DE2117340B2 - Transponder mit einem einzigen Schieberegister zur Decodierung und Codierung - Google Patents

Description

Gerät und Ziel durch die Formel d = -~ gegeben,

wobei 70 die theoretische Zeit zwischen der Anstiegsflanke des Sendemodulationsimpulses und der Anstiegsflanke des erkannten Video-Impulses nach der Aufnahme des Echos ist ic = Funkwellengeschwindigkeit).

Diese Zeit TO ist mit einem Fehler ITO behaftet, der hauptsächlich von Schwankungen der Anstiegsflanken des Sende- oder des Empfangsimpulses (im englischen Sprachbereich wird diese Erscheinung mit »jitter« bezeichnet) und von den Abmessungen der Form und der Art des Zieles herrührt. Der Maximalwert von 170 bestimmt die Meßgenauigkeit des Radargerätes.

Bei Sekundärradargeräten mit Transpondern. wie sie beispielsweise in der Navigation und insbesondere für Freund-Feind-Erkennungssysteme verwendet werden, arbeitet man nicht mit einem einzigen Impuls, sondern mit Doppelimpulsen, die einen festen Abstand haben.

Zwischen dem Empfang eines Abfrageimpulspaares und der Aussendung des ersten Impulses der Antwortimpi'isfolge vergeht eine gewisse Zeit T 1. deren Wert von den Bauteilen des Transponders abhängt: Empfänger. Abfragedecoder. Antwortcoder. Sender und die zwischen diesen liegenden Schaltkreise.

In der Sekundärradar-Bodenstation wird die Zeit Null als die Zeit definiert, zu der die Anstiegsflanke eines der beiden Abfrageimpulse im allgemeinen der zweite -■ auftritt. Die gemessene Verzögerung wird dann = 7 0+ T 1: ist 71 genau bekannt, dann ist es immer möglich, diese Zeit zu berücksichtigen und die Nutzzeit 70 zu ermitteln. Die Zeit 7^ 1 isi ebenfalls mit einem Fehler I T 1 behaftet, so daß dei Gesamtfehler, der bei der Entfernungsmessung auftritt, uleich

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Die Erfindung betrifft einen Transponder, insbesondere für Sekundärradarsysteme oder F₁ ^-CuHd-Fcind-Erkennungssysteme (»IFF«), mit einer Empfangseinrichtung mit einem Decoder, der dann ein Signal abgibt, wenn mindestens eine von mehreren Arten von Abfrageimpulspaaren erkannt wird, und mit einer Sendeeinrichiung mit einem Coder zur Erzeugung eines Antwortinipulspaares und einer z.wi- ss sehen den beiden Antwortimpulsen liegenden, von der Art der Abfrageimpulspaare abhängigen binärcodierten Impulsfolge, bei dem die Decodierung und die Codierung mit einem ein/igen Schieberegister erfolgt.

Ein derartiger Transponder ist in der FR-PS 14X2 954 beschrieben.

Bei vielen Radarsyslcmen wird cm Transponder \erwendet, d.h. eine Einrichtung, welche nach der Aufnahme von Abirageimpulsen Antworiimpulse ge- <λ mäIi einem vorgegebenen Code aussendet. Mit solchen sekundären Radarsyslemen erhält man weitaus bessere Ergehnisse als mit den Echos tier normalen d =

170+ I 7 1

Es ist daher notwendig. I 7 1 innerhalb bekanntet Grenzwerte zu halten, die sich nach der gewünschten Genauigkeit richten.

I 7 1 setzt sich im wesentlichen aus drei Faktorer zusammen. Eine Fehlerquelle ist die Veränderung dei Signallaufzeilen im Transponder: eine zweite ist eine Langzeitunstabilität. die von dem Altern der Bauelemente, von Temperatureinflüssen, von den langsamen Schwankungen der Netzgeräte usw. herrührt die letzte Fehlerquelle sind die kurzzeitigen Un Stabilitäten (»jitter«), die vom Rauschen der Schalt elemente, von den schnellen Änderungen der Netzgeräte und hauptsächlich von den digitalen Schaltun gen. die im Decoder und im Coder verwendet werden herrühren.

