Mittel erhaltenen Schwellwerbschaltungen, z. B. mit der Aufladung eines Kondensators, den Vorteil gehabt relativ einfach, au sein. Ein Übelatand ist jedoch dabei das Vorhandensein fehlender
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Genauigkeit oder Trägheit. Der Mangel an Genauigkeit ist insbesondere den Leckströmen in den Kondensatoren und den Verlustströmen bei allen isolierenden Bauelementen zuzuschreiben. Um die relative Bedeutung dieser Störströme herabzusetzen, sollte die Intensität des Ladestromes und des Entladestromes vergrößert werden. Dann aber ist die Trägheit des Systems vermindert. Dieses System muß jedoch nicht auf schnelle Fluktuationen des Rauschens ansprechen, sondern nur auf langsame Variationen reagieren. Zur Verbesserung hinsichtlich der Trägheit ist der kapazitive Widerstand des Kondensators zu erhöhen. Dies führt jedoch zu einer unerwünschten Schwerfälligkeit.
Das Hauptziel der Erfindung besteht daher in einer Schaltung vom Analogtyp, bei der die Aufladung eines Kondensators benutzt wird, um dadurch sicherzustellen, daß die Genauigkeit ausreichend hoch ist, ohne die Notwendigkeit eines kapazitiven Widerstandes mit hohem Werte und ohne die Einführung unerwünschter Fluktuationen in die gewonnene Schwellwertspannung.
Für eine Anordnung zur Scliwellwertregulierung eines Empfängers, dessen Eingang mit Nutzimpulsen versorgt wird, insbesondere eines Radarempfängers, in welcher der Schwellwert durch die Ladespannung eines Kondensators gewonnen wird, dessen Ladestrom proportional der Anzahl der Rauschimpulse ist, besteht danach die Erfindung darin, daß ein zweiter Kondensator vorhanden ist, dessen Ladestrom proportional dem Ladestrom des ersten Kondensators ist und daß die Belastung des zweiten Kondensators eine unbelastete Stromquelle des ersten Kondensators in solcher Weise steuert, daß die von dieser Quelle gelieferte Stromintensität ab^· nimmt, wenn die Belastung des zweiten Kondensators steigt.
Bei der Anordnung nach der Erfindung werden also zwei
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kapazitive Kreise benutzt: ein erster Kreis mit niedrigen Strömen, welcher einen LadestiOm proportional zu den empfangenen EcJiQS enthält und einen durch die Ladespannung des KOndensators gesteuerter Ladestrom, welcher mit dem zweiten Kreis erhalten wird« Der zweite Kreis .hat vergleichsweise hohe Ströme, wobei ein Ladestrom proportional den empfangenen Echos ist, und wobei ein konstanter Ladestrom gegeben ist* Der ernte Kreis gewährleistet" ein gutes Beharrungsvermögen dank seiner· .niedrigen Ströme, und'der zweite Kreis sichert eine hohe Genauigkeit dank der auf den Entiadestrom dee ersten Kreises ausgeübten Kontrolle«
Ein weiteres Z-iel dar Erfindung besteht; in der Schaffung einer Schaltung auf Korrektur der fortgesetzten Abtrift, die ζ. B. dem zeitweiligen Fehlen von Rauschechos zuzuschreiben .ist« Dieser liorrektionskreis speist einen Ladegleichstrom, um die Scixwellwertspannung auf einem Hormalwert zu halten, und zwar auch darm, wenn es kein Echo gibt»
Die Erfindimg"sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für eine beispielsweise Ausführ-ungsfone n."her erläuterte
Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung <,
Fig* 2 zeigt die Ströme und. Spannungen, die während eines rücklaufenden Eadarzykluses erhalten werden.
In Fig. 1 ist die Schwellwerkspannung mit Y bezeichnet,
sie wird aus der Spannung Vc2 an den Klemmen des Kondensators C2 über ein dazwischen befindlichen Gleichstromverstärkungsgerät Al gewonnen.
Die Hauptfunktion des genannten Verstärkers besteht in der Isolation des Kondensators G2 vom Ein-rang des Yideover-
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stärkers, so daß Vc2 durch den notwendigen Durchsatz für den Videoverstärker nicht modifiziert wird; mit anderen Worten, Al hat gegenüber C2 eine hohe Impedanz» Der "Videoverstärker ist aus den beiden Teilen A2 und A3 gebildet, wobei A2 mit einem variablen Schwellwert und A3 mit einem festen Schwellwert betrieben werden.
