DE2007272A1

DE2007272A1 - Empfänger für Winkelmeßanlagen

Info

Publication number: DE2007272A1
Application number: DE19702007272
Authority: DE
Inventors: Henri Paris Poinsard
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1969-02-19
Filing date: 1970-02-18
Publication date: 1970-09-10
Also published as: FR2032117A5; DE2007272B2; NO129422B; GB1260446A; US3680102A; CH515509A

Description

Dipl.-lng. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser Dipl.-lng. Gottfried Leiser Patentanwälte Telegramm6: Labyrinth Mönchen

Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München 117078

München 60,

Ernsbergerstrasse 19

2007272 17. fet) 1970

Unser Zeichen: T 839

THOMSON-CSF
101, Boulevard Murat, Paris l6e/Frankreich

Empfänger für Winkelmeßanlagen

Die Erfindung betrifft Empfänger für Winkelmeßanlagen, insbesondere Radarempfänger, bei .welchen eine Winkelanzeige erhalten wird, indem das Verhältnis von zwei gleichzeitig empfangenen Signalen gebildet w-.**d.

Schaltungen zur Erzeugung dieser Winkelanzeige müssen

Bu/ ku

im

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im allgemeinen je nach der Schaltungsart lineare oder begrenzte Verstärkungskanäle aufweisen, welche Verzerrungen in der Signal-Winkelangabe-Kurve und/oder einen Nullfehler hervorrufen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Erzeugung eines Winkelangabesignals, welche von diesen Nachteilen frei ist.

Die Erfindung schafft eine Anordnung zur Erzeugung eines Winkelanzeigesignals für die Verwendung in Anlagen zur Bestimmung der Winkellage, in welchen das Nutzsignal aufgrund von zwei in Phase stehenden oder gegenphasigen Signalen A und B erzeugt wird, wobei diese Anordnung eine Schaltung zur Erzeugung von Signalen A + JB und A - JB, worin j ein symbolischer Operator ist und das Signal jB aus dem Signal B durch Phasenverschiebung dieses letzteren um JC/2 abgeleitet wird, sowie einen Phasendetektor aufweist, dessen erster Eingang mit dem Ausgang eines Begrenzungsverstärkers gekoppelt ist, welcher seinerseits mit der genannten Schaltung so gekoppelt ist, daß er von dieser gespeist wird, und wobei die Anordnung weiter Hilfseinrichtungen zur Aufgabe eines komplementären Signals auf den zweiten Eingang des Detektors aufweist, das komplementäre Signal von wenigstens einem der Signale A und B abhängt und derart gewählt wird, daß der Phasendetektor ein von A/B abhängiges Signal abgibt, da außerdem ein Phasenschieber mit der Phasenverschiebung JC/2 In einen der Eingangskanäle des Phasendetektors geschaltet 1st, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltanordnung (15 In

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Figur l und 2, 35 in Figur 3) zwischen die genannte Schaltung und den Begrenzungsverstärker eingeschaltet ist, so daß auf den letzteren abwechselnd die Signale A + JB und A - jB gegeben werden, und daß das komplementäre Signal derart festgelegt ist, daß das vom Detektor abgegebene Signal bis auf das Vorzeichen eine Punktion von A/B ist, und zwar unabhängig davon, welches der beiden Signale A + JB und A - jB auf den Eingang des Verstärkers gegeben wird.

Nachfolgend wird mit "Phasendetektor" jedes Gerät bezeichnet, welches bei Speisung mit zwei Signalen konstanter Amplitude ein Signal abgibt, das lediglich von der Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Signalen abhängt.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Figuren 1, 2 und 3 Schaltbilder von Empfängerschaltungen gemäß der Erfindung und

Figuren 4 und 5 Beispiele für Anlagen, welche Empfängerschaltungen gemäß der Erfindung enthalten.

In den Figuren 1, 2 und 3 sind von den bekannten Teilen der Empfänger nur diejenigen dargestellt, welche für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung notwendig sind, wobei diese Teile im übrigen für alle drei Ausführungsbeispiele die gleichen sind.

