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Verfahren für die Rückstrahlortung zur Korrelation eines mmpfangssignals
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Rückstrahlortung zur Korrelation
eines Empfangssignals mit Referenzsignalen in Form von Nachbildungen eines linear
frequenzmodulierten, impulsförmigen Sendesignals.
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Bei der bisher bekannten Korrelationsverarbeitung von Empfangssignalen
hat man wegen der unbekannten Ankunftszeit eine Vielzahl von stufenweise rersSgerten
Referenzsignalen verwendet. Zur Verarbeitung des Empfangssignals sind dabei entsprechend
viele, gleichartig aufgebaute Korrelatoren erforderlich, deren Anzahl um 80 größer
sein muß, Je höher die gewünschte Entfernungsauflösung ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und zum Ausüben
des Verfahrens eine Vorrichtung so zu gestalten, daß sich mit einem geringeren Aufwand
eine brauchbare Korrelation erzielen läßt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst worden durch Erzeugung und
Verwendung von zwei, um die Hälfte der Impulsdauer des Sendesignals gegeneinander
versetzten, Referenzsignalen mit periodischer Wiederholfrequenz, durch Multiplikation
des Empfangssignals mit jedem der beiden Referenzsignale, deren Produkte Differenzfrequenzsignale
sind, und durch getrennte Ubertragung der Differenzfrequenzsignale aus jeweils nur
der zweiten Halbzeit der Impulsdauer des Empfangssignals. Dabei ergibt sich der
Vorteil, daß die Korrelation mit einem einzigen Korrelator über die gesamte Empfangsdauer
ort wird, wobii die Differenzfrequenzen auch ein korrektes FeinmaR der jeweils vorliegenden
Laufzeit des Empfangssignales geben.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem iusführungsbeispiel veranschaulicht.
Es zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung
in einem Blockschaltbild, Fig. 2 und 3 Diagramme zur Veranschaulichung nach Fig.
1
Das dargestellte Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Erfindung
an einer Echolotvorrichtung mit einem Differenzfrequenz-Simultankorrelator, Die
Vorrichtung besteht aus einem Impulsgenerator 1 zur Erregung eines Wandlers 2 zur
Abstrahlung von Sendesignalen S in regelmäßigen Zeitabständen, jeweils zum Zeitpunkt
t = 0 einer Lotperiode P, einem Taktgeber 3, zur Steuerung sowohl des Impulsgenetators
1 als auch zur Abgabe von Signalen zur Steuerung eines Differenzfrequenz-Simultankorrelators
6, im folgenden kurz Korrelator genannt, ferner einem Wandler 4, der auch mit dem
Wandler 2 identisch sein kann, zum Empfang der aus dem Medium von reflektierenden
Objekten nach einer der Entfernung entsprechenden Laufzeit tE zurückkehrenden Echoimpulse
E, im folgenden Empfangssignale genannt, einem Empfangsverstärker 5, ferner dem
vorgenannten, zur Erzeugung von Anzeigesignalen A dienenden Korrelator 6, der von
Steuersignalen aus dem Taktgeber 3 und von den Empfangssignalen E aus dem Empfangsverstärker
5 angesteuert wird und einem Anzeigegerät 7, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre,
mit einem Zeitanzeigesystem 8, das wie der Impulsgenerator 1 durch Taktimpulse aus
dem Taktgeber 3 zwecks einer zur Echolotung synchronen Zeitablenkung gesteuert wird
und einem Amplitudenanzeigesystem 9, z.B. mit Querablenkung oder Hellsteuerung,
das
von den Anzeigesignalen A aus dem Korrelator 6 ange-Steuert
wird.
