DE2102513B2

DE2102513B2 - Saegezahngenerator fuer digitale ppi-systeme

Info

Publication number: DE2102513B2
Application number: DE19712102513
Authority: DE
Inventors: Corstiaan Ie Huizen Comte (Niederlande)
Original assignee: Thales Nederland BV
Current assignee: Thales Nederland BV
Priority date: 1970-01-29
Filing date: 1971-01-20
Publication date: 1977-10-20
Also published as: DE2102513A1; FR2077047A5; GB1335465A; JPS5213076B1; CH515658A; DE2102513C3; CA931231A; BE761996A; NL7001235A; US3676784A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sägezahngenerator für digitale PPI-Systeme, mit einer Additionsschaltung, einem Register und einem Impulsgenerator, dessen Impulsgenerator bewirkt, daß jeweils der Wert der bereits im Register befindlichen digitalen Sägezahn-Spannung der Additionsschaltung zugeführt und nach Erhöhung in dieser Additionsschaltung um einen festen Wert den im Register bereits vorhandenen Wert ersetzt, wobei an das Register ein Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen ist, dessen Ausgangsspannung mit einer Sägezahnspannung kombiniert wird, um eine neue gewünschte Sägezahnspannung abzuleiten.

In digitalen PPI-Systemen erfüllt ein für die Erzeugung digitaler Sägezähne benöiigter Zähler die Funktion eines Entfernungsinkrementzähiers; eine bevorzugte Ausführungsform ist der Zweiteiler. In dein digitalen PPI-System, das in der CH-PS 4 74 beschrieben ist, enthält der Sägezahngenerator außer-L>,es hat zur Folge, daß bei der Darstellung des Ablenkstrahles Brumm sichtbar ist. Dieser Brumm kann weder durch den Einsatz eines passiven, noch durch den Gebrauch eines aktiven Filters eliminiert werden, ohne dadurch eine unzulässige Verzögerung des von einem solchen Filter gelieferten Ausgangssignals entsteht.

Eine Einrichtung für das Erzeugen einer Sagezahnfimktion in digi'aler Form mit einem Digital-Analog-Ums tzer an dem Ausgang ist außerdem aus der US-PS 29 58 828 bekannt. Diese Einrichtung besteht aus e.nem digitalen Generator um eine erste schr.ttförm.ge Spannung zu erzeugen, einem analogen Generator um eine zweite schrittförmige Spannung zu erzeugen, einem Tiefpaß- und einem Hochpaßfilter, sowie e.ner Additionsschaltung, um die erste Spannung über das Tiefpaßfilter und die zweite Spannung über das Hochpaßfilter zu kombinieren und damit die gewünschte schriitförmige Spannung zu erzeugen. Auch d.ese Einrichtung hat den erwähnten Nachteil daß be._der Darstellung des mit Hilfe dieser schnttformigen Spannung erhaltenen Ablenkstrahles Brumm sichtbar ist der sich nicht eliminieren läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Sägezahngenerator für digitale PPI-System zu schaffen, der be. der Darstellung des Ablenkstrahls das Auftreten eines unzulässigen Brummes verhütet. Erfindungsgemaß ist der Sägezahngenerator dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Integrator und einen Fehlerspannungsdetektor die zu bestimmten Zeitpunkten auftretenden Unterschiede zwischen einerseits der Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers und andererseits der von dem Integrator gelieferten Sägezahnspannung in eine sprungartig schwankende Steuerspannung umgewandelt werden, die nach Zufuhr zu dem Integrator bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Integrators die Form einer interpolierten Kurve der zu erzeugenden Sägezahnfunktion aufweist, daß die bestimmten Zeitpunkte mindestens jeweils nach Ablauf einer Mindestzeit, gerechnet nach dem Zeitpunkt ab, in dem die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers geändert wird, auftreten, daß der Fehlerspannungsi detektor einen Differentialverstärker zur Bestimmung der Fehlerspannung aus der von dem Integrator gelieferten Ausgangsspannung und der von dem Digital-Analog-Umsetzer herrührenden Spannung, einen in Reihe dazu liegenden Schalter, der mit einer Frequenz betätigbar ist, die der des Impulsgenerators entspricht, sowie eine nachgeschaltete Halteschaltung aufweist, die dem Integrator die benötigte Steuerspannung zuführt, und daß ein Verstärker/Filter vorhanden ist, durch das aus der von der Halteschaltung abgegebenen Spannung eine zu der Integrator-Ausgangsspannung zu addierende Korrekturspa.nnung gebildet wird.