Die Empfangsantenne oder der Ausgang "Empfang" der An

tenne 009837/1422

tenne im Fall einer Sender-Empfängeranlage gibt an zwei getrennten Klemmen die Signale A und B ab, deren Verhältnis B/A eine Angabe über die Winkellage des Zieles darstellt, welches dieselben entweder direkt oder durch Reflexion ausgesandt hat. Bei sogenannten Monopuls- oder Einpuls-Radaranlagen sind A und B bekanntlich das Summen- bzw. Differenzsignal, deren Verhältnis das Abweichungssignal ist.

Diese Signale sind an den Klemmen 11 und 12 vorzugsweise auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt abnehmbar.

Ein an sich bekanntes Operationsglied 13, mit den Eingängen 11 und 12 gibt an seinen beiden Ausgängen 131 und 132 die Signale A + JB bzw. A - JB ab. Ein Begrenr zungsverstärker 14 ist abwechselnd mit den Klemmen 131 und 132 über einen Umschalter 15 gekoppelt, welcher durch einen Rechtecksignalgenerator 16 mit der Frequenz f gesteuert wird. Der Ausgang des Verstärkers Ik ist mit einem der Eingänge eines Phasendetektors 17 gekoppelt.

Bei einer ersten, in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Eingang des Detektors 17 mit dem Ausgang des Verstärkers I¹I über eine Verzögerungsleitung 110 gekoppelt, welcher ein Phasenschieber 111 mit der Phasenverschiebung IC/2 nachgeschaltet ist, wobei die durch die Leitung erzeugte Verzögerung gleich l/(2f ) ist, wenn f die Umschaltfrequenz des Umschalters 15 ist.

Bei einer zweiten, in Figur 2 dargestellten Ausführungs

form

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form der Erfindung ist der zweite Eingang des Detektors mit der Klemme 11 über einen Begrenzungsverstärker 24 gekoppelt, welcher genau gleich dem Verstärker 14 ausgebildet ist und dem der Phasenschieber 111 mit der Phasenverschiebung K 12 nachgeschaltet ist.

Bei einer weiteren, in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Klemmen 131 und 132 abwechselnd mit einem zweiten, dem ersten Im wesentlichen gleichen Begrenzungsverstärker 34 mittels eines zweiten Umschalters gekoppelt, welcher mit dem ersten Umschalter gekoppelt ist und mit entgegengesetzter Phase arbeitet wie dieser, wobei die beiden Umschalter beispielsweise zu einer gemeinsamen Anordnung 35 zusammengefaßt sein können und der Phasenschieber 111 in Reihe mit diesem zweiten Verstärker zwischen dem Umschalter und dem zweiten Eingang des Detektors 17 angeordnet ist.

Je nachdem, ob der Verstärker 14 mit der einen oder anderen Ausgangsklemme der Schaltung 13 gekoppelt ist, besitzt das Ausgangssignal des Phasendetektors 17 im Fall der Figuren 1 und 3 die form 2 sin 2*f oder -2 sin 2f und im Fall der Figur 2 die Form 2 sin f oder -2 sin: ψ , wobei ψ = arc tg B/A. Um diese abwechselnde, unerwünschte Umkehrung des Signals zu korrigieren, muß das Ausgangssignal des Detektors 17 mit der Frequenz f abwechselnd erhalten und umgekehrt werden. Ein einfaches Mittel zur Erzielung dieser abwechselnden Umkehrung ist in den Figuren I₁ 2 und 3 dargestellt, wo

bei

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bei ein Phasendetektor 18, dessen Eingänge mit dem Ausgang des Detektors 17 und mit denjenigen des Generators 16 gekoppelt sind, an der Klemme 19 das Abstandssignal abgibt.

Die Arbeitsweise der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Schaltungen wird nachfolgend im einzelnen erläutert.

Bei jeder Halbperiode des Umschalters wird die Phase eines der Signale A + JB und A - JB bezüglich derjenigen des anderen Signals (Figur 1 und 3) oder bezüglich derjenigen des Signals A (Figur 2) gemessen.