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Fig. 2 veranschaulicht, in Verbindung mit Fig. 3, die Wirkungsweise
am Ablauf einer Lotperiode F, von welcher der Deutlichkeit halber nur ein kleiner
Anfangsbereich dargestellt ist. Fig. 2 (a) zeigt das Empfangssignal E in seinem
Amplitudenverlauf (Rechtecksform), Fig. 2(b) im Verlauf seiner Frequenz fE bei linearem
Frequenzanstieg von f1 bis f2 = f1 + Zum selektiven Empfang dieses Empfangssignals
E findet im Korrelator 6 ein Vergleich mit Referenzsignalen statt, die dem Sendesignal
S nachgebildet sind. Damit zu jedem Zeitpunkt nach jeder beliebigen Laufzeit tE
seit Auslauf des Sendesignals S zur Zeit t = O ein Referenz- oder Vergleichssignal
mindestens für die Zeit einer halben impulsdauer T/2 zur Verfügung steht, werden
im Korrelator 6 zwei um die Hälfte T/2 der Impulsdauer T des Sendesignals S und
damit auch des Empfangssignals E gegeneinander versetzte, mit dem Sendesignal S
zeltstarr gekoppelte Referenzsignale K1, K2 mit periodischer Wiederholfrequenz 1/T
gebildet. Zur Erzeugung dieser Referenzsignale K1, K2 ist im Korrelator 6 ein Referenzsignalerzeuger
10 vorgesehen, der durch
Taktimpulse
aus dem Taktgeber 3 getriggert wird. Dieser ist so ausgebildet,
daß er im Anschluß an jeden, ein Sendesignal S auslösenden Taktimpuls zu Beginn
jeder neuen Lotperiode P in regelmäßiger Folge mit der Wiederholfrequenz 1/T Triggerimpulse
auf den Referenzsignalerzeuger 10 gibt, in dem das Referenzsignal K1 mit linearer
Frequenzmodulation zwischen Frequenzen f3 und f4 mit Widerholperioden p entsprechend
der Wiederholfrequenz i/T erzeugt wird. Die Frequenzhübe # fE = f2 - f1 des Empfangssignals
E und # fR = f4 - f3 der Referenzsignale K1, K2 sind gleich groß und betragen bei
f1 = 36 kHz, f2 = 37 kHz, f3 = 46 kHz und f4 = 47 kHz beispielsweise 6 fE = # fR
= 1 kHz. Zur Erzeugung der Referenzsignale K1, K2 mit den Frequenzen fK1, fK2 mit
um T/2 gegeneinander versetzten linearem Frequenzhub # fR von f3 nach f4 wird dem
Referenzsignalerzeuger 10 das Referenzsignal K1 direkt, das Referenzsignal K2 über
eine Verzögerungsschaltung 11 mit einer Verzögerung von der Größe der halben Impulsdauer
T/2 des Sendesignals S entnommen.
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Das Referenzsignal K1 ist infolgedessen mit dem Sendesignal S synchronisiert,
sodaß der Beginn jeder Lotperiode P mit dem Beginn einer Wiederholperiode p des
Referenzsignals K1 zusammenfällt, vgl. Fig 2 (c).
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Auf eine Lotperiode P entfallen jeweils n Wiederholperioden p des
Referenzsignals K1.
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Zur korrelativen Verarbeitung werden die beiden Referenzsignale K1,
K2 in je einem Multiplikator 12 bzw. 13 mit dem Empfangssignal E gemischt. Bei der
Mischung werden Differenzfrequenzsignale Da und Db mit den Differenzfrequenzen fDa
= fK1 - fE und fDb = fK2 - fE gebildet, vgl. Fig. 2 (d) und (e).
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Nur wenn das Empfangssignal E gerade nach einer Wiederholperiode p
des Referenzsignals K1 ankommt, herrscht völlige zeitliche Überdeckung von Referenzsignal
K1 und Empfangssignal E. Es entsteht alsdann über die ganze Impuls dauer T eine
konstante Differenzfrequenz fDa =3 fl =4 f2 (1) Für das oben angegebene Zahlenbeispiel
ist fDa = 10 kHz.
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Gegenüber dem anderen Referenzsignal K2 ergibt sich alsdann eine Zeitverschiebung
von der Größe # = T/2und die Differenzfrequenz fDb beträgt wegen der Sprungstelle
der Referenzfrequenz fK2 in der Mitte der Impuls dauer des Empfangssignals E während
der ersten Halbzeit dieser Impulsdauer fDb1 = ## (f3 + f4)/2 - f1 (2) (Für das Zahlenbeispiel
10,5 kHz) und während der zweiten Halbzeit fDb2 = f3 - (f1 + f2)/2 (für das Zahlenbeispiel
9,5 kHz).