Für Sekundärradargeräte mit Transpondern situ die zusätzlichen Werte für 7 1. für 17 1 insgcsam und für den »jitter«-Anteil von I 7 I durch die ICAC festgelegt. Für Transponder, die in der Luftverkehrs

überwachung eingesetzt werden, ist danach Γ 1 gleich 3 as ± 0,5 ;xs: der Toleranzwert ±0.5 sind die zulässigen Grenzen für ITl.

Für den »jitter« allein sind höchstens ±0,1 ms zugelassen. Es ist die Aufgabe d— Erfindung, die Genauigkeit des bekannten Transponders zu erhöhen und den Wert von I T 1 möglichst klein zu machen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine quantisierte Verzögerungsleitung vorgesehen ist. die mit einem wesentlich schnelleren Takt als dem Sendetakt betrieben wird, und daß jeder empfangene Impuls auf diese Verzögerungsleitung gelangt und diese Verzögerungsleitung so gesteuert wird, daß der Impuls nur dann die Verzögerungsleitung vollständig durchlaufen kann, wenn ein Erkanntsignal vom Decoder vorliegt, und daß dieser I mpuls den von dem schnellen Takt abgeleiteten Sendetakt einschaltet.

Auf diese Weise wird erreicht, daß jeder erkannte Impuls auf zwei gelrennten Wegen weiterverarbeitet wird.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Anzahl der verwendeten Schaltkreise und die Unstabilität von I T 1 verringert is!. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 symbolisch die bistabilen Stufen, die bei den F i g. 3. 4 und 6 verwendet werden.

F i g. 3 einen Decoder Coder mit einem langsamen Schieberegister.

F i g. 4 die Schaltung gemäß der Erfindung mit einem schnellen Schieberegister und einem synchronen Frequenzteiler.

F i g. 5 eine Anschlußzeichnung für die F i g. 3 und 4.

F i u. 6 eine andere Auslührungsform der Anordnung nach den F i g. 3 und 4.

Eine der Grundschaltungen, die bei der Beschreibung der Erfindung verwendet wird, ist ein Flip-Flop. Fs gibt verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung und zur Darstellung von Flip-Flops. Wie allgemein üblich, wird ein Flip-Flop, das als Speicher arbeitet, wie in Fig. 1 gezeigt dargestellt. Das Flip-Flop enthält zwei Eingänge: SetzeingangC₁ und Rücksetzeingang c„. Die immer komplementären Ausgänge sind mit O und Q bezeichnet. Wenn ein Impuls aufc, gegeben wird, dann tritt am Ausgang Q der logische Pegel »1« auf. und das Flip-Flop bleibt so lange in dieser Lage, bis ein Impuls auf den Eingang cO gelangt.

Die kompli/ierteren Schaltungen, die beschrieben werden, z. B. die Schieberegister oder der synchrone Frequenzteiler, bestehen aus hintercinandergeschaltelen Flip-Flops, die je nach dem Verwendungszweck zusammengeschaltct sind. Zur Vereinfachung wird jedes derartige Flip-Flop, wie in F i g. 2 gezeigt, dargestellt. In dieser Zeichnung sind die Ausgänge () und Q an der unteren Seile des Rechteckes: der Eingang für die Taklimpulse ist mit // lodor /1) in der *" Mille der oberen Seile des Rechteckes bezeichnet. Auf beiden Seilen \on // (oder /1) liegen die Eingänge C und P: diese Eingänge dienen /ur Vorbereitung des Flip-Flops. Wenn eine logische »0« an cen Eingang C gegeben wird, kann das Flip-Flop ^h5 nicht umschalten, und sein Ausgang ζ) bleibt im »(!"-Zustand so lange wie die logische »0« am Eingang ('anliegt. In einem Schieberegister oder bei einem Teiler werden die Eingänge C zum Zurückstellen der Stufen oder zum Vorbereiten des Rückstellens auf »0« verwendet. Gelangt dagegen eine logische »0« an den Eingang P, dann kann das Flip-Flop nicht umschalten, und sein Ausgang Q bleibt im »1«-Zustand so lange wie die logische »0« am Eingang P anliegt. In einem Schieberegister werden die Eingänge P zum Versetzen der Stufen in den »!«-Zustand verwendet. Bei einem Schieberegister ermöglichen es die Eingänge C und P der einzelnen Stufen den Anfangszustand des Registers vor dem Auftreten der Taktimpulse einzustellen.