Der feste Schwellwert von A3 ist auf einen' positiven Pegel einreguliert, so daß die Operation der Gleichstromschleife, welche später noch zu beschreiben ist, keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung bei S hat.
Die Videosignale erreichen Ei wenn der Pegel von E höher als Vs ist, dann erscheint bei S ein Signal« Wenn der Pegel von E niedriger als Vs ist, dann bleibt der Ausgangs?/ert von S auf dem Pegel O. In der folgenden Beschreibung ist angenommen, daß die Spannungen, welche an den Ausgängen von A2 und A3 erscheinen^ positiv sind, wenn der Pegel von E höher als Vs wird, .
Der Ausgang S der Vorrichtung Ist abgezweigt nach einem monostabileii Multivibrator MC und zwar über eine dazwischenliegende Torschaltung 12. Die genannte Torschaltung ist am Ende eines Rücklaufzyklus während der 'Zeit t2, in der es keine Realechos gibt, geöffneto Der monostabile Multivibrator MG liefert einen Impuls s der sowohl der Amplitude nach als auch der Dauer nach bestimmt ist, wenn ein Impuls durch die Torschaltung 12 läuft« In der folgenden Beschreibung wird zugelassen, daß die monostabile Schaltung durch die ansteigenden Kanten, d» iu durch den Anfang des Impulses 9 welcher durch das Gatter 12 geht, eingestellt wird ■ (ßin-Zustand). Außerdem wird auch zugelassen, daß die Zeitdauer des iiionoBbabilen, Impulses einstellbar ist*
Da ti· Koiiieiisaboi* 02 wird durch die beiden Stromquellen Q 2
«» fa «β
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1 CS ß, Q Q ^ % I ί/ ν -J %J %J *J
und G-'2 aufgeladen und wird entladen durch eine Stromquelle G"l» G12 wird nur.während des Betriebes der Gleichstromschleife, welche noch zu beschreiben ist, betätigt. In der normalen Arbeitsweise ist die genannte Stromquelle blockiert. G"2 ist eine Stromquelle mit einem konstanten Strom i"2, welcher aber unter der Steuerung des monostabilen Multivibrators MC impulsbetrieben ist, G"2 liefert nur Ströme während der Zeitdauer in der der monostabile Multivibrator Impulse erzeugt»
G11I ist eine permanent betriebene Stromquelle. Sein Strom-? fluß i"l wird jedoch durch die Spannung YcI gesteuert, die an den Klemmen des Kondensators Cl erhalten wird» i"l ändert sich in einer Richtung, die derjenigen der Spannung VcI entgegengesetzt ist.
Der Kondensator Cl wird durch eine Stromquelle G2 aufgeladen und durch eine Stromquelle Gl entladen, Diese beiden Stromquellen sind vom Konstantstr.omtyp» Gl wird permanent betätigt3 G2 wird unter der Steuerung des Multivibrators MC in ähnlicher Weise wie die Stromquelle G"2 impulsbetrieben,, - ,
Man kann sich die Erfindung so vorstellen, daß· die Quellen G"2 und G11I Ströme i"2 und i"l liefern, deren Intensität niedrig ist, wohingegen die Quellen G2 und Gl Ströme 12 : und il liefern, deren Intensität achtzig bis hundert Mal größer isto . ._._.·.· ■ ■-..■■-■
Zur Vorrichtung nach der Erfindung gehört auch die sogenannte komplementäre Schleife, die sogenannte Gleichstrom- ; schleife. Diese wird aus der Torschaltung 11,dem Integrator I und der Stromquelle Ck12gebiläet, welche," eiiieii-"Badestrom "■ i"2 für den Kondensator 02 liefert» Die Stromquelle wird durch den Ausgang des Integrators gesteuert;«. Sie wird nur
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betätigt, wenn der genannte Ausgang einen vorgegebenen Pegel erreicht. Der Eingang des Integrators ist abgezweigt zum Eingang des Videoverstärkers A2, wie dies die Figur zeigt«, Diese Abzweigoperation wird durch Vermittlung der Torschaltung 11,'welche während der Zeit t2 geöffnet ist,■bewerkstelligt.
