DE1963953B2

DE1963953B2 - Anordnung zum selbsttätigen Regeln des Schwellwertes eines Empfängers

Info

Publication number: DE1963953B2
Application number: DE19691963953
Authority: DE
Inventors: Armand Massy Brunin (Frankreich)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-12-20
Filing date: 1969-12-20
Publication date: 1979-12-06
Also published as: DE1963953C3; GB1232176A; DE1963953A1; FR1602249A

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Regeln des w Schwellwertes eines Radarempfängers od. 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 γ, Nutzimpulse wiedergibt, die den Realechos entsprechen, während die infolge des Rauschens vorhandenen Störimpulse zahlenmäßig auf ein Minimum reduziert werden. Es muß deshalb eine Schwellwertschaltung erstellt werden, bei welcher es möglich ist, den größten t,o Teil des Rauschens zu löschen. Unvermeidlich resultiert jedoch hieraus die Tatsache, daß die nützlichen Echos, deren Echos gelöscht werden, einen Wert aufweisen, welcher niedriger ist als der als Schwellwert gewählte.

Es gibt daher ein Optimum für den zu erstellenden h5 Schwellwert, wenn das den Rauschwert enthaltende Signal auftritt. Der genannte Wert, welcher dafür in der Regel zu modifizieren ist, steht im Einklang mit der Intensität des Rauschens. Die Intensität des Rauschens wird variiert und die den Variationen auszusetzenden Durchschnittswerte sind sowohl in der Dauer als auch in der Intensität veränderlich.

Der Schwellwert kann manuell eingestellt werden. Man hat aber schon lange nach automatischen Regelungsmethoden gesucht und zahlreiche Anordnungen dafür vorgeschlagen. Hierzu gehört auch eine Anordnung nach der französischen Patentschrift 13 58 354.

Bei dieser Anordnung 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 FäJlen 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 Schwellwertregelung zur Verwendung kommen. Dies ist in der Regel der Fall, und der Ladestrom wird nur während der Zeitperiode eingespeist, während der 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 Schwellwertschaltungen, z. B. mit der Aufladung eines Kondensators, den Vorteil gehabt relativ einfach zu sein. Ein Nachteil ist jedoch dabei das Vorhandensein fehlender Genauigkeit und mangelnder 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. Zur Verbesserung 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 hohen kapazitiven Widerstandes und ohne die Einführung unerwünschter Schwankungen in die gewonnene Schwellwertspannung.

Für eine Anordnung zur Schwellwertregelung 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 der von dieser Quelle gelieferte Strom abnimmt, wenn die Belastung des zweiten Kondensators steigt

Bei der Anordnung nach der Erfindung werden also zwei kapazitive Kreise benutzt: ein erster Kreis mit niedrigen Strömen, welcher einen Ladestrom proportional zu den empfangenen Echos enthält und einen durch die Ladespannung des Kondensators gesteuerter ι ο Ladestrom, welcher mit dem zweiten Kreis erhalten wird. Der zweite Kreis führt vergleichsweise hohe Ströme, wobei ein Ladestrom proportional den empfangenen Echos ist, und zusätzlich ein konstanter Ladestrom fließt Der erste Kreis gewährleistet ein gutes Beharrungsvermögen dank seiner niedrigen Ströme, und der zweite Kreis sichert eine hohe Genauigkeit dank der auf den Entladestrom des ersten Kreises ausgeübten Steuerfunktion.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Schaltung zur Korrektur der fortgesetzten Abtrift die z. B. dem zeitweiligen Fehlen von Rauscheclios zuzuschreiben ist Dieser Korrektionskreis speist einen Ladegleichstrom, um die Schwellwertspannung auf einem Normalwert zu halten, und zwar auch dann, wenn es kein Echo gibt

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für eine beispielsweise Ausführungsform näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer jo Anordnung nach der Erfindung.

F i g. 2 zeigt die Ströme und Spannungen, die während eines rücklaufenden Radarzyklusses erhalten werden.

In Fig. 1 ist die Schwellwertspannung mit V₅ bezeichnet, sie wird aus der Spannung Vc 2 an den Klemmen des Kondensators C2 über einen dazwischen befindlichen Gleichstromverstärker A 1 gewonnen.

Die Hauptfunktion des genannten Verstärkers besteht in der Trennung des Kondensators C2 vom Eingang des Videoverstärkers, so daß Vc 2 durch den 4« notwendigen Durchsatz für den Videoverstärker nicht verändert wird: mit anderen Worten, A i hat gegenüber C2 eine hohe Impedanz. Der Videoverstärker ist aus den beiden Teilen A 2 und A 3 gebildet, wobei A 2 mit einem variablen Schwellwert und A 3 mit einem festen Schwellwert betrieben werden.