Um eine längere Beschreibung der einzelnen Vorgänge zu vermeiden, wird nur gesagt, daß das Anlegen einer logischen »0« an den Eingang C oder an den Eingang P das Schieberegister oder den Teiler sperrt und daß das Schieberegister freigegeben wird, wenn die logische »0« abgeschaltet wird.

F i g. 3 zeigt das Schaltbild eines Decoders/Coders eines Transponders mit nur einem Schieberegister.

Der mit I bezeichnete Schaltungsteil, der strichpunktiert umrandet ist. stellt einen Decoder dar, wie er in der deutschen Patentanmeldung P 20 2X K67.9 beschrieben ist. Der Schaltungsteil II ist der Coder.

Der Decoder I hat einen Eingang 1. auf den die vom Empfänger erkannten Impulse gelangen. Diese Impulse sind Doppelimpulsc, deren Abstände die jeweilige Betriebsart kennzeichnen. Die Abstände liegen in der Größenordnung von einigen us. Es muß dabei beachtet werden, daß auch zwischen den Doppelimpulsen oder zwischen den einzelnen Impulsen der Doppelinipulse Störimpulse auftreten können. Der Eingang I ist mit einem Eingang einer UND-Schaltung 2 verbunden.

1st diese UND-Schaltung für den Empfang von Impulsen vorbereitet, dann ist der zweite Eingang ebenfalls markiert, und die Impulse gelangen vom Eingang 1 an die AusgangsleiUmg3. die mit dem Setzeingang C₁ ; eines Flip-Flops 4 verbunden ist: der Ausgang Q von 4 ist über eine Leitung 5 bei dem Impulseingang £ eines Schieberegisters 6 verbunden, das ο Stufen A enthält, von denen jede einen Ausgang Q aufweist. Die Ausgänge der drei ersten Stufen des Schieberegisters 6 sind über eine Leitung 7 mit dem einen Eingang einer UND-Schaltung 8 verbunden, deren Ausgang über eine Leitung 9 mit dem Rückstclleingang c„ des Flip-Flops 4 verbunden ist.

Außer den drei ersten Ausgängen von 6 sind die Ausgänge Qu und Qh dargestellt, die zu zwei Abfrageimpulspaaren gehören, die der Decoder erkennen soll: beispielsweise wird angenommen, daß der Decoder nur zwei Impulsabstände erkennen kann, die im folgenden mit Betriebsart u und Betriebsart h bezeichnet sind.

Die Ausgänge Qu und Qb des Schieberegisters 6 sind je über eine Leitung 10« oder ΙΟ/ι mit dem einen Eingang einer Abfiageerkennungs-UND-Schaltungllii und 11/) verbunden. Die zweiten Eingänge der /weilen UND-Schaltungen 111/ und 11/) sind über die Abzweigungen \2a und 12/' einer Leitung 12 mit dem Ausgang der UND-Schaltungen 2 verbunden. Die Ausgange der UND-Schaltungen Hu und 11/' sind über die Leitungen 13« und 13/' mit einer ODER-Schaltung 14 verbunden, deren Ausgang über eine Leitung 15 mit dem Riickslellcingangt',, eines Flip-Flops 16 verbunden ist. dessen Ausgang wiederum über eine Leitung 17 mit dem zweiten Finiianji der UND-Schaltung 2 verbunden ist. Der Aus-

lang der UND-Schaltung 11 α über eine Ab-'Aveigung 13'« der Leitung 13</ und der Ausgang .lcr UND-Schaltung 11 h über eine Abzweigung 13'/'der Leitung 13/) sind mit den Eingängen F 13« und £13'/) verbunden, die zu Schaltungslcilen führen, s die weiter unten in Verbindung mit F i g. 4 beschrieben werden.

Der Setzeingang c, von 16 ist über eine Leitung 19 mit einem Eingang £19 verbunden, der zum Ausgang eines Mono-Flops führt, der zur F i g. 4 gehört.

