DE2102807C3 - Verfahren zur Gewinnung der sinusförmigen Modulationsfrequenz aus einem pulsamplitudenmodulierten Videosignal - Google Patents

Description

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ändert worden, so daß das Videosignal ebenfalls aus schaltet, der hier vier Stufen haben soll. Damit vereiner statistischen Pulsfolge A besteht (Fig. 2), die ändert sich die Treppenspannung nicht, aber der mit 15Hz und 135Hz sinusförmig ampKtudenmodu- kleinste Phasenschiebeschritt 'vird von der Gesamtliert ist, und zwar mit einem nicht genau bekannten stellenzahl bestimmt, z. B. bei insgesamt 11 Stellen Modulationsgrad. 5 0,044°.

Das Videosignal A wird in einem Spitzengleich- Führt man die Treppendreiecksspannung einer richter 1 gleichgerichtet. Nachfolgende Filter 2, 2' Schaltung 13 bzw. 13' aus vorgespannten Dioden zu, (135Hz und 15Hz) trennen das gleichgerichtete dann wandelt diese die Treppendreiecksspannung in Signal in zwei Kanäle. Die ausgefilterten 135-Hz- eine Treppensinusspannung um. Diese Schaltung mit und 15-Hz-Sinussignale werden anschließend erneut io vorgespannten Dioden ist aus der Analogrechnerin Gleichrichtern 3, 3' gleichgerichtet, und die ent- technik bekannt, sie wird daher nicht näher erläutert, stehenden Gleichspaanungen, die ein Maß für den Die synthetischen Modulationsfrequenzen müssen Modulationsgrad sind, werden jeweils einem Ver- in Amplitude und Phase den empfangenen Modugleicher 5, 5' zugeführt. Auf die anderen Eingänge lationsfrequenzen angeglichen werden. Es wird zuder Vergleicher 5, 5' gelangen aus synthetischen Mo- 15 nächst der Regelkreis zur Regelung der Amplitude dulationsfrequenzen abgeleitete Gleichspannungen. der synthetischen Modulationsfrequenzen beschrie-

Es wird nun die Erzeugung der synthetischen ben.

] 35-Hz-Sinusschwingungen beschrieben. Die Signale an den Ausgängen der Dreieck/Sinus-

Ein quarzgesteuerter Taktgenerator 7 mit der Fre- Umformer 13, 13' werden Regelverstärkern 14, 14' quenz /₀ steuert über eine Logik 10' einen synchronen 20 zugeführt, deren Ausgangsspannungen anschließend Vorwärts-Rückwärtszähler 11' mit sieben Stellen. in Gleichrichtern 15, fs'gleichgerichtet werden.
Am Ausgang dieses Zählers erscheint dann ein Diese Gleichspannungen werden an die zweiten 1 SS-Hz-Rechtecksignal, wenn die Eingangsfrequenz Anschlüsse der Vergleicher 5, 5' gelegt. Die Vergenau I_n ¹I beträgt. Zur Verschiebung der Phase gleicher 5, 5' liefern nun Differenzspannungen, die dieses 135-Hz-Signals kann kurzzeitig der Takt am 2:1 den Unterschied zwischen den Max'.malamplituden Zählereingang verändert werden. Für voreilende der synthetischen und der empfangenen 15-Hz-bzw. Phase wird der Takt verdoppelt (/_n) und für nach- 135-Hz-Schwingungen entsprechen. Um diese Untereilende Phase wird er halbiert (/„ 4). Die Steuer,ing schiede zu Null zu machen, leitet man die Differenzdes Takts wird von der Logik 10' vorgenommen. spannungen den Regelverstärkern 14, 14' zu. Auf Diese hat zwei Steuereingänge, die durch logische 30 diese Weise werden hinter den Regelversiärkern die Signale gesteuert werden. An einem dritten Eingang Amplituden der synthetisch erzeugten Modulationsist der Takt/_n angeschlossen. Im Normalfall — er- frequenzen genauso groß gemacht wie die der empforderliche Phasenverschiebung 0 — liegt an den bei- fangenen Modulationsfrequenzen. Damit werden E;nden Steuereingängen der Logik 10' eine logische »0«. flüsse, die durch Schwankungen der Modulations-Das hat zur Folge, daß am Ausgang der Logik 10' 35 Grade entstehen, eliminiert.

die mittels eines Teilers 9' halbierte Taktfrequenz Die 15-Hz- und 135-Hz-Filter 2, 2' dürfen einen

auftritt. Bei den anderen Möglichkeiten der Belegung beliebigen Phasengang haben, da nur die Amplituden

der Steuereingänge — »0«-»l« und »l«-»0« — wird von Interesse sind. Dies bedingt lediglich eine kon-

der Takt I_n direkt oder durch den Faktor 4 geteilt stante Durchlaßdämpfung der Filter. Derartige Filter

ausgegeben, wodurch das Vor- oder Nacheilen der 40 sind sehr viel einfacher realisierbar als Filter mit

135-Hz-Phase erreicht wird. Diese Änderung der temperaturunabhängigem, definiertem Phasengang.