Bei der normalen Operation, d. h. wenn das bei E eingeführte Videosignal Rauschen enthält, ist die oben beschriebene Operation der' komplementären Vorrichtung nicht einbezogen* Dies ist mit anderen Worten der Fall, bei alternierenden Komponente während der Zeit t2. Wenn η die ZaIiI der bei S während der Zeit t2 erhaltenen Impulse ist und wenn t3 die Zeltdauer der Impulse ist, welche der monostabile Multivibrator liefert, dann werden die Generatoren G2 und G"2 während einer Zeitperiode ntj in einem Radarrücklaufzyklus T betrieben. Andererseits werden die Generatoren Gl und G-11I permanent betrieben»
Der Strom il ist die'Bezugsgröße. Im Gleichgewichtszustand ergibt sich:
ilT = nt3i2
Für i"l und i"2 gibt es eine ähnliche Beziehung. Da aber i2=ki"2 ist, woTaei k eine Zahl zwischen 80 und 100 darstellt, ist, wie oben erwähnt, der Strom I11I sehr klein und die Interferenzströme können im Hinblick darauf nicht vernachlässigt werden (Leckstrom des Kondensators C2...)o Deshalb ergibt sich eine Beziehung
nt3 i"2 « T (i«l + i"p) wobei i"p die Summe der erwähnten Störströme ist*
Fig. 2 zeigt die Ladeströme und Entladeströme von Cl, sowie die Spannung VdI während eines HücklaufradarzykluSc
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Es sei bemerkt, daß die Spannungen an den Klemmen von Cl und C2 den Fluktuationen vorgelegt werden. Sie sind langsam, aber dauernd entladen5 wohingegen durch Impulse , welche über einen Abschnitt 12 des Rücklaufzyklus T verteilt sind, eine Aufladung stattfindet. Die genannten Fluktationen werden natürlich weniger.bedeutend sein, als die kapazitiven Widerstände von hohen Werten. Die Ströme werden klein sein«
Es sei nachstehend folgendes Beispiel erörtert? Die Rücklauf zeit T betrage 4ms, die Zeit t2 sei Ims, der Strom i"l 4i"p sei 0-,75/uA} die Kapazität C2 betrage 600 /uF« Dann würde die Spaunun; svariation w-vhrend der Zeit ti, in der i"l+I"p die einzigen Ströme, welche au betätigen sind, sind, sein.·
0.75«KT6.3-10"^ = ζ 7c u γ 600°10~b -
Die genannten Fluktetionen sind daher sehr niedrig".
Andere Fluktuationen können ζ« B. auf.treten, wenn eine zufällige hohe Kauschdichte eine große Zahl von Impulsen aus den monostabilen LuItivibrator HC in einer sehr kleinen Zeitdauer zur Folge hat* Der auf die erhaltene Schwellwertspan-· nung Ys ausgelöste Effekt kann durch Wahl eines Verstärkers Al abgeschwächt werden. Dieser Verstärker schwächt die vorherrschenden Frequenzen dieser Fluktuationen,, Die. Verstärkung dieses Verstärkers wird für die genannten Frequenzen im Vergleich zur Verstärkung der sehr niedrigen Frequenzen stark herabgesetzt« .
Wenn die Anzahl η der Störimpulse zunimmt f dann werden i2 und i"2 für eine längere Zeitdauer eingespeist und die Ladung von Cl und C2 erhöht. Die Schweilwertspannung Vs, welche der Aufladung von 02 folgt, wird daher ertöntt wodurch die Anzahl der Rauschimpulse herabgesetzt wird« Die Schleife
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gewährleistet demgemäß eine korrekte Schwellwertregulierung., so daß die Anzahl der Rauschechos konstant bleibt.