Ein Taktgenerator 20 ist über eine Leitung 21 mit dem einen der beiden Eingänge einer UND-Schaltung 22 verbunden, deren /weiter Eingang über eine Abzweigung 17' der Leitung 17 zum Ausgang Q des Flip-Flops 16 führt. Ein dem Ausgang 22 nachgeschalteter Frequenzteiler setzt den Takt auf einen passenden Wert herab: der am Ausgang von 23 auftretende Takt, (-Jh genannt, hat einen lmpulsabstand von z. B. einer Mikrosekunde. und er dient als Decodicrtakt. Diese Impulse gelangen über die Leilung 24 zu den Takteingängen // der Stufen des Schieberegisters 6.

Eine Leitung 25 verbindet den Eingang 1 mit einem Eingang £25 der F i g. 4.

Es wird nun die Wirkungsweise des Decoders beschrieben. Es wird dabei angenommen, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt die Ausgänge QderFlip-Flops4 und 16 mit »0« bzw. »1« markiert sind: die UND-Schaltung 2 ist gesperrt, und die UND-Schaltung 22 läßt die Taktimpulse 20 durch: jeder Impuls mit genügend großer Amplitude, der bei 1 auftritt, gelangt über die UND-Schaltung 2 und über die Leitung 3 zum Flip-Flop4 und schaltet dieses um (Ql = »1«).

über die Leitung 5 markiert der Zustand»!« den Impulseingang £ des Schieberegisters6: die Taktimpulse, die vom Teiler 23 geliefert werden, bewirken. daß der »!«-Zustand nacheinander an den Ausgängen Q der ersten Stufen des Schieberegisters 6 auftritt: wenn der dritte Ausgang erreicht ist. wird die UND-Schaltung 8 durchlässig, das Flip-Flop 4 schaltet um. und an seinem Ausgang Q ist wieder der »O«-Zustand vorhanden. Mit dem nächsten Taktimpuls gelangen die drei »!«-Markierungen insgesamt um eine Stufe nach rechts: ist der Impuls, der zuerst am Eingang 1 auftrat, nicht der erste Impuls eines Impulspaares (Betriebsart« oder Betriebsart/?), sondern beispielsweise ein Störimpuls, dann wird die Weiterschaltung dann unterbrochen, wenn die letzte Stufe des Registers 6 erreicht ist. deren Eingang C mit »0« markiert ist.

Tritt andererseits nach einer Zeil, die etwa gleich T a = u (-Jd ist. entsprechend der Abfragebetriebsart « ein zweiter Impuls bei 1 auf und gelangt über die UND-Schaltung 2, die Leitungen 3, 12 und 12a zum entsprechenden Eingang der UND-Schaltung 11 ti. dann wird diese durchlässig gesteuert, da der andere Eingang bereits mit einer »1« markiert ist; danach erscheint der Erkanntimpuls der Abfragebetriebsart α auf den Leitungen 13a und 13'α (und am Eingang £13'a).

über 13«. die ODER-Schaltung 14 und die Leitung 15 gelangt der Erkanntimpuls zum Flip-Flop 16 und schaltet dessen Ausgang Q auf »0«. Die UND-Schaltungen 2 und 22 werden undurchlässig, wodurch verhindert wird, daß ein beliebiger nächster Impuls f>5 das Schieberegister 6 erreicht und daß die Taktimpulse 20 zum Frequenzteiler 23 gelangen.

Der Schaltungstcil Il der F i g. 3 ist der Coder, der das gleiche Schieberegister 6 verwendet, das zur Abfragedecodierung verwendet wird.

Zum Verständnis wird noch darauf hingewiesen. daßdicAnlwortimpulsfoigen bei Transponder!! immer durch zwei Impulse, die Rahmenimpulse F 1 und /'2 begrenzt werden, bei denen die Ansticgsflanken 20,3 _;j.s Abstand haben. Fl ist der erste Impuls der Antwort Zwischen Fl und F 2 liegen dreizehn Zwisehenstel· lungen, die je voneinander 1.45 ;v.s getrennt sind. Diese fünfzehn Zeitpunkte können als die fünfzehn Stellen einer reinen Binärzahl betrachtet werden. Jede Antwort entspricht daher einer besonderen Binärzahl, bestehend aus 15 Bits, wobei die Binärzahl mit »1« beginnt und endet. Die jeweils gewünschte Binärzahl ist fest programmiert, oder sie kann vom Bedienenden gewählt werden.