Aus der deutschen Patentschrift 12 23 877 ist es an sich bekannt, die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers mit einer Sägezahnspannung zu kombinieren, um eine neue gewünschte Sägezahnspannung abzuleiten. Die Frequenzen dieser beiden Sägezahnspannungen aber weichen untereinander wesentlich ab;

eine Rückkopplung der Ausgangs-Sägezahnspannung zu der verwendeten Kombinationsschaltung ist denn auch nicht vorhanden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt s

Fig. 1 das Blockschema ein^s Sägezahngenerators entsprechend der Erfindung,

Fig.2 eine Anzahl Diagramme zur Erläuterung des Sägezahngenerators nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist die Einrichtung für das Erzeugen einer ,₀ Sägezahnfunktion in digitaler Form durch eine 1 dargestellt und der an diese Einrichtung angeschlossene Digital-Analog-Umsetzer durch die Ziffer 2. Die Einrichtung i besteht aus einem Impulsgenerator 3, einer Additionsschaltung 6 und einem Register 7. In der angegebenen Ausführungsform ist der Impulsgenerator 3 aus einem Generator 15, einer Torschaltung 4 und einem Frequenzteiler 5 aufgebaut. In der Additionsschaltung 6 wird jeweils der g'.eiche Digitalwert (»Einheitsschrittwert«) zu dem bereits im Register >o vorhandenen digitalen Sägezahnwert addiert.

Diese Addition erfolgt, nachdem unter Steuerung eines durch den Frequenzteiler abgegebenen Taktimpuls der Inhalt der Additionsschaltung 6 in das Register 7 übernommen ist. Der Generator 15 liefert dem -25 Frequenzteiler 5 die erforderlichen Impulse, und zwar über die Torschaltung 4, welche Torschaltung jeweils für die Dauer einer Sägezahnerzeugung mittels des Steuersignals Sgeschaltet wird.

Die vom Register 7 in digitaler For«! gelieferte Sägezahnspannung wird dem Digital-Analog-Umsetzer 2 zugeführt, dessen Ausgangsspannung x(t) in Fig.2A dargestellt ist. Diese Ausgangsspannung kann durch folgende funktionsmäßige Beziehung wiedergegeben werden:

= Σ Kt - nl

π = 0

worin e(t-nT) die Einheitsschrittfunktion zum Zeitpunkt r= nTist (n = 0,1,2 ....).

Falls der bisher beschriebene Sägezahngenerator in digitalen PPl-Systemen angewandt wird, muß die digitale Sägezahnspannung mit dem Kosinus bzw. dem Sinus des angebotenen Winkelwertes moduliert werden. Dieser Winkelwert kann z. B. dem Stand einer Radarantenne entnommen werden. Die Modulation ;;o erfolgt dadurch, daß das der Additionsschaltung zuzuführende digitale Signal mit dem Kosinus oder dem Sinus eines angebotenen Winkelwertes moduliert und der erhaltene Digitalwert jeweils zu dem bereits im Register vorhandenen Sägezahiiwert addiert wird. Das durch diese Modulation erhaltene Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers ist aus F i g. 2B ersichtlich und entspricht, abgesehen von einer multiplikativen Konstanten, der vorerwähnten funktionsmäßigen Beziehung. Die Multiplikation eines »Einheitsschrittes« mit dem Sinus oder Kosinus eines angebotenen Winkelwertes ändert grundsätzlich nichts an dieser Darlegung.

Damit die digitale Sägezahnspannung die Form einer interpolierten Kurve annimmt, die in hohem Maße einer »idealen« Sägezahnspannung entspricht, ist der Sägezahngenerator erfindungsgemäß mit einem Integrator 8 und einem Fehlerspannungsdetektor j) versehen, wobei mit Hilfe des Detektors 9 die zu bestimmten Momenten auftretenden Unterschiede zwischen einerseits der Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 2 und andererseits der Ausgangsspannung des I ._erators 8 zu einer sprungartig variierenden Steucspannung umgeformt werden, die nach erfolgter Zufuhr an den Integrator bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Integrators die Form einer interpolierten Kurve der zu erzeugenden Funktion besitzt, wobei die genannten bestimmten Momente Mindestens jeweils dann auftreten, nachdem eine Mindestzeit verstrichen ist, und zwar ab dem Augenblick, in dem die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers 2 geändert wird, wobei der genannte Fehlerspannungtcletektor außerdem der Reihe nach enthält: einen Differenzverstärker 10 zur Bestimmung der Fehlerspannung aus der vom Integrator 8 gelieferten Ausgangsspannung und der vom Digital-Analog-Umsetzer herrührenden Spannung, einen Schalter U, der mit einer Frequenz entsprechend der des Impulsgenerators .3 betätigt wird, sowie eine Halteschaltung 12, die dem Integrator 8 die benötigte Steuerspannung zuführt, welcher Sägezahngenerator schließlich einen Verstärker mit Filter 14 umfaßt, mit deren Hilfe aus der von der Halteschaltung 12 gelieferten Spannung eine zu der Integratorausgangsspannung zu addierende Korrekturspannung gebildet wird.