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Ist das Empfangssignal E, wie es dem Normalfall entspricht, gegen
beide Referenzsignale Kis K2 um eine beliebige Zeit #< T zeitverschoben, vglO
Fig. 2 (b) und (c), so ergeben sich bei jeder
der Referenzsignale K1, K2 Frequenzsprünge der Differenzfrequenzsignale Da, Db,
wie aus Fig0 2 (d) und (e) ersichtlich ist. In den Intervallen a1 = T - # , a2 =#
und b1 = T/2 -15 , b2 = T/2 + # # sowohl vor als auch hinter diesem Frequenz sprung
sind die Differenz£requenzen fDa und fDb der Differenzfrequenzsignale Da, Db konstante
Werte, deren Größe durch die Gleichungen fDa1 = (f3 + #fR . # /T) - f1 (4) fDa2
= f4 - (f1 + #fE (T = #)/T (5) fDb1 = (f3 + #fR (T/2 - #)/T) - f1 (6) fDb2 = f4
- (f1 + #fE (T/2 + #)/T (7) bestimmt ist. Da die DifferenzErequenzen in allen Intervallen
a1, a2, b1, b2 nur von einer Veränderlichen, der Zeitverschiebung # , abhängen,
können sie als Maß für die Größe der Zeitverschiebung # benutzt werden. An sich
könnte man jede der vier Differenzfrequenzgrößen zur Bestimmung der Zeitverschiebung
# benutzen. Wegen der verschieden großen Länge der Intervalle a1, a2, b1, b2
ist
es hingegen zweckmäßig, zur Frequenzbestimmung jewells ein möglichst lanyes Intervall
zur Verfügung zu haben, Jr mit dem Korrelator eine möglichst gute Nutz Stör-Verbesserung
zu erzielen, die der Zeitdauer des benutzten Signals direkt proportional ist.
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Nach Fig 2 (d) und (e) wäre unter diesem Gesichtspunkt zur Frequenzbestimmung
ebenso die Differenzfrequenz fDa1 im ersten Intervall a1 wie die Differenzfrequenz
fDb2 im zweiten Intervall b2 zu gebrauchen0 Im vorliegenden Fall erfolgt die Bestimmung
der Zeitverschiebung # dadurch, daß durch einen Abtaster 15 in Verbindung mit einer
Filterbank 14 die Ausgänge der Multiplikatoren 12, 13 nacheinander danach abgefragt
werden, ob bestimmte, den Abfrayezeitpunkten zugeordnete Differenzfrequenzen fDa
bzw. fDb vorliegen. Bei zum Abfragezeit punkt synchroner Anzeige, wie sie bei der
Verwendung einer Kathodenstrahlröhre als Anzeigegerät 7 vorliegt, wird die einem
bestimmten T -Wert zugehörige Differenzfrequenz jeweils zu einem Zeitpunkt abgefragt,
in welchem das betreffende Filter der Filterbank 14 maximal auf die ihm zugeordnete
Differenzfrequenz eingeschwungen sein kann. Das ist aber immer gerade dann der Fall,
wenn das Empfangssignal E an seiner Endflanke die Frequenz £2 erreicht. Dieser Zeitpunkt
bietet gleichzeittg
den richtigen Bezugspunkt für eine zur Abtastung
synchrone Anzeige. Fig. 3 zeigt die Zuordnung von sechs Filtern 14a1, 14a2, 14a3
und 14b1, 14b2, 14b3 zu je sechs Abfragezeitpunkten tot t1 t2, t3, t4, t5 in jeder
Wiederholperiode p des Referenzsignals K1. Dabei wird in der ersten Halbzeit jeder
Wiederholperiode p das Differenzfrequenzsignal Db über die Filtergruppe 14b und
in der zweiten Halbzeit das Differenzsignal Da über die Filtergruppe 14a abgefragt.
Dadurch wird erreicht, daß entweder nur die DifferenzErequenz fDb2 oder fDa2 aus
der zweiten Halbzeit des Empfangssignals E zur Wirkung kommt und zwar je nachdem,
welche dieser beiden DifferenzErequenzen zum AbEragezeitpunkt mindestens bereits
über eine halbe Impulsdauer T ansteht.
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Im Beispiel der Fig. 2 trifft dies für das Differenzfrequenzsignal
Db im zweiten Intervall b2 zu.
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Die Zeitablenkung im Anzeigegerät 7 kann durch Taktimpulse aus dem
Taktgeber 3 gesteuert werden. Dabei kann die Taktfolge derjenigen des Tasters 15
entsprechen> so daß in jeder Lotperiode n.6 Taktimpulse auf das Zeitanzeigesystem
8 gegeben werden. Die Messung der Laufzeit tE entspricht dann praktisch einem Auszählen
der seit jeder Aussendung im Zeitpunkt t = 0 abgelaufenen vollen Wiederhol- oder
Vergleichsperioden p des Referenzsignals
K1 und Messung der Zeitverschiebung
# in z0B.
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1/6 Bruchteilen der letzten, bis zum Ende des Empfangssignals E zum
Teil abgelaufenen Wiederholperiode p des Referenzsignals K1. Diese Messung könnte
natürlich auch mit einer Digitalanzeige
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- Patentansprüche -