Der feste Schwellwert von A 3 ist auf einen positiven Wert einreguliert, so daß die Operation der Gleichsiromschleife, welche später noch zu beschreiben ist, keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung bei Shat. w

Die Videosignale erreichen E: wenn der Wert von E höher als Ks ist, dann erscheint bei 5 ein Signal. Wenn der Wert von E niedriger als Vs ist, dann bleibt der Ausgangswert von S auf dem Wert 0. In der folgenden Beschreibung ist angenommen, daß die Spannungen, welche an den Ausgängen von A 2 und A 3 erscheinen, positiv sind, wenn die Spannung von Ehöher als Vs wird.

Der Ausgang 5 der Anordnung ist abgezweigt nach einem monostabilen Multivibrator AiC und zwar über eine dazwischenliegende Torschaltung 12. Die genannte t,o Torschaltung ist am Ende eines Rücklaufzyklus während der Zeit f 2, in der es keine Realechos gibt, geöffnet. Der monostabile Multivibrator MC liefert einen Impuls, 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 Anstiegsflanken des Impulses, welcher durch die Torschaltung 12 geht eingestellt wird (Ein-Zustand) Außerdem wird auch zugelassen, daß die Dauer des monostabilen Impulses einstellbar ist

Der Kondensator C2 wird durch die beiden Stromquellen G"2 und G'2 aufgeladen und durch eine Stromquelle G" 1 entladen. G'2 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 /"2, welcher aber unter der Steuerung des monostabilen Multivibrators AiC impulsbetrieben ist G"1 liefert nur Ströme während der Zeitdauer in der der monostabile Multivibrator Impulse erzeugt

G" 1 ist eine permanent betriebene Stromquelle. Sein Stromfluß /" 1 wird jedoch durch die Spannung Vc 1 gesteuert die an den Klemmen des Kondensators Cl erhalten wird. i"\ ändert sich in einer Richtung, die derjenigen der Spannung Vc 1 entgegengesetzt ist

Der Kondensator Cl wird durch eine Stromquelle G2 aufgeladen und durch eine Stromquelle Gl entladen. Diese beiden Stromquellen sind vom Konstantstromtyp. G1 wird permanent betätigt, G 2 wird unter der Steuerung des Multivibrators AiCin ähnlicher Weise wie die Stromquelle G"2 impulsbetrieben.

Die Erfindung sieht vor, daß die Quellen G"2 und G"l Ströme /"2 und i"\ liefern, deren Intensität niedrig ist, wohingegen die Quellen G 2 und G 1 Ströme /2 und /1 liefern, deren Intensität achtzig bis hundert Mal größer ist.

Zur Anordnung nach der Erfindung gehört auch die sogenannte komplementäre Schleife, die sogenannte Gleichstromschleife. Diese wird aus der Torschaltung 11, dem Integrator /und der Stromquelle G'2 gebildet welche, einen Ladestrom /"2 für den Kondensator C 2 liefert Die Stromquelle wird durch den Ausgang des Integrators gesteuert. Sie wird nur betätigt, wenn das genannte Ausgangssignal einen vorgegebenen Wert erreicht. Das Eingangssignal des Integrators ist über die Torschaltung 11, welche während der Zeit f 2 geöffnet ist zum Eingang des Videoverstärkers A 2 geführt.

Bei normalem Betrieb, d. h. wenn das bei E eingeführte Videosignal Rauschen enthält ist die oben beschriebene komplementäre Anordnung nicht wirksam. Dies ist mit anderen Worten der Fall bei alternierenden Komponente während der Zeit i2. Wenn η die Zahl der bei S während der Zeit f2 erhaltenen Impulse ist und wenn ?3 die Zeitdauer der Impulse ist, welche der monostabile Multivibrator liefert, dann werden die Generatoren G 2 und G" 2 während eines Zeitraums nt 3 in einem Radarrücklaufzyklus Tbetrieben. Andererseits werden die Generatoren G 1 und G"l permanent betrieben.

Der Strom /1 ist die Bezugsgröße. Im Gleichgewichtszustand ergibt sich:

ÜT=nt3i2

Für /"1 und /"2 gibt es eine ähnliche Beziehung. Da aber i2 = ki"2 ist, wobei jt eine Zahl zwischen 80 und 100 darstellt, ist, wie oben erwähnt, der Strom >"\ sehr klein und die Interferenzströme können im Hinblick darauf nicht vernachlässigt werden (Leckstrom des Kondensators C2...). Deshalb ergibt sich eine Beziehung

nt3i"2=T(i"\ + i"p)

wobei i"p die Summe der erwähnten Störströme ist.
F i g. 2 zeigt die Ladeströme und Entladeströme von

Cl, sowie die Spannung Vd 1 während eines Rücklaufradarzyklus.