Andererseits muß eine zufällige Variation des Entladestromes Ton 02 sich nicht auf die Anzahl der Rauschechos auswirken» Der einbezogene Eingang von Cl ermöglicht einen Gegenausgleich, der genannten."'Variation. Es sei beispielsweise ange*- nommen, daß der Leckstrom von 02 erhöht ist. Diese Erhöhung ist ein äquivalenter Vorgang zu einer Zunahme von i"l. Die Spannung bei 02 wird infolge der herabzusetzenden Schwell« wertspannung Vs herabgesetzt» Die Anzahl der Rauschechos wird daher erhöht und demgemäß werden die Einstellzeiten von 12 und i"2 erhöht werden» Dies führt zu einer Erhöhung der Spannung von Cl und C2* Die Zunahme von VcI wird jedoch eine Abnahme von i"l zur Folge haben. Hieraus ergibt sich, daß am Ende einer Übertragungsperiode die Größe Vc2 ihren anfänglichen Wert wieder angenommen haben wird,, VcI wird einen höheren Wert halben, und i"l wird gemäß einem Wert, welcher dem eingeführten Leckstrom entspricht5 verringert werden.
Damit die Aktion von VcI ausreichend ist, muß VcI sehr wesenblich geändert werden5 wenn sich die £ahl η ändert. Da die erwähnte Variation proportional zu .12 ist,- ist es deshalb wmischenswert9 daß 12 vergleichbar hoch ist. Anderer— seit;s ist die Genauigkeit gegenüber den Werben der StÖrsbröme (Leckstrom des Kondensators, etc» "»..) umso besser, ■je höher ii und 12 sind. Dies bedeutet, daß es die Erfindung ermöglicht; eine genaue und nicht variierende Schwellwertspannung zu gewinnen.
Die Vorrichtung ist-Jedoch'nicht beschränkt auf die Hauptaiiordming, deren Arbeitsweise soeben beschrieben wurde» Diese konnte blockiert werden, wenn es keine alternierende. Komponente im Eingang des Vedeovsrstärkers gibt*» Tataäch-
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lieh wird an der Stelle E , wenn dort"kein Rauschen auftritt und ¥/enn die genannte Stelle auf einem Nullspannungswert bleibt, durch den monostabilen Multivibrator kein Impuls erzeugt» Dies bedeutet, daß die Generatoren G2 und G"2 ausgeschaltet bleiben und daß nur die Kondensattoren Gl und C2 den Entladeströmen il und i"l ausgesetzt sind« VcI und Vc2 werden herabgesetzt, und Vc2 wird während einer Abnahme von VcI stärker erniedrigt, da eine Abnahme von VcI eine Zunahme von i"l zur Folge hat,
Die Variation von Vs ist eine Funktion der Variation von Vc2. Zu einem gegebenen Zeitpunkt, wenn die Spannung Vs niedriger wird als die Spannung im Punkte E3 erscheint am Ausgang von A2 eine positive Gleichspannung. Das Ergebnis würde dasselbe sein, sollte E auf eine Gleichspannungsdifferenz gebracht werden, welche von 0 verschieden ist·. Wenn in diesem Falle die Spannung positiv ist, und wenn Vs kleiner ist als E, dann könnte der Ausgang von S auf einen positiven Spännungswert gebracht werden. Dies würde jedoch beim Wiederauftreten des Öffnens der Torschaltung 12 zur Zeit t2 nur einen Impuls aus dem monostabilen Multivibrator MC zum Starten bringen.
Wenn in diesem Falle die Spannung negativ ist, dann würde vom monostabilen Multivibrator MC kein Impuls, geliefert werden. In beiden Fällen sind die Kondensatoren Cl und C2 entladen, und die Spannung Vs wird nach einer Zeit kleiner als E. Die direkte und positive Spannung, welche am Ausgang von A2 erscheint, wird auf einen Integrator 1 über die Torschaltung H9 welche während der Zeit t2 offen ist, übertragen» Wenn die Spannung, welche am Ausgang des genannten Integrators auftritt, einen gegebenen Pegel erreicht, stellt sie die Stromversorgung G}2 ein? welche dann einen Strom i'2 liefert, Dieser lädt dan Kondensator ^ 02 auf, womit der Wert Ts--auiiimm.te9 Die Vorrichtung neigt
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zu einem Gleichgewichts zustand, wobei der Verstärker A2 in den Arbeitsbetrieb gelangt.