Als Beispiel für eine Antwortcodierung sind in der F i g. 3 im Schaltungsteil Il zwei Schaltkreise 26« und 26h gezeigt, die je zu einer Abfragebetriebsart gehören. Innerhalb von 26« und 26/1 ist jedes Quadrat mit einem Bit der Zahl, die übertragen werden soll, ausgefüllt. Jedes dieser Bits gelangt auf einem der beiden Eingänge je einer UND-Schaltung 27« bzw. 27/). Die Ausgänge der UND-Schaltungen 27« und 27/) sind in gleicher Reihenfolge jeweils mit der entsprechenden NOR-Schaltung der NOR-Schaltungsgruppe 28 verbunden. Der Ausgang jeder NOR-Schallung ist über eine Leitung 29 mit dem Eingang P einer Stufe des Schieberegisters 6 verbunden. Die niederste Stelle der Binärzahl befindet sich rechts im Gegensatz zu der Decodierung, bei der sich die niederste Stelle links befindet.

Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Eingänge P der ersten und der zweiten Stufe von 6 nicht mit dem Ausgang einer NOR-Schaltung 28 verbunden s'iid. Dies kommt daher, daß, da bei jeder Antwortimpulsfolge das erste Bit eine »1« ist (Rahmeninipuls F1). der Eingang P der zweiten Stufe immer anders als die anderen Stufen markiert ist. und da der Eingang der ersten Stufe nie markiert ist.

Die horizontalen Leitungen der UND-Schaltungen 27ti und 27/) und die vertikalen Leitungen 29 zu den Eingängen P der Stufen des Schieberegisters 6 bilden einen matrixförmigen Codierspeicher. Jeder zweite Eingang jeder UND-Schaltung 27« oder 27/1 ist mit einer Leitung 32« oder 32/) verbunden.

Die Eingänge C des Schieberegisters 6. ausgenommen die der beiden ersten Stufen, sind über Leitung 30' mit einer gemeinsamen Leitung 30 verbunden. Der Eingang P der zweiten Stufe von 6 ist mit einer Leitung 31 und der Eingang C der ersten Stufe mit einer Leitung 33 verbunden. Der Ausgang Q der ersten Stufe ist mit einer Leitung 34 mit einem der beiden Eingänge einer UND-Schaltung 36 verbunden. Die gemeinsame Taktleitung 24 ist in Richtung zu F i g. 4 mit 35 bezeichnet und führt zur Klemme £35

Die Leitungen 30, 31. 32« (oder 32/)), 33 und 3f leiten die Impulse, die von F i g. 4 kommen, zui Codiermatrix und zu den Eingängen des Schieberegisters 6. Die Reihenfolge des Auftretens dieser Impulse entspricht der Leiterungsnumerierung.

Rechts unten in der F i g. 3 sind die entsprechender Eingänge dieser Leitungen mit £30. £31 .. . £3i bezeichnet. Ein Ausgang E35'. der eine untergeord nete Bedeutung hat, ist mit dem zweiten Einganj der UND-Schaltung 36 verbunden.

Der Coder arbeitel wie folgt: über die Leitung 31 und die Abzweigungen 30' gelangt zu den Eingängen (