Man erhält daher am Ausgang des Detektors 17 eine Rechteckwelle mit der Frequenz f und einer Amplitude von Spitze zu Spitze gleich 2 sin 2 Ϋ im ersten Fall (Figuren 1 und 3) und gleich 2 sin*f im zweiten Fall, und zwar in Phase oder in Gegenphase mit der Umschaltwelle, wobei f gleich arc tg B/A 1st.

Nunmehr wird am Beispiel der in Figur 1 gezeigten Anordnung der Vorteil der Erfindung erläutert:

Die Phasenvoreilung des Signals A + jB gegenüber dem Signal A-JB beträgt 2Y .

Bei Abwesenheit einer störenden Phasenverschiebung weist das auf den zweiten Eingang des Detektors 17 gegebene Signal bezüglich des auf den ersten Eingang gegebenen Signals eine Phasenvoreilung auf, welche abwechselnd

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und -2f--X

1st und der Detektor 17 liefert daher abwechselnd sin 2*f und - sin 2^,

wodurch sich eine Amplitude von Spitze zu Spitze gleich 2 sin 2Y ergibt.

Es werde angenommen, daß eine störende Phasenverschiebung auftritt, welche das auf den zweiten Eingang gegebene Signal bezüglich des auf den ersten Eingang gegebenen Signals um(X verzögert.

Der Phasenabstand zwischen den beiden EingangsSignalen des Detektors 17 beträgt daher abwechselnd

2f - -%- -«. und - 2f - 4p -

und der Detektor 17 liefert daher abwechselnd sin (2f -(K) und - sin (2f +<*),

was einer Amplitude von Spitze zu Spitze gleich sin (2f -«) + sin (2 ψ +<*) = 2 sin 2>P cos(X

entspricht.

Der Fehler der Amplitude von Spitze zu Spitze ist daher in (X von der zweiten Ordnung.

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Es läßt sich in entsprechender Weise zeigen, daß im Fall der Figur 2 der Amplitudenfehler von Spitze zu Spitze in <* von zweiter Ordnung ist.

Das Ausgangssignal des Geräts, welches proportional zur Amplitude von Spitze zu Spitze ist, wird daher nur durch Ausdrücke zweiter Ordnung in O< beeinflußt. Andererseits wird der Nullpunkt des Signals nicht beeinflußt.

Die eventuelle Unsymmetrie des Detektors 17 bezüglich der Zwischenfrequenz ist ohne Einfluß auf das Meßergebnis, da sie sich nur durch die überlagerung einer leicht ausziehbaren Gleichspannung auf das Nutzsignal bemerkbar macht, welches selbst ein Wechselstromsignal mit der Frequenz f ist, wobei diese letztere Frequenz um

ungefähr das zweifache der höchsten Modulationsfrequenz des zu untersuchenden Signals sein muß.

Bei mit kontinuierlichen Wellen arbeitenden Anlagen genügt es, f in der Größenordnung von 200 Hz zu nehmen, da die maximalen Störmodulationsfrequenzen des Spektrums im allgemeinen 100 Hz nicht übersteigen. Im Fall von Impulsanlagen wird die gesamte Information unter der Bedingungen erhalten, daß man f_Q > 2f nimmt, wobei f die Impulsfolgefrequenz ist.

Die Figuren 4 und 5 zeigen Schaltbilder von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Anlage.

Figur k bezieht sich auf eine Anlage zur Bestimmung der Winkellage eines aktiven Ziels, beispielsweise eines mit

einem

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einem Hochfrequenz-Leitstrahl ferngesteuerten Fahrzeugs, welche einen mit kontinuierlichen und gegebenenfalls auch modulierten Wellen arbeitenden Sender aufweist.

Die Ultrahochfrequenzwelle mit der Frequenz f , welche vom Flugkörper auf den Kanälen A und B empfangen wird, wird auf die Zwischenfrequenz f. in den Mischstufen 51 und 52 umgesetzt, welche andererseits die Welle mit der Frequenz f + f. eines Überlagerungsoszillators 53 empfangen, der in bekannter Weise durch eine automatische Frequenzregelschleife 5^ gesteuert wird.

