DE2033824C3

DE2033824C3 - Amplitudendiskriminator

Info

Publication number: DE2033824C3
Application number: DE2033824A
Authority: DE
Inventors: Thomas D. Fountain Valley Calif. Wright
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1969-07-24
Filing date: 1970-07-08
Publication date: 1982-01-21
Also published as: US3599105A; NL7010810A; JPS5132263B1; NL151592B; DE2033824A1; GB1315537A; DE2033824B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Amplitudendiskriminator mit einem auf nacheinander zugeführte positive Eingangssignale variabler Amplitude ansprechenden Spitzenwertdetektor, dessen Ausgangssignal eine Funktion der Amplitude der Eingangssignale und eines Entladevorganges mit großer, fest vorgegebener Zeitkonstante ist, und mit einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit einem vorbestimmten Pegel, wenn das Eingangssignal größer ist als das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors.

Ein solcher Amplitudendiskriminator ist aus der US-PS 33 88 266 und aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 8, Nr. 2, Juli 1965, Seiten 328 und 329, bekannt. Bei beiden Amplitudendiskriminatoren wird ein Kondensator auf die positive Spitzenspannung des Eingangssignals aufgeladen. Nur wenn ein Eingangssignal die am Kondensator anstehende Spannung überschreitet, wird das Eingangssignal an eine nachfolgende Schaltungsanordnung weitergeleitet, die ein Ausgangssignal mit einem vorbestimmten Pegel und mit vorgestimmter Dauer erzeugt. Nach jedem Aufladen auf einen Spitzenwert findet eine langsame Entladung des Kondensators statt, so daß der Amplitudendiskriminator nach dem letzten Aufladen des Kondensators auf zunehmend kleinere Eingangssignale anspricht. Jedes die Spannung am Kondensator überschreitendes Eingangssignal lädt den Kondensator auf den neuen Spitzenwert auf.

Solche Amplitudendiskriminatoren finden vornehmlich bei Ortungsgeräten Anwendung, die von ihnen festgestellte Objekte durch die Amplituden von Spannungssignalen anzeigen. Es ist dann häufig erwünscht, die Signale mit hohen Spannungsamplituden auszuwählen, von denen angenommen werden kann, daß sie von interessierenden Objekten stammen, während weniger bedeutende Objekte, die durch schwache Signale oder Signale mit kleinen Amplituden dargestellt werden, zurückgewiesen werden sollen. Dabei muß jedoch auch verhindert werden, daß durch zufällige, sehr starke Signale interessierende Signale ausgeschaltet werden. Diese Aufgabe erfüllen die bekannten Amplitudendiskriminatoren nicht in ausreichendem Maße, weil insbesondere bei dicht aufeinanderfolgenden Signalen nur im wesentlichen gleich große Signale angezeigt werden, so daß ein besonders großes Eingangssigna! die Anordnung im wesentlichen blockieren kann.

Weiterhin ist es bei Ortungsgeräten häufig notwendig, die Mitte ausgedehnter Ziele feststellen zu können, für welche angenommen wird, daß sie mit der Mitte von Eingangssignalimpulsen längerer Dauer zusammenfällt. Eine genaue Mittenfeststellung ist aber dann nicht möglich, wenn, wie bei den bekannten Amplitudendiskriminatoren, die Ausgangssignale nicht nur eine vorbestimmte Amplitude, sondern auch eine vorbestimmte Dauer haben, weil sie von einem ImDulseeber

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geliefert werden.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Amplitudendiskriminator der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß er durch sehr starke Signale nicht blockiert werden kann und außerdem die wahre Mitte von Eingangssignalimpulsen festzustellen gestattet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an den Ausgang des Spitzenwertdetektors ein Schaltungsteil angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal eic bestimmter Bruchteil des Ausgangssignals des Spitzenwertdetektors ist, daß ein Spannungsvergleicher ein Ausgangssignal mit dem vorbestimmten Pegel erzeugt, wenn die Amplitude des Eingangssignals nicht kleiner ist als der bestimmte Bruchteil der Amplitude, die das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors in dem Zeitpunkt aufweist, in dem das Eingangssignal von dem Spannungsvergleicher empfangen wird, und daß auf das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers mit dem vorbestimmten Pegel ein Abtast- und Haltekreis anspricht, der den Bruchteil der Amplitude des Ausgangssignals des Spitzenwertdetektors, der dem Spannungsvergleicher zugeführt wird, während der Dauer des Vergleichs mit dem Eingangssignal konstant bleibt.