Taktfrequenz gehört zur Phasenregelung, die später Die synthetisch erzeugten 135-Hz- und 15-Hz-

beschrieben wird. Signale, die von der Amplitudenregelung so verstärkt

Analog der Logik 10' und dem 135-Hz-Zähler 11' bzw. abgeschwächt werden, daß sie mit den empfan-

gibt es einen 15-Hz-Zähler 11 mit zugehöriger Logik 45 genen Modulationssignalen amplitudengleich sind,

10. Die Funktion dieser Anordnung ist mit der oben haben aber noch nicht die gleiche Phasenlage wie

für 135Hz beschriebenen identisch, bis auf einen die empfangenen Modulationssignale. Hierzu dient

Teiler 9, der die Taktfrequenz auf /„/9 herunterteilt. ein Phasenregelkreis, der nun beschrieben wird.

Um aus den Zählern die 15-Hz- bzw. 135-Hz- Das Videosignal A wird einem Begrenzerverstärker Signale in Sinusform zu gewinnen, ist an die Aus- 50 17 zugeführt. An dessen Ausgang steht dann die gänge jedes Zählers ein Widerstandsnetzwerk 12, 12' gleiche statistische Pulsfolge, wie sie das Videosignal angeschlossen. Dieses Widerstandsnetzwerk erzeugt bildet, jedoch mit konstanter Amplitude (ohne Modueine dreieckförmig verlaufende Treppenspannung mit lation) zur Verfügung (F i g. 2, B).
15 bzw. 135Hz Wiederholfrequenz. Jede Halb- Aufgabe der anschließenden Schaltungsanordnung periode dieser Treppenspannung besteht wegen der 55 ist es, die Amplitude der begrenzten Videoimpulse so siebenstelligen Zähler aus 2⁷ Amplitudenschritten. zu verändern, daß die Einhüllende der Summe der Da jedoch die Widerstandsmatrix aus Gründen der synthetisch erzeugten Modulationsfrequenzen ent-Widerstandstoleranz nur für höchstens 7 Bit ausge- spricht. Zu diesem Zweck werden die beiden syntheführt werden kann, wurden pro Treppenspannungs- tischen Modulationssignale in einem Widerstandsperiode 512 Schritte anfallen. Der kleinste Schritt, 60 netzwerk 18 addiert und einer negativen Vorspanum den die Phase daher geschoben werden könnte, nung - Uv überlagert (F i g. 2, C). Das so aufbereibeträgt daher ^tcte synthetische Signal gelangt auf den einen Ein-

360 gang eines als Summierer geschalteten Differenzver-

άφ-m ■ η = —— = 0,7°. stärkers 19, an dessen anderem Eingang das be-

⁵¹² 65 grenzte Videosignal B angeschlossen ist. Das Aus-

Diese Schrittweite ist aber für die Regelung viel gangssignal gelangt auf den einen Eingang einer

zu groß Zur Verkleinerung wird den Vorwärts/ UND-Schaltung 20, an deren anderem Eingang das

Rückwärtszählern 11, 11' je ein Teiler 6, 6' vorge- Signal B liegt. Diese UND-Schaltung dient dazu, die

Reste der Sinusschwingung C zu eliminieren. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 20 ist das synthetische Videosignal D (Fig. 2). Dieses synthetische Videosignal D ist Dis auf die Phasenlage der Einhüllenden mit dem empfangenen Videosignal/! identisch. In einem zweiten anschließenden Differenzverstärker 21 wird pulsweise die Amplitudendifferenz !wischen empfangenem Videosignal A und synthetisch erzeugtem Videosignal D gebildet, so daß sich das Signal E ergibt. Das Signal E ist ebenfalls eine mit 15 Hz und 135 Hz amplitudenmodulierte Impulsfolge. Die Amplitudenmodulation ist eine Folge der Phasendifferenz der Einhüllenden des synthetischen und des empfangenen Videosignals. Wie sich leicht nachprüfen läßt, ist die Amplitude der Einhüllenden des Signals E der Phasendifferenz von empfangener Modulation und synthetisch erzeugter Modulation proportional.