Der Verstärker A ist an der Grenze der Klasse Α-Form. Es sei liier bemerkt, daß bei normaler BetriebsTorm die erzeugten Impulse auch durch I integriert werden, wenn der Rauschpegel über dem Schwellwertpegel Ys liegt. Im Ergebnis muß jedoch diese Integration nicht den Pegel erreichen, welcher den Strom i'2 einstellt. Die Gleichstromsehleife muß dalier eingestellt werden, so daß der Ausgangspegel, welcher G12 einstellt, nur für eine Elektrizitätsmenge erreicht wird, die vom Gatter 11 übertragen wird. Diese ist höher als die gesamte Elektrizitätsmenge, die von den Signalen geliefert wird, welche am Ausgang von Al "bei ITormalbetrieb (während der Zeit t2) erscheinen«
Wie bereits oben erwähnt, ist der Verstärker A3 mit einem festen Schwellwert eingerichtet. Dieser Schwellwert wird auf einen Pegel eingestellt, der höher ist als derjenige, der durch die positive Direktspannung am Ausgang von Ά2 erreicht wird, wenn die Gleichstromsehleife betätigt werden muß. Wenn daher "die Schleife, beiläufig betrieben wird, hat dies keine Rückwirkung auf die Ausgangsspannung der Vorrichtung bei S.
Die Stromgeneratoren, Verstärker, Integratoren, die in Fig. 1 schematisch dargestellt sind, sind nicht besonders beschrieben worden. Sie können von irgendeinem Typ an sich bekannter Art sein. Desgleichen kann die Berechnung der verschiedenen Bauelemente zur Erreichung der erforderlichen Arbeitsbedingungen nach den bekannten Regeln durchgeführt werden.
Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die verlangte Regulierung des Schwellwertes genau durchgeführt werden kann«.
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Es ist leicht, diese Regulierung einer verlangten Anzahl von Störechos durch Beeinflussung der Zeitdauer des monostabilen Multivibrators MC anzupassen. Die Ladeströme ±2 und i"2 werden während der Zeitdauer ntj geliefert« Sollte das genannte Produkt konstant bleiben, dann werden die Gleichgewichtszustände nicht modifiziert. Bei einer Zunahme von η kommt es innerhalb derselben Proportion zu einer Verringerung von t3.
Pat ent an sprü ehe
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Claims (1)

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Patentansprüche
1·) Anordnung zur Schwellwertregulierung eines Empfängers«, dessen Eingang mit Nutzimpulsen versorgt, wird, insbesondere zur Schwellwertregulierung eines Radarempfängers, in welcher der Schwellwert durch die Ladespannung eines Kondensators gewonnen wird, dessen Ladestrom der Anzahl der Rauschimpulse proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kondensator vorhanden ist, dessen Ladestrom proportional dem Ladestrom des ersten Kondensators ist und daß die Belastung des zweiten Kondensators eine unbelastete Stromquelle des ersten Kondensators in solcher Weise steuert., daß die von dieser Quelle gelieferte Stromintensität abnimmt, wenn die Belastung des zweiten Kondensators steigt»
2„) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der durch das Rauschen "bedingten Ausgangsimpulse auf einen gewünschten Pegel gehalten wird,
3») Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme des zweiten Kondensators im Vergleich zu denen des ersten Kondensators groß sind,
4-«) Anox'dnung nach den Ansprüchen 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, daß ein variabler Schweil\?ertverstärkerteil (A2) und ein IPestschwellivertverstärkerteil (A3) eines Videoverstärkers vorgesehen sind und daß der Ausgang des ersten Verstärkerteiles des Videoverstärkers eine die Drift korrigierende Schaltung treibt, wobei der zweite Verstärkerteil des Videoverstärkers derart eingerichtet ist, daß der am ersten Verstärkerfceil des Videoverstärkers auftretende und die Driftkorrektionsschaltung beeinflussende Störeffekt nicht auf den »weiten Verstärkerteil des Videoverstärkers übertragen wird» .
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5») Anordnung nach, den Ansprüchen 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet j daß eine Regulierung der Anzahl benötigter Echos durch Einstellung der Zeitdauer des durch einen monostabilen Multivibrator ausgelösten Impulses vorgesehen ist,
98.20/178 0
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NL8105095A (nl) * 1981-11-11 1983-06-01 Philips Nv Schakeling voor het omzetten van een informatiesignaal in een rechthoekvormig signaal.

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