Durch die Verwendung eines besonderen Spannungsvergleichers, dem das Eingangssignal und ein Signal, dessen Größe nur einem Bruchteil der Größe des Ausgangssignals des Spitzenwertdetektors entspricht, ist gewährleistet, daß der Amplitudendiskriminator auch dann Ausgangssignale erzeugt, wenn das Eingangssignal kleiner ist als das zeitlich abfallende Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors, so daß auch schwächere, aber von noch interessierenden Zielen stammende Signale erfaßt werden. Andererseits ist ein durch die Geschichte der Eingangssignale bestimmter Schwellenwert vorhanden, der überschritten werden muß, wenn ein Signal zur Anzeige gebracht werden soll. Außerdem ist durch die Verwendung eines besonderen Spannungsvergleichers gewährleistet, daß das Ausgangssignal eine Dauer hat, die der Zeit entspricht, während der das Eingangssignal das Bezugssignal überschreitet.

Damit das Bezugssignal nicht während eines Vergleiches einen sich ändernden Wert hat, ist der Abtast- und Haltekreis vorgesehen, der bewirkt, daß das Bezugssignal konstant gehalten wird, sobald ein größeres Eingangssignal vorliegt. Auf diese Weise läßt sich dann anhand der Dauer des Eingangssignals die Mitte des Zieles feststellen.

In stark verrauschten Signalgebieten kann das Eingangssignal für den Spitzenwertdetektor so gewählt werden, daß es von der Amplitude des eigentlichen Eingangssignales abzüglich eines vorgewählten Schwellenwertes gebildet wird, während der Spannungsvergleich^ nur dann das Ausgangssignal mit dem bestimmten Pegel liefert, wenn die Amplitude des Eingangssignales die Gesamtamplitude aus dem vorgewählten Schwellenwert zuzüglich des ausgewählten Bruchteiles des Ausgangssignales des Spitzenwertdetektors erreicht oder überschreitet.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird.

Die der Beschreibung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden.
Es zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung und

F i g. 3 das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der in F i g. 1 dargestellte Amplitudendiskriminator

ίο nach der Erfindung umfaßt einen positive Amplitudenspitzen registrierenden Spitzenwertdetektor 12 und einen Spannungsvergleicher 14, die beide mit einer Eingangsklemme 15 verbunden sind, an der Eingangssignale zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors 12 liegt an einem Ausgangswiderstand 17 an. Dieser Widerstand ist an einer ausgewählten Stelle mit einem Abgriff 19 versehen, so daß ein ausgewählter Bruchteil der Amplitude des Ausgangssignales des Spitzenwertdetektors 12 einem Abtast- und Haltekreis 18 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal einem zweiten Eingang des Spannungsvergleichers 14 zugeführt wird. Der Ausgang des Spannungsvergleichers 14 ist mit einer Ausgangsklemme 20 verbunden, die den Ausgang des Amplitudendiskriminators darstellt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Amplitudendiskriminators wird auf das Diagramm nach F i g. 2 Bezug genommen, das in Zeile a eine Folge von sieben Eingangssignalen 21 bis 27 zeigt, wie sie beispielsweise der Eingangsklemme 15 des Amplitudendiskriminators nach F i g. 1 zugeführt werden. Die Eingangssignale sind lediglich zum Zwecke der Erläuterung als Rechtecksignale verschiedener Amplituden dargestellt, die in bezug auf ein Bezugspotential wie Masse oder Erde positiv sind. Diese Eingangssignale werden sowohl dem Spitzenwertdetektor 12 als auch dem Spannungsvergleicher 14 zugeführt.