Die in dieser Welse umgesetzten Signale A und B werden auf Vorverstärker 55 und 56 mit geringem Verstärkungsfaktor gegeben, welche auf die Frequenz f. zentriert sind. Das mit der Zwischenfrequenz arbeitende Operatorglied 13 erzeugt die Signale A + jB und A - jB, welche sodann gemäß einer der Schaltungen der Figuren 1, 2 oder 3, beispielsweise, wie dargestellt, gemäß Figur I^ verarbeitet werden, wobei der Ausgang 19 des Detektors 18 ein Anzeigesignal für die Winkelabweichung auf das Anzeigegerät I gibt.

Figur 5 bezieht sich auf die Winkelbestimmung eines passiven Ziels durch eine bekannte elektromagnetische Impulsfolge-Detektoranlage ohne Entfernungs-Mehrdeutigkeit, welche mit einer Doppler-Filteranordnung für Fixechos ausgestattet ist.

Die Signale A und B werden auf Zwischenfrequenz umgesetzt und vorverstärkt. Die entsprechenden Schaltungen

sind

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sind nicht dargestellt. Am Ausgang der Vorverstärker 55, 56 besteht jeder Kanal A und B aus:

- einem sogenannten kohärenten Phasendetektor (6l im Kanal A, 62 im Kanal B), dessen Bezugseingang vom Bezugsoszillator 63 (dem sogenannten "kohärenten" Oszillator) der Anlage gespeist wird;

- einer auf das Ziel eingeregelten Ausblendstufe (65 im Kanal A, 66 im Kanal B) zur Zielverfolgung, deren Öffnungsdauer gleich dsr Impulsdauer ist, wobei im übrigen angenommen wird, daß das Ziel in bekannter Weise erfaßt wird;

- einer Anordnung (6? im Kanal A, 68 im Kanal B) zur Speicherung des Ausgangssignals des kohärenten Detektors für die Echos des gleichen Zieles;

- einer Anordnung (69 im Kanal A, 70 im Kanal B) zur Unterdrückung der Fixechos, welche nach dem englischen Sprachgebrauch auch MTI-Schaltung genannt wird.

Die Ausgangssignale der Anordnungen 69 und 70, welche einem beweglichen Ziel entsprechen, haben daher Jeweils die Form

Ul cos 2fff_dt bzw. t |b| cos 2fff_at>

wobei IaI und IbI die Absolutwerte der Signale A und B nach Verstärkung und Filtrierung und f_d die Dopplerfrequenz des Ziels sind (wobei diese letztere unter Umständen Je nach den Relativwerten der Zielgeechwindigkeit

und

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- li -

und der Folgefrequenz f mehrdeutig bestimmt wird).

Diese Signale müssen gemäß der Erfindung verarbeitet werden. Zu diesem Zweck modulieren sie jeweils in den Modulatoren 71 bzw. 72 die Sinuswelle eines Hilfsoszillators 73, dessen Frequenz beispielsweise in der Grossenordnung von 100 kHz gewählt werden kann, wobei die Ausgänge der Modulatoren mit dem Operatorglied 13 gemäß den Figuren 1, 2 und 3 gekoppelt sind, welchem die oben beschriebenen Schaltungen nachgeschaltet sind, und wobei ein Verstärker 7^ vorteilhafterweise zwischen den Detektoren 17 und 18 angeordnet ist.

Das Ausgangssignal des Detektors 18, welches proportional zur Ablage des Ziels ist, speist beispielsweise ein Anzeigegerät I oder allgemeiner ein Auswertungsgerät .

Wenn die Speicherung der Signale von Impulsfolge zu Impulsfolge unterdrückt werden kann, beispielsweise, wenn der Formfaktor der Anlage genügend hoch ist, so können die Modulatoren 71 und 72 weggelassen werden, indem der nicht dargestellte Bezugsoszillator der Anlage um einen Wert f bezüglich der Zwischenfrequenz f. verschoben wird. Die Unterdrückungsanordnungen sind sodann auf die Frequenz f zentriert und die Nutzechos treten am Ausgang einer Unterdrückungsanordnung in Form von Wellenzügen mit der Frequenz f + f_d auf, wobei f_fl weit unterhalb f liegt. Am Eingang des Operatagliedes 13 haben das Summen- bzw. Differenzglied die Form

A= IAl cos 2TT (f_s * f_d) t B - ±|Bl sin 2^ (f_s + f_d) t .