Es sei bemerkt, daß die Spannungen an den Kondensatoren CX und C2 Schwankungen unterworfen sind. Diese werden langsam, aber dauernd entladen, wohingegen durch Impulse, welche über einen Abschnitt 12 des Rücklaufzyklus T verteilt sind, eine Aufladung stattfinden. Die genannten Schwankungen werden natürlich weniger bedeutend sein, als die hohen kapazitiven Widerstände. Die Ströme werden klein sein, ι ο

Es sei nachstehend folgendes Beispiel erörtert: Die Rücklaufzeit T betrage 4 ms, die Zeit 12 sei 1 ms, der Strom i"\ +i"p sei 0,75 μΑ, die Kapazität CI betrage 600 μ¥. Dann würde die Spannungsänderung während der Zeit rl, in der i"\+i"p die einzigen Ströme sind, welche zu betätigen sind, sein:

0,75- IO~^h-3 ■ 10"
600· ΙΟ"⁶

- = 3,75_μΥ.

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Die genannten Schwankungen sind daher sehr schwach.

Andere Schwankungen können z. B. auftreten, wenn eine zufällige hohe Rauschdichte eine große Zahl von Impulsen aus dem monostabilen Multivibrator MC in einem sehr kleiner. Zeitraum zur Folge hat. Der auf die erhaltene Schwellwertspannung Vs ausgelöste Effekt kann durch Wahl eines geeigneten Verstärkungsgrads für den Verstärker A 1 abgeschwächt werden. Der jo Verstärkungsgrad dieses Verstärkers wird für die genannten Frequenzen im Vergleich zum Verstärkungsgrad bei sehr niedrigen Frequenzen stark herabgesetzt.

Wenn die Anzahl η der Störimpulse zunimmt, dann werden /2 und /"2 für eine längere Zeit eingespeist und die Ladung von Cl und C2 erhöht. Die Schwellwertspannung Vs, welche der Aufladung von C2 folgt, wird daher erhöht, wodurch die Anzahl der Rauschimpulse herabgesetzt wird. Die Schleife gewährleistet demgemäß eine korrekte Schwellwertregelung, so daß die Anzahl der Rauschechos konstant bleibt.

Andererseits muß eine zufällige Änderung des Entladestroms von C2 sich nicht auf die Anzahl der Rauschechos auswirken. Der einbezogene Eingang von CX ermöglicht einen Gegenausgleich der genannten Änderung. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Leckstrom von C 2 erhöht ist Diese Erhöhung ist äquivalent einer Zunahme von i"X. Die Spannung an C2 wird infolge der herabzusetzenden Schwellwertspannung Vs ebenfalls herabgesetzt Die Anzahl der Rauschechos wird daher erhöht und demgemäß werden die Einstellzeiten von /2 und i"1 erhöht werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Spannung an Cl und C2. Die Zunahme von Vc X wird jedoch eine Abnahme von i"\ zur Folge haben. Hieraus ergibt sich, daß am Ende einer Übertragungsperiode die Größe Vc 2 ihren anfänglichen Wert wieder angenommen haben wird. VcI wird einen höheren Wert halten, und i"X wird gemäß einem Wert, welcher dem eingeführten Leckstrom entspricht, verringert werden. _ω

Damit die Wirkung von VcI ausreichend ist, muß VcI sehr stark geändert werden, wenn sich die Zahl π ändert Da die erwähnte Änderung proportional zu /2 ist ist es deshalb wünschenswert, daß /2 ist, ist es deshalb wünschenswert, daß /2 vergleichbar hoch ist Andererseits ist die Genauigkeit gegenüber den Werten der Störströme (Leckstrom des Kondensators, etc..) umso besser, je höher /1 und /2 sind. Dies bedeutet daß es die Erfindung ermöglicht eine genaue und nicht variierende Schwellwertspannung zu gewinnen.