Λ Q7A

des Schieberegisters 6 ausgenommen die Eingänge (" ein erster Binärwert »0« von kurzer Dauer und setzt alle Stufen zurück. Eine binäre »0« von ebenfalls kurzer Dauer gelangt über die Leitung 31 an den Eingang P der zweiten Stufe von 6 und setzt deren Ausgang Q in den »!«-Zustand. Ein dritter Binärwert, ebenfalls eine »1« von kurzer Dauer, wird auf die Leitung 32« gegeben, wenn bei der Abfrage die Betriebsart « erkannt wurde, und markiert jeden zweiten Eingang jeder UND-Schaltung 27«; diese UND-Sehallungen sind zu diesem Zeitpunll vorbereitet bzw. nicht vorbereitet, abhängig davon, ob an der betreffenden Stelle eine binäre »I« oder eine »0« auftreten soll, über die NOR-Schaltungcn 28 und die Leitungen 29 werden die Binärbils über die cnlsprechenden Eingänge P zu den entsprechenden Ausgängen Q des Schieberegisters 6 übertragen. Während der Ausgang Q der zweiten Stufe mil einer »1« markiert wird, werden die Ausgänge Q des Schieberegisters von rechts nach links mit steigendem Gewicht von und einschließlich der zweiten Stufe mit den aufeinanderfolgenden Bits der Binärantwort markiert. Ein vierter Binärwert, ebenfalls eine »1«. in diesem EaIIe von längerer Dauer, wird dann auf den Eingang C der ersten Stufe des Schieberegisters 6 gegeben, der den entsprechenden Ausgang Q zur Umschaltung vom Zustand »0« in den Zustand»!« vorbereitet.

Nach einer kürzeren oder längeren Zeit, in jedem Falle kürzer als die Periode Wc des Sendetaklcs. schaltet ein Impuls, der über die Leitung35 zu den Eingängen H des Schieberegisters 6 gelangt, alle Markierungen an den Ausgängen Q nach rechts. Nach einer sehr kurzen Zeit, die dem Umschalten der ersten Stufe von 6 entspricht, ist eine »1« am Ausgang Q dieser Stufe markiert, über die Leitung34 wird diese »1« zum ersten Eingang der UND-Schaltung 36 übertragen. Es ist hierbei angenommen, daß der zweite Eingang von 36 bereits mit einer »1« markiert ist. Diese UND-Schaltung wird daher geöffnet, und an ihrem Ausgang erscheint die Anstiegsflanke des ersten Antwortimpulses F1: nach einer Verzögerungszeit entsprechend dem gewünschten Impulsabstand, beispielsweise nach 0.45 ;is. wird die Markierung des anderen Einganges der UND-Schaltung aufgehoben: die UND-Schaltung36 ist dadurch gesperrt, und der erste Impuls /-" 1 wurde gebildet.

über die Leitung 35 werden die Sendetaklimpulse über Periode Wc angelegt: Wc ist gleich dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anslicgsflankcn aufeinanderfolgender Impulse der Antwortimpulswege. Am Ende der ersten Periode Wc beispielsweise 1,45 ;js die dem Auftreten der Ansticgsflanke von F1 am Ausgang von 36 folgt, wird die Ausgangsmarkierung der Schieberegisterstufen nach rechts geschaltet. Wenn das zweite Bit der Antwort eine »1« ist. wird der AusgangSl und ein Eingang der UND-Schaltung 36 markiert: der andere Eingang von 36. der mit »1« markiert ist, öffnet die UND-Schaltung, und die Anstiegsflanke des zweiten Impulses tritt am Ausgang von 36 auf.

Sonst verhält sich die Anordnung wie im Zusammenhang mit dem Impuls Fl beschrieben wurde.

Bei jeder nächsten Periode Wc tritt ein genau bemessener Impuls auf, wenn die codierte Antwort an dieser Stelle eine »1« enthält, und die Impulse werden ausgegeben bis zum zweiten Rahmenimpuls F 2.

Dieser Vorgang ist aus der Datenverarbeitung als Parallcl-Scricn-Umsclzung bekannt.

Wenn die Anlwortimpulsfolgc 15 Impulse mit einem Abstand von 1,45 ;*s enthält, dann ist das Schieberegister 6 etwa 22 ;j.s nach dem Auftreten der Anstiegsflankc von F 1 leer.

s Wie nachstehend beschrieben wird, wird danach die Impulsfolge mit der Periode Wc auf der Leitung 35 unterbrochen: gleichzeitig wird durch Umschalten des Flip-Flops 16 der Decoder wieder in den Anfangszustand versetzt.

ίο Die Anordnung nach F i g. 4. die nun beschrieben wird, enthält die wesentlichen Teile der Erfindung.

Die Leitungen 13« und 13'/). die von der Schaltung 1 der F i g. 3 kommen, sind über £13'« und £13'/) mit den Setzeingängen von zwei Flip-Flops 37« bzw. 37/) verbunden. Die Ausgänge 5 von 37« und 37/) sind über die Leitungen 38« bzw. 38/) mit den ersten Eingängen von zwei NOR-Schaltungen 39« bzw. 39/) verbunden.

Die Abzweigungen 38'« und 38'/) der Leitungen 38« und 38/) sind mit den Eingängen einer NAND-Schaltung40 verbunden, deren Ausgang über eine Leitung 41 mit dem Eingang eines Mono-Flops 42 verbunden ist. Das Mono-Flop 42 liefert eine vorgegebene Verzögerung τ. beispielsweise 25 ;xs zwischen

2s der Anstiegsflanke eines Impulses am Eingang und der Anstiegsflanke des Impulses, der später an seinem Ausgang Q auftritt. Die Leitung 19 verbindet den Atisgang Q des Mono-Flops 42 über £19 mit dem Setzeingange, des Flip-Flops 16. F i g. 3.

Die vom Schaltungsleil 1. Fig. 3, kommende Leitung 25 ist über £25 mit dem Setzeingange, eines Flip-Flops 43 verbunden, dessen Ausgang Q mit dem Eingang D eines Schieberegisters 45 verbunden ist. Dieses schnelle Schieberegister hat nur wenig Stufen.

z. B. vier, von denen zwei eine erste Gruppe und die beiden anderen eine zweite Gruppe bilden: jede Stufe hat Ausgänge Q und Q und einen Rücksetzeingang C.

Ein Taktgenerator 46 mit sehr kurzer Periode W«, beispielsweise 80 ns, gibt die Taktsignale dauernd über eine Leitung 47 zu dem Takteingang_/i des schnellen Schieberegisters 45. Der Ausgang Q der ersten Stufe der ersten Gruppe des Schieberegisters 45 ist direkt mit dem Rückselzcingang e„ des Flip-Flops 43 verbunden.

Der Ausgang der NAND-Schaltung40 ist über eine Abzweigung 41' der Leitung 41 mit dem Eingang C der ersten Stufe der zweiten Gruppc_des Schieberegisters 45 verbunden: der Ausgang Q dieser Stufe

so ist über die Leitung 30 mit dem ersten Eingang £30 des Coders in F i g. 3 verbunden. _

über eine Leitung 48 ist der Ausgang Q der letzten Stufe der zweiten Gruppe des Schieberegisters 45 einerseits mit dem Setzeingange, eines Flip-Flops49 und andererseits mit den zweiten Eingängen der NOR-Schaltungen 39« und 39/> verbunden, über die Leitung 48 und die Abzweigung 31 ist der Ausgang Q der letzten Stufe der zweiten Gruppe des Schieberegisters 45 auch mit dem zweiten Eingang £31 des Coders, F i g. 3. verbunden.

Eine Abzweigung 19' der Leitung 19 verbindet der Ausgang des Mono-Flops 42 mit dem Rückstellen! gange,, des Flip-Flops49. Die Ausgänge der NOR Schaltungen 39« und 39/) sind über die Leitungen 32< ^fi5 und 32/) mit den dritten und vierten Eingängen £32< und £32/) des Schaltungsleilcs 11. Fi g. 3. verbunden Schließlich sind noch die Ausgänge der NOR-Schal Hingen 39« und 39/> über die Leitungen 32'« und 32'

509 581/

mit den Rückstelleingängen <■„ der Flip-Hups 371/ und 37b verbunden.

Der ALiSgLiIIg(J des Hip-Hops 49 ist über die Leitung 33 mil dem fünften Eingang £33 des Coders gemäß F i g. 3 verbunden. s

Der Ausgang Q von 49 ist außerdem mit den ("-Hingängen einer Anordnung50 aus bistabilen Stufen verbunden, die im Beispiel aus neun Stufen besteht. 50 arbeitet als synchroner Impulszähler oder als synchroner Frequenzteiler: der Zähler wird mit Impulsen angesteuert, die vom Taktgenerator 46 über die Leitung 47 kommen und auf die /i-Eingänge des Zählers gegeben