Im Betrieb spricht der Spitzenwertdetektor 12 auf das erste Eingangssignal 21 an und lädt sich auf die Spitzenamplitude des Signales 21 auf. Der Spitzenwertdetektor hat eine vorgewählte Entladungs-Zeitkonstante, die durch die Steigung der Linien 31 bis 33 wiedergegeben ist. Der Spitzenwertdetektor spricht nur dann auf ein folgendes Eingangssignal an und lädt sich auf die Spitzenamplitude eines solchen Eingangssignales auf, wenn diese Spitzenamplitude die Amplitude des Ausgangssignales des Spitzenwertdetektors überschreitet. Bei dem dargestellten Beispiel lädt sich der Spitzenwertdetektor auf die Spitzenamplituden der Signale 24 und 26 auf, denn es ist beim Empfang dieser Signale die Ausgangsamplitude des Amplitudendiskriminators jeweils geringer als die Spitzenamplitude dieser Signale. Dagegen wird das Ausgangssignal des Amplitudendiskriminators durch keines der Signale 22, 23, 25 und 72 beeinflußt, denn es ist beim Empfang dieser Signale das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors größer als die Spitzenamplitude dieser Signale. Die tatsächliche Amplitude des Ausgangssignales des Spitzendetektors 12 gegenüber einem Bezugspotential

no wird durch die Kurve 35 in Zeile b des Diagramms nach Fig.2 veranschaulicht. Ist der Abgriff 19 in der Mitte des Widerstandes 17 angeordnet, so ist die Spannung am Abgriff 19 halb so groß wie die Ausgangsspannung des Spitzenwertdetektors. Die Spannungsamplitude am

h^ri Abgriff 19 ist in Fig. 2 in Zeile c wiedergegeben.

Wird zunächst die Funktion des Abtast- und Haltekreises 18 außer acht gelassen und angenommen, daß der Abgriff 19 unmittelbar mit dem Eingang des

Spannungsvergleichers 14 verbunden wäre, so wäre ersichtlich, daß in jedem Fall die Amplitude jedes Eingangssignales unmittelbar mit der Amplitude am Abgriff 19 verglichen würde, die zum Zwecke der Erläuterung mit X bezeichnet werden soll. Ein solcher Amplitudenvergleich ist in F i g. 2 in Zeile (/wiedergegeben, in der auch ei e Signale 21 bis 27 wieder dargestellt sind. In dieser Zeile dder F i g. 2 geben die Linien 41 bis 47 die Amplituden von X während der Dauer der Eingangssignale 21 bis 27 wieder.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß Ausgangssignale in Form einer binären 1 von dem Spannungsvergleicher 14 nur auf die Eingangssignale 21,22,24,26 und 27 erzeugt werden, weil die Amplitude nur diese Eingangssignale die X-Amplitude überschreiten, mit der sie verglichen werden. Diese Ausgangssignale in Form einer binären 1 sind in Fig.2, Zeile e, durch die Rechteckimpulse 51, 52, 54, 56 und 57 wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß solche Ausgangssignale nicht für die Eingangssignale 23 und 25 erzeugt wurden, weil die Amplitude dieser beiden Eingangssignale geringer ist als die X-Amplitude, mit der sie verglichen worden sind.

Eine Betrachtung der Zeile d in F i g. 2 läßt erkennnen, daß die Amplituden mancher der Eingangssignale nicht mit konstanten Amplituden verglichen werden, weil die Eingangssignale eine endliche Dauer haben und während der Dauer dieser Eingangssignale die X-Amplitude abnimmt. Diese Tatsache ist besonders für die Kurvenabschnitte 42 und 47 deutlich. Obwohl ein solches Verhalten bei vielen Anwendungen nicht schädlich ist, kann es auch Anwendungsfälle geben, bei denen ein Vergleich der Amplitude jedes Eingangssignales mit einer während des Vergleichs konstanten Amplitude gefordert wird. Beispielsweise ist ein solcher Vergleich dann notwendig, wenn es erforderlich ist, die wahre Mitte des die Vergieichsamplitude X überschreitenden Anteiles des Eingangssignales festzustellen. In einem solchen Fall muß die X-Amplitude, die einen Schwellenwert darstellt, mit dem das Eingangssignal verglichen wird, konstant bleiben, wenn die zeitliche Mitte festgestellt werden soll. Für diesen Zweck ist der Abtast- und Hahekreis 18 hinzugefügt.