Bei der in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsform ist auch ein Regelverstärkeir 13 vorhanden, über den die Integrationsspannung dem Differentialverstärker 10 zugeführt wird. Aus dem von dem Differentialverstärker 10 erhaltenen Fehlerspannungssignal werden danach durch den Schalten 11 Momentwerte gebildet. Dieser Schalter wird mil. einer Frequenz /_s, die der Wiederholungsfrequenz der vom Frequenzteiler 5 abgegebenen Taktimpulse entspricht, während einer Zeit von ca. lOOnsec geschaltet. In der beschriebenen Ausführungsform ist Z₅= 2/3 MHz.

Im allgemeinen muß die Momentwertbildung mindestens jeweils dann auftreten, nachdem eine Mindestzeit verstrichen ist, die ab dem Augenblick gerechnet wird, in dem die Ausgangs spannung des Digital-Analog-Umsetzers geändert wird, Diese Momentwertbildung ist für die vorliegende A.usführungsform in F i g. 3B wiedergegeben. In Fig.3A ist die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers mit den hierin auftretenden -Störungen veranschaulicht. Die Störungen treten jeweils dann auf, wenn die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers geändert, in diesem Fall also erhöht wird. Nach einer solchen Änderung muß eine bestimmte Zeit verstreichen, in der der Digital-Analog-Umsetzer völlig in den Ruhezustand gelangen kann. In dieser Zeit ist eine Momentwertbildung nicht gewünscht, es muß deshalb eine Mindestzeit verstreichen, ab dem Augenblick gerechnet, in dem die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers geändert wird (in F i g. 3A mit <d T'oezeichnet).

Die Größe der Fehlerspannung bei der Momentwertbildung wird bis zum Zeitpunkt der darauffolgenden Momentwertbildung durch die Halteschaltung 12 auf einem festen Wert gehalten. Die von dieser Halteschaltung abgegebene Spannung, die sprungartig schwanken kann, dient als Eingangssignal für den Integrator 8 und bewirkt daß die Ausgangsspannung dieses Integrators zeitlich gesehen entsprechend einer interpolierten Kurve verläuft, die einer idealen Sägezahnfunktion in hohem Maße entspricht. Falls die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers (siehe F i g. 3A) formel-

mäßig dargestellt wird durch

kann die vom Integrator gelieferte Spannung durch folgende Beziehung ausgedrückt werden:

y(t) = A · Σ (1 - AßT)" ■ (t - nT) ■ t(t - nT),

η = 0

worin T die reziproke Abtastfrequenz darstellt, β die Verstärkung des Regelverstärkers 13 und AT die Vorwärtsverstärkung. Die Schleifenverstärkung wird durch das Produkt Aß T ausgedrückt. Fails Aß T gleich 1 gewählt wird, gibt der Integrator 8 eine Ausgangsspannung ab, die durch folgende Beziehung formelmäßig dargestellt werden kann:

y(t) = A ■ t · B(t).

Offensichtlich wird dann von Anfang an eine ideale Sägezahnspannung erhalten. In der Praxis wird die Schleifenverstärkung Aß T jedoch immer einigermaßen vom Wert 1 abweichen. Für den Fall, daß AßT < 1 ist, kann die Ausgangsspannung des Integrators durch die Kurve II in Fig.3C dargestellt werden; gilt dagegen AßT < 1,so kann diese Spannung durch die Kurve III in F i g. 3C wiedergegeben werden. Bei beiden Kennlinien nähert sich die Neigung dem Wert:

P '

(Voraussetzung für diese Konvergenz ist: AßT < 2.)

In F i g. 3C ist die »ideale« Sägezahnspannung durch die Kurve 1 wiedergegeben, deren Neigung den Wert

Iff hat. Um einen Eindruck von der Genauigkeit zu geben, mit der die Kurven Il oder HI sich der Kurve I nähern müssen, sei folgendes erwähnt.

Die Abweichung von der Kurve Il oder 111 zum Zeitpunkt f=2Tmuß weniger als 0,1% des Wertes der »idealen« Sägezahnspannung zum Zeitpunkt ί=16Γ :sein. Falls die vorgenannte Genauigkeitsforderung ab dem Nullwert der zu erzeugenden Sägezahnspannung gelten muß, sind jedoch einige andere Maßnahmen erforderlich. Für den Fall, daß AßT < 1 und die Ausgangsspannung des Integrators folglich durch die Kurve II in F i g. 3C wiedergegeben wird, kann die von

ίο der Halteschaltung abgegebene Spannung durch die in F i g. 3D dargestellte Kurve wiedergegeben werden. Die Spannung wird einem Verstärker mit Filter zugeführt; damit diesem eine konstante Spannung entnommen werden kann, müssen folgende Frequenzkomponenten aus dem von der Halteschaltung 12 gelieferten Signal entfernt werden: die Abtastfrequenz (2/3 MHz) und die verhältnismäßig starken höheren Harmonischen dieser Frequenzkomponente.

Die dem Verstärker/Filter entnommene konstante Spannung wird von der Ausgangsspannung des Integrators subtrahiert. Das sich daraus ergebende Resultat wird in F i g. 3E gezeigt. Aus dieser Figur geht hervor, daß ab dem Zeitpunkt i=2Teine Sägezahnspannung erhalten wird, die vom Wert Null an der

2<; geforderten Genauigkeit entspricht.

Das gleiche Ergebnis wird bei Betrachtung des Falles AßT< \ erhalten.

Es dürfte klar sein, daß die Schaltung, die durch den Integrator 8, den Fehlerspannungsdetektor 9 und eventuell den Regelverstärker 13 gebildet wird, nicht nur zur Erzeugung von Sägezähnen verwendbar ist, sie kann auch an einen Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen werden, der eine willkürliche zeitveränderliche und digital erzeugte Spannung abgibt, da jeweils (bei der Momentwertbildung) die Eingangsspannung des Integrators so eingeregelt wird, daß die zeitliche Schwankung der Ausgangsspannung der in digitaler Form erzeugten Funktion sprungartig folgt. In dieser Weise bildet die Ausgangsspannung des Integrators eine interpolierte Kurve der zu erzeugenden Funktion.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Sägezahngenerator für digitale PPl-Systeme, mit einer Additionsschaltung, einem Register und einem Impulsgenerator, dessen Impulsgenerator bewirkt, daß jeweils der Wert der bereits im Register befindlichen digitalen Sägezahnspannung der Additionsschaltung zugeführt und nach Erhöhung in dieser Additionsschaltung um einen festen Wert den im Register bereits vorhandenen Wert ersetzt, wobei an das Register ein Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen ist, dessen Ausgangsspannung mit einer Sägezahnspannung kombiniert wird, um eine neue gewünschte Sägezahnspannung abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Integrator (8) und einen Fehlerspannungsdetektor (9) die zu bestimmten Zeitpunkten auftretenden Unterschiede zwischen einerseits der Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers (2) und andererseits der von dem Integrator (8) gelieferten Sägezahnspannung in eine sprungartig schwankende Steuerspannung umgewandelt werden, die nach Zufuhr zu dem Integrator (8) bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Integrators (8) die Form einer interpolierten Kurve der zu erzeugenden Sägezahnfunktion aufweist, daß die bestimmten Zeitpunkte mindestens jeweils nach Ablauf einer Mindestzeit, gerechnet von dem Zeitpunkt ab, in dem die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Um-Setzers (2) geändert wird, auftreten, daß der Fehlerspannungsdetektor (9) einen Differentialverstärker (10) zur Bestimmung der Fehlerspannung aus der von dem Integrator (8) gelieferten Ausgangsspannung und der von dem Digital-Analog-Umsetzer (2) herrührenden Spannung, einen in Reihe dazu liegenden Schalter (11), der mit einer Frequenz betätigbar ist, die der des Impulsgenerators (3) entspricht, sowie eine nachgeschaltete Halteschaltung (12) aufweist, die dem Integrator (8) die benötigte Steuerspannung zuführt, und daß ein Verstärker/Filter (14) vorhanden ist, durch das aus der von der Halteschaltung (12) abgegebenen Spannung eine zu der Integrator-Ausgangsspannung zu addierende Korrekturspannung gebildet wird.

dem zwei binäre Multiplizierer, die zur Modulation der Sälen Sägezahnspannung mit dem Kosinus bzw dem Sinus eines angebotenen Winkelwertes dienen. D.eser Winkel ve t kann z. B. dem Antennenstand entnommen weiden Die nach der genannten Modulation ernaltenen Artesischen Komponenten der Ab enkspannung werdende durch eine digitale Sägezahnspannung darge-