Pat ent ansprüche 009837/U22

Claims

<, wv r b r ··

Patentansprüche

( Iy Anordnung zur Erzeugung eines Winkelanzeigesignals für die Verwendung in Anlagen zur Bestimmung der Winkellage, in welchen das Nutzsignal aufgrund von zwei in Phase stehenden oder gegenphasigen Signalen A und B erzeugt wird, wobei diese Anordnung eine Schaltung zur Erzeugung von Signalen A + JB und A - JB, worin J ein symbolischer Operator ist und das Signal JB aus dem Signal B durch Phasenverschiebung dieses letzteren um 1Γ/2 abgeleitet wird, sowie einen Phasendetektor aufweist, dessen erster Eingang mit dem Ausgang eines Begrenzungsverstärkers gekoppelt ist, welcher seinerseits mit der genannten Schaltung so gekoppelt ist, daß er von dieser gespeist wird, und wobei die Anordnung weiter Hilfseinrichtungen zur Aufgabe eines komplementären Signals auf den zweiten Eingang des Detektors aufweist, das komplementäre Signal von wenigstens einem der Signale A und B abhängt und derart gewählt wird, daß der Phasendetektor ein von A/B abhängiges Signal abgibt, da außerdem ein Phasenschieber mit der Phasenverschiebung It/2 in einen der Eingangskanäle des Phasendetektors geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltanordnung (15 in Figur 1 und 2, 35 in Figur 3) zwischen die genannte Schaltung und den Begrenzungsverstärker eingeschaltet ist, so daß auf den letzteren abwechselnd die Signale A + JB und A-JB gegeben werden, und daß

das

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das komplementäre Signal derart festgelegt ist, daß das vom Detektor abgegebene Signal bis auf das Vorzeichen eine Funktion von A/B ist, und zwar unabhängig davon, welches der beiden Signale A + JB und A - jB auf den Eingang des Verstärkers gegeben wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsehaltanordnung (15) aus einem Umschalter mit zwei Eingängen und einem Ausgang besteht, welcher durch einen Rechtecksignalgenerator gesteuert ist, und daß die Anordnung einen zweiten Phasendetektor (18) aufweist, deren einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Detektors (17) und deren anderer Eingang mit dem Ausgang des Generators (16) gekoppelt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanordnung eine Verzögerungsleitung (110, Figur 1) zwischen dem Ausgang des Verstärkers (14) und dem zweiten Eingang des ersten Detektors (17) aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanordnung einen zweiten Begrenzungsverstärker (24, Figur 2) zwischen einer der zum Empfang eines der Signale A und B bestimmten Klemmen und dem zweiten Eingang des ersten Detektors aufweist.

5· Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanordnung einen zweiten Begrenzungsverstärker (34, Figur 3) vor dem zweiten Eingang des ersten Detektors und eine zweite, der ersten gleiche Um-

sehaltanordnung

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Z00727Z

- l4 -

schaltanordnung (35) zum abwechselnden Aufgeben der Signale A - JB und A + JB, die mit den auf den Eingang des ersten Verstärkers gegebenen Signalen gegenphasig sind, auf den Eingang des zweiten Verstärkers aufweist.

Elektromagnetische Impulsfolge-Detektoranlage, welche eine Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche enthält, wobei in dieser Anlage die vom gleichen Ziel empfangenen Signale nach der Phasendemodulation bezüglich einer Bezugswelle gespeichert werden, gekennzeichnet durch zwei Modulatoren (71, 72, Figur 5), welche jeweils in den Eingangskanälen A bzw. B der Schaltung zur Erzeugung der Signale A + JB und A - jB angeordnet sind.

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