Bei Fehlen eines eine binäre 1 darstellenden Ausgangssignales des Spannungsvergleichers 14 tastet der Kreis 18 die Amplitude am Abgriff 19 ab und führt sie dem Eingang des Spannungsvergleichers 14 als X-Amplitude zu. Sobald jedoch von dem .Spannungsvergleicher 14 ein Ausgangssignal mit dem eine binäre 1 darstellenden, bestimmten Pegel geliefert wird, wie beispielsweise das Signal 51, hält der Kreis 18 die zuletzt abgetastete Spannung fest und führt diese abgetastete Spannung dem Spannungsvergleicher 14 zu. In der Praxis wird am Ausgang des Spannungsvergleichers 14 das Ausgangssignal mit dem bestimmten Pegel sofort erzeugt, wenn die Vorderflanke eines Eingangssignales eine die X-Amplitude erreichende oder überschreitende Amplitude aufweist Infolgedessen hält der Abtast- und Haltekreis 18 die zuletzt am Abgriff 19 anstehende Amplitude fest, so daß das Eingangssignal während seiner ganzen Dauer mit einer konstanten X-Amplitude verglichen wird.

In solche einem Fall werden die Amplituden der Signale 21,22,24,26 und 27 nicht mit den X-Amplituden verglichen, die jeweils von einem der Kurvenabschnitte 41,42,44,46 und 47 dargestellt werden, sondern mit den X-Amplituden, die in F i g. 2, Zeile c durch jeweils eine der gestrichelten linien 61, 62, 64, 66 und 67 wiedergegeben sind. Jede dieser Linien ist horizontal und stellt eine konstante Amplitude während der Gesamtdauer eines anderen Eingangssignales dar, dessen Amplitude mit der konstanten Amplitude verglichen wird. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß der Abtast- und Haltekreis 18 in den Betriebszustand der Abtastung zurückkehrt, sobald das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 14 auf den Pegel einer binären 0 zurückkehrt.

Infolge der Umschaltung des Abtast- und Haltekreises zwischen den Abtast- und Haltezuständen sind häufig am Ausgang des Abtast- und Haltekreises unvermeidliche, negative Schaltspannungen vorhanden, wenn dieser Kreis auf Haltebetrieb umgeschaltet wird. Um zu verhindern, daß solche negativen Schaltspannungen die Arbeitsweise des Spannungsvergleichers stören und dadurch zu fehlerhaften Ergebnissen führen, wird vorzugsweise zwischen den Ausgang des Abtast- und Haltekreises 18 und den Spannungsvergleicher 14 ein Gleichrichter eingeschaltet. Die in F i g. 3 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen solchen Gleichrichter 70 auf. Bei diesem Gleichrichter kann es sich vorzugsweise um eine Schaltungsanordnung handeln, die von Operationsverstärkern Gebrauch macht.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung findet besonders dann Anwendung, wenn die Eingangssignale aus einer stark verrauschten Umgebung stammen. In diesem Fall wird das Eingangssignal für den Spitzenwertdetektor nicht von jedem empfangenen Eingangssignal gebildet, sondern vielmehr von dem Ausgangssignal eines Analog-Subtrahierers 72, der von jedem Eingangssignal eine voreingestellte Schwellenwertspannung abzieht, die an einer Eingangsklemme 74 anliegt. Demgemäß ist das Eingangssignal für den Spitzenwertdetektor gleich der Spannung jedes Eingangssignales abzüglich der eingestellten Schwellenwertspannung. Wie ersichtlich, wird die Schwellenwertspannung auch dem Spannungsvergleicher 14 zugeführt. Bei einer solchen Ausführungsform vergleicht dann der Spannungsvergleicher die Amplitude jedes Eingangssignales mit der Summe aus den Amplituden der voreingestellten .Schwellenwertspannung und der über den Gleichrichter 70 von dem Abtast- und Haltekreis 18 zugefühnen X-Amplitude. Nur wenn das Eingangssignal die Amplitude der Summe dieser beiden Amplituden überschreitet, wird von dem Spannungsvergleicher ein für eine binäre 1 charakteristisches Ausgangssignal geliefert.

Wird die Amplitude des Eingangssignales mit /, die

so eingestellte Schwellenwertspannung mit T, die Amplitude des Ausgangssignales des Spitzenwertdetektors 12 mit D, die Amplitude des Ausgangssignaies des Abtast- und Haltekreises 18 mit X bezeichnet, so kann das Ausgangssignal des Subtrahierers 72 mit S bezeichnet werden, und es ist S= I— T. Der Spannungsvergleicher 14 erzeugt eine binäre 1 als Ausgangssignal nur dann, wenn I>T+X, wogegen er eine binäre 0 als Ausgangssignal erzeugt wenn I<T+X Wie oben angegeben, ist X als ein bestimmter Prozentsatz des Ausgangssignales D gewählt und es war bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ein Prozentsatz von 50% angenommen. Es versteht sich, daß X auch ein anderer Bruchteil von D sein kann.