Die Anordnung ist jedoch nicht beschränkt auf die Hauptanordnung, deren Arbeitsweise soeben beschrieben wurde. Diese kennte blockiert werden, wenn es keine alternierende Komponente im Eingang des Videoverstärkers gibt. Tatsächlich wird an der Stelle E, wenn dort kein Rauschen auftritt und wenn die genannte Stelle auf einem Nullspannungswert bleibt, durch den monostabilen Multivibrator kein Impuls erzeugt. Dies bedeutet, daß die Generatoren C 2 und G"2 ausgeschaltet bleiben und daß nur die Kondensatoren Cl und C2 den Entladeströmen /1 und i"X ausgesetzt sind. Vc 1 und Vc 2 werden herabgesetzt, und Vc 2 wird während einer Abnahme von VcI stärker erniedrigt, da eine Abnahme von Vc 1 eine Zunahme von i" X zur Folge hat

Die Änderung von Vs ist eine Funktion der Änderung von Vc 2. zu einem gegebenen Zeitpunkt, wenn die Spannung Vs niedriger wird als die Spannung im Punkte E, erscheint am Ausgang von A 2 eine positive Gleichspannung. Das Ergebnis würde dasselbe sein, sollte E auf eine Gleichspannung gebracht werden, welche von 0 verschieden ist Wenn in diesem Falle die Spannung positiv, und Vs kleiner ist als E, dann könnte der Ausgang von S auf einen positiven Spannungswert gebracht werden. Dies würde jedoch beim erneuten Offnen der Torschaltung 12 zur Zeit f 2 nur einen Impuls aus dem monostabilen Multivibrator A/Czum auslösen.

Wenn die Spannung negativ ist dann wird vom monostabilen Multivibrator MCkein Impuls geliefert. In beiden Fällen sind die Kondensatoren Cl und C 2 entladen, und die Spannung Vs wird nach einiger Zeit kleiner als E. Die positive Gleichspannung, welche am Ausgang von A 2 erscheint wird über die Torschaltung 11, welche während der Zeit f2 offen ist, auf einen Integrator übertragen. Wenn die Ausgangsspannung des genannten Integrators einen vorgegebenen Wert erreicht, liefert die Stromquelle G'2 einen Strom i'2. Dieser lädt den Kondensator C2 auf, wodurch der Wert Vs zunimmt. Die Anordnung strebt einem Gleichgewichtszustand zu, wobei der Verstärker Λ 2 in den Arbeitsbetrieb gelangt

Es sei hier bemerkt daß bei normaler Betriebsform die erzeugten Impulse ebenfalls durch / integriert werden, wenn der Rauschpegel über dem Schwellwert Vs liegt. Diese Integration muß jedoch nicht zum Ergebnis haben, daß der Wert erreicht wird, welcher den Strom i'2 einstellt Die Gleichstromschleife muß daher so eingestellt werden, so daß der Ausgangswert, welcher G'2 einstellt nur für eine Ladungsmenge erreicht wird, die von der Torschaltung 11 übertragen wird. Diese ist höher als die gesamte Ladung, die von den Signalen geliefert wird, welche am Ausgang von A 1 bei Normalbetrieb (während der Zeit 12) erscheinen.

Wie bereits oben erwähnt, ist der Verstärker Λ 3 mit einem festen Schwellwert ausgestattet Dieser Schwellwert wird auf einen Wert eingestellt der höher ist als derjenige, der durch die positive Gleichspannung am Ausgang von A 2 erreicht wird, wenn die Gleichstromschleif e betätigt werden muß.

Die Stromquellen, Verstärker, Integratoren, die in F i g. 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 Regelung des Schwellwertes genau durchgeführt werden kann.

Es ist leicht, diese Regelung einer verlangten Anzahl von Störechos durch Beeinflussung der Zeitkonstanten des monostabiten Multivibrators MC anzupassen. Die

Ladeströme /2 und i"2 werden während der Zeit nt3 geliefert. Sollte das genannte Produkt konstant bleiben, dann werden die Gleichgewichtszustände nicht verändert. Bei einer Zunahne von η kommt es innerhalb derselben Proportion zu einer Verringerung von f 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum selbsttätigen Regeln des Schwellwertes 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 der von dieser Quelle gelieferte Strom 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 einem gewünschten Wert gehalten wird.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme des zweiten Kondensators im Vergleich zu denen des ersten Kondensators groß sind.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärkerteil variablen Schwellwerts (A 2) und ein Festschwellwertverstärkerteil (A 3) eines Videoverstärkers vorgesehen sind und daß der Ausgang des ersten Verstärkerteils des Videoverstärkers eine die Drift korrigierende Schaltung treibt, wobei der zweite Verstärkerteil des Videoverstärkers derart eingerichtet ist, daß der am ersten Verstärkerteil des Videoverstärkers auftretende und die Driftkorrektionsschaltung beeinflussende Störeffekt nicht auf den zweiten Verstärkerteil des Videoverstärkers übertragen wird.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der Anzahl benötigter Echos durch Einstellung der Dauer des durch einen monostabilen Multivibrators ausgelösten Impulses vorgesehen ist. 4·;