Zur Regelung der Phase des synthetischen Modulationssignals auf Phasendifferenz Null zum empfangenen Modulationssignal muß die Einhüllende des Signals E gewonnen werden. Dies geschieht mit einem Spitzengleichrichter 22. An diesen schließen sich Filter 23, 23' an, die das 15-Hz-Signal und das 135-Hz-Signal voneinander trennen. Auch diese Filter sind völlig unkritisch hinsichtlich ihres Phasenganges — was übrigens auch für den Spitzengleichrichter gilt —, da die ausgesiebten 135-Hz- und 15-Hz-Signalc erneut gleichgerichtet werden. Die von diesen Gleichrichtern 24, 24' gelieferten Gleichspannungen sind ein direktes Maß für die Größe der Phasenverschiebungen zwischen den synthetischen und empfangenen Modulationssignalen. Da die Phasenverschiebungen durch die Differenzbildung der Videosignale in Amplituden verwandelt werden, spielen nachfolgende Filter- oder Gleichrichter-Phasengänge keine Rolle mehr. Der Zusammenhang zwischen der vom Gleichrichter 24 bzw. 24' gelieferten Spannung U₁- und der Phasendifferenz .In ist in F i g. 3 dargestellt.

Aus der Spannung V₁ werden nun logische Signale gewonnen, die die Logik 10 bzw·. 10' steuern und so auf die Zähler 11, 11' einwirken. Dazu sind an die Gleichrichter 24, 24' Verstärker 25, 25' und Schmitt-Trigger 26, 26' angeschlossen. Die Verstärker sind Linearverstärker sehr hoher Verstärkung, die bereits bei kleinen Eingangsspannungen (einige mV) ihre Ausgangssättigungsspannung erreichen. Die Ausgangssignale der Verstärker haben bereits die Pegel, die zur Ansteuerung der Logikschaltungen erforderlich sind. Die Schmitt-Trigger 26, 26' steuern Flip-Hops 27,27'.

Zur Erklärung der Logiksteuemng wird angenommen, daß die Flip-Flops gerade in der gezeichneten Stellung stehen. Das bedeutet, daß sowohl der 15-Hz- wie auch der 135-Hz-Zähler mit dem langsamsten Takt versorgt werden, wodurch die Phase in negativer Richtung verschoben wird. Wird ein Flip-Flop durch den zugehörigen Schmitt-Trigger umgesteuert, dann gelangt der schnellste Takt auf den entsprechenden Zählereingang, wodurch eine Phasenverschiebung in positiver Richtung erfolgt. Sind die Ausgangssignale der Verstärker 25, 25' Null, dann gelangt der Takt auf die Zählereingänge, der zu genau 15-Hz- bzw. 135-Hz-Ausgangssignalen führt; eine Phasenverschiebung findet nicht statt (eingerasteter Zustand).

Zur Verdeutlichung des Regelvorganges wird nun der Fang- und Nachlaufbetrieb von der Inbetriebnähme an geschildert.

Nach dem Einschalten wird bei beliebiger Phasenlage von synthetischer und empfangener Modulationsfrequenz zuerst die Amplitudenregelung einrasten. Das geschieht übrigens unabhängig von der

ίο Taktfrequenz, die auf die Phasenschieberzählcr gegeben wird, da sich an die Regelverstärker keine frequenzselektiven Glieder anschließen. Was in der Zwischenzeit im Phasenregelkreis geschieht, ist für die Amplitudenregelung ohne Belang.

Ist die Amplitudenregelung ausgeführt, dann ergeben sich wegen der beliebigen Phasenlagen von synthetischen und empfangenen Modulationssignalcn den Phasendifferenzen proportionale Spannungen U_r (Punkt C in Fig. 3). Die Ausgänge der Verstärket 25, 25' werden aktiviert. Je nach Lage der Umstcuer-Flip-Flops werden die Phasen nun entweder in positiver oder in negativer Richtung verschoben. Die Schieberichtung ist vorerst nur von der völlig willkürlichen Lage der Flip-Flops abhängig. Der Punkt G auf der Spannungskurve in Fig. 3 wandert also nach rechts oder nach links, auf jeden Fall aber frühei oder später in Richtung auf einen Regel-Null-Punkt (0 oder 360°). In der Höhe des Null-Punktes wird die Ansprechschwelle des Verstärkers unterschritten, und dessen Ausgang zeigt eine logische Null, d. h..

die Phasenverschiebung wird gestoppt, synthetische und empfangene Modulationssignale stimmen nach Amplitude und Phase überein (suchen + einrasten).

Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis eine

Änderung in den Winkelbeziehungen zwischen Sender (Bodenstation) und Empfänger (Flugzeug) eintritt. Dann beginnt die Spannung U_F zu wachsen Unabhängig von der Änderungsrichtung steigt die Spannung an, bis die Ansprechschwelle des Verstärkers überschritten wird. Ist dies der Fall, dann wird der Phasenschieber in Tätigkeit gesetzt. Je nach dei Stellung der Umsteuer-Flip-Flops wird nun die Phase so geschoben, daß die Spannung entweder kleinei oder größer wird. Im ersten Fall ist die Regelrichtum

in Ordnung; nach einer gewissen Zeit ist die Spannung unter den Ansprechwert des Verstärkers gefallen, und die Phasenverschiebung wird beendet. Irr zweiten Fall ist die Regelrichtung falsch; die Phasenverschiebung beschleunigt das Anwachsen der Span-

nung. Um ein Auswandern aus dem Regelpunk φ = 0° bzw. φ — 360° zu vermeiden, wird bein Überschreiten einer zweiten Schwelle die Spannunf des Schmitt-Triggers diesen umschalten, wodurct der Flip-Flop umkippt Dadurch kehrt sich die Rieh tung der Phasenverschiebung um, und die Spannunf sinkt wieder ab.

Be; gleichbleibender Flugrichtung, d. h. stetige] Änderung des Azimuts, ergibt sich ein Pendeln urr den Abgleichzustand, dessen Amplitude im wesent

liehen von der Hysterese des Verstärkers abhang {Nachlaufbetrieb). Ist die Hysterese sehr klein, danr kann dieser Fehler als konstant angenommen wer den. Die Fehlergröße hängt hauptsächlich von dei Größe der Verstärkung der Spannung U_F ab, die mi

einfachen Mitteln sehr groß gemacht werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

... - Verfahrens ist es nun, die Modulaticnsfrequenzen Patentansprüche: ,5Hz und l35Uz^ gewinnen, ohne dabei die

1. Verfahren zur Gewinnung der sinusförmigen Phasenlage der 15-Hz- bzw. 135-Hz-Hüllkurve zu Modulationsfrequenz aus einem pulsamplituden- verändern.

modulierten Videosignal, insbesondere für Funk- 5 Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur navigationsempfänger, dadurch gekenn- Erzielung eines möglichst kleinen Phasenfehlers das zeichnet, daß zur Erzielung eines möglichst Videosignal einerseits gleichgerichtet, einem Filter kleinen Phasenfehlers das Videosignal einerseits zugeführt und nochmals gleichgerichtet wird, daß die gleichgerichtet, einem Filter zugeführt und noch- entstandene Gleichspannung mit einer Gleichspanmals gleichgerichtet wird, daß die entstandene "> nung verglichen wird, die durch Gleichrichtung einer Gleichspannung mit einer Gleichspannung ver- synthetisch erzeugten hochkonstanten Modulationsglichen wird, die durch Gleichrichtung einer frequenz gewonnen wird, daß abhängig vom Versynthetisch erzeugten hochkonstanten Modula- gleichsergebnis die Amplitude der synthetischen Motioiisfrequenz gewonnen wird daß abhängig vom dulationsfrequenz auf die Amplitude der empfange-Versleichsergebnis die Amplitude der synthe- «5 nen Modulationsfrequenz eingeregelt wird und daß tischen Modulationsfrequenz auf die Amplitude das Videosignal andererseits verstärkt, begrenzt und der empfangenen Modulationsfrequenz einge- anschließend zur synthetischen Modulationsfrequenz regelt wird und daß das Videosignal andererseits addiert wird, so daß sich ein synthetisches Videoverstärkt, begrenzt und anschließend zur synthe- signal ergibt, daß anschließend die Differenz von tischen Modulationsfrequenz addiert wird, so daß ao Videosignal und synthetischem Videosignal gebildet sich ein synthetisches Videosignal ergibt, daß an- wird, daß das sich ergebende Differenzsignal gleichschließend die Differenz von Videosignal und gerichtet, einem Filter zugeführt und wieder gleichsynthetischem Videosignal gebildet wird, daß das gerichtet wird, daß abhängig von der sich ergebenden sich ergebende Differenzsignal gleichgerichtet, Gleichspannung die synthetische Modulationsfreeinem Filter zugeführt und wieder gleichgerichtet »5 quenz kurzzeitig erhöht bzw. erniedrigt wird, bis die wird, daß abhängig von der sich ergebenden Phasendifferenz zwischen Eingangs- und synthe-Gleichspannung die synthetische Modulations- tischer Modulationsfrequenz gleich Null ist, und daß frequenz kurzzeitig erhöht bzw. erniedrigi wird, die synthetische Modulationsfrequenz als Nutzsigna] bis die Phasendifferenz zwischen Eingangs- und verwendet wird.