Aus der vorhergehenden Beschreibung und insbesondere aus F i g. Z Zeilen c/und e, wird deutlich, daß durch einen Vergleich der Amplitude jedes Eingangssignales mit einem Prozentsatz der Ausgangsamplitude des Spitzenwertdetektors, die eine Funktion der Amplitu-

den des vorher empfangenen Eingangssignales ist, Eingangssignale geringer Amplituden, wie beispielsweise der Signale 23 und 25, daran gehindert werden, einer binären 1 entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen. Wird die Signalamplitude der Stärke von Zielen zugeordnet, so ermöglicht der neue Amplitudendiskriminator die Auswahl starker Ziele und die Abweisung schwacher Ziele.

Obwohl vorstehend spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, versteht es sich, daß Abweichungen von diesen Ausführungsformen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Amplitudendiskriminator mit einen» auf nacheinander zugeführte positive Eingangssignale variabier Amplitude ansprechenden Spitzenwertdetektor, dessen Ausgangssignal eine Funktion der Amplitude der Eingangssignale und eines Entladevorganges mit großer, fest vorgegebener Zeitkonstante ist, und mit einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit einem vorbestimmten Pegel, wenn das Eingangssignal größer ist als das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Spitzenwertdetektors (12) ein Schaltungsteil (17) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal ein bestimmter Bruchteil des Ausgangssignals des Spitztnwertdetektors ist, daß ein Spannungsvergieicher (14) ein Ausgangssignal mit dem vorbestimmten Pegel erzeugt, wenn die Amplitude des Eingangssignals nicht kleiner ist als der bestimmte Bruchteil der Amplitude, die das Ausgangssignal des Spitzenwertdetektors (12) in dem Zeitpunkt aufweist, in dem das Eingangssignal von dem Spannungsvergleicher (14) empfangen wird, und daß auf das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers (14) mit dem vorbestimmten Pegel ein Abtast- und Haltekreis (18) anspricht, der den Bruchteil der Amplitude des Ausgangssignals des Spitzenwertdetektors (12), der dem Spannungsvergleicher (14) zugeführt wird, während der Dauer des Vergleichs mit dem Eingangssignal konstant hält.

2. Amplitudendiskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er außer einem Eingang (15) für das Eingangssignal noch einen zweiten Eingang (74) für ein einen Schwellenwert definierendes Signal aufweist und mit den beiden Eingängen eine Schaltungsanordnung (72) gekoppelt ist, die nur dann ein Ausgsgangssignal liefert wenn die Amplitude des Eingangssignales den Schwellenwert überschreitet, und deren Ausgangssignal eine von der Amplitude des Eingangssignales und dem Schwellenwert abhängige Amplitude aufweist, daß der Spitzenwertdetektor (12) auf das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung (72) anspricht und daß der Spannungsvergleicher (14) an die beiden Eingänge (15 und 74) angeschlossen ist und nur dann das Ausgangssignal mit dem bestimmten Pegel liefert, wenn die Amplitude des Eingangssignales größer ist als die Summe der Amplitude des ausgewählten Bruchteiles des Ausgangssignales des Spitzenwertdetektors (12) und des Schwellenwertes.

3. Amplitudendiskriminator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Abtast- und Haltekreis (18) und den Spannungsvergleicher (14) ein Gleichrichter (70) eingeschaltet ist.

4. Amplitudendiskriminator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwertdetektor (12) von einem ersten Eingangssignal auf eine Spannung aufgeladen wird, die im wesentlichen der Spitzenamplitude dieses Eingangssignales gleich ist, und sich danach mit der ausgewählten Zeitkonstante entlädt und nur dann erneut auf die Spitzenamplitude eines Eingangssignales aufgeladen wird, wenn diese Spitzenamplitude die Amplitude des Ausgangssignales des Spitzenwertdetektors (12) überschreitet.