synthetischer Modulationsfrequenz gleich Null 3° Bei diesem Verfahren haben Filterphasengänge ist, und daß die synthetische Modulationsfn:quenz und Gleichrichter keinen Einfluß auf die Meßais Nutzsignal verwendet wird. genauigkeit. Bei zwei Modulationsfrequenzen wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadur:h ge- durch Addition zweier aus einem Quarz abgeleitetei kennzeichnet, daß es bei Mehrfachmodulation für 15-Hz- und 135-Hz-Sinusschwingungen ein Signa! jede Modulationsfrequenz getrennt, jedoch gleich- 35 mit der Form einer idealen Tacan-Modulationshüllzeitig durchgeführt wird, wobei die synthetischen kurve erzeugt. Die 15-Hz- und 135-Hz-Schwingun-Modulationsfrequenzen vor der Addition zum gen werden getrennt mit Hilfe zweier digitalei Videosignal summiert werden. Phasenschieber in der Phase verschoben und mil

Hilfe zweier Linearverstärker in der Amplitude ge-

40 regelt, bis zwischen der echten Pulshüllkurve und

dem synthetisch erzeugten Signal Phasen- und Amplitudengleichheit herrscht. Da der Phasenvergleich au]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewin- einen impulsweisen Amplitudenvergleich zurückgenung der sinusförmigen Modulationsfrequeriz aus führt wird, ist die amplitudenrichtige Nachbildung einem pulsamplitudenmodulierten Videosignal, ins- 45 erforderlich. Phasen- und Amplitudenregelung gebesondere für Funknavigationsempfänger. schieht in zwei voneinander unabhängigen, geschlos-

Bei Funknavigations-, insbesondere Tacan-Emp- senen Regelkreisen. Sind Pulshüllkurve und da:

fängern, besteht das empfangene Videosignal aus synthetische Signal genau deckungsgleich, so werder

Impulsen, deren Folgefrequenz mit einer statistischen die beiden das synthetische Signal bildenden 15-Hz-

Verteilung um einen festen Wert herum schwankt. 50 und 135-Hz-Schwingungen zur Weiterverarbeitung

Diese Impulsfolge ist mit zwei NF-Signalen ainplitu- freigegeben.

denmoduliert; die Modulationsfrequenzen betragen Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren bei-

Hz und 135 Hz. spielsweise näher erläutert. Es zeigt

In dem Buch von M. Kay ton und W. R. Fried, Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zui

»Avionics Navigation Systems«, Verlag John Wiley 55 Durchführung des Verfahrens für zwei Modulations-

& Sons Inc., New York, 1969, ist auf den S. I¹K) und frequenzen,

eine Anordnung zur Gewinnung der Modula- F ig. 2 die an verschiedenen Punkten der Schal

tionshüllkurven aus den amplitudenmodulierten und tungnachFig. 1 auftretenden Signale,

-dekodierten Tacan-Impulsen beschrieben, die aus Fig. 3 die Abhängigkeit der Regelspannung voi

einem Impulsspitzengleichrichter und nachfolgenden 6° der Phasendifferenz.

Filtern zur Trennung der 15-Hz- und 135-Hz-Kom- Das Grobvideosignal, das vom ZF-Verstärker nacl

ponenten besteht. der HF-Gleichrichtung aus Tacan-Doppelpulsen plu:

Die Nachteile dieser Anordnung liegen in der Ver- eventuellen Störimpulsen besteht, wird im an

fälschung der Phase der Modulationssignale sowohl schließenden Dekoder entschlüsselt. Das bedeutet

durch den nicht idealen Spitzengleichrichter als auch 65 daß das entstehende Videosignal sich nur aus Pulsei

durch den temperaturabhängigen Phasengang der zusammensetzt, die jeweils die ersten eines Tacan

NF-Filter. Pulspaares waren (12 usec Abstandsdekodierung)

Aufgabe des nachfolgend beschriebenen neuen Am Amplitudenverlauf dieser Pulse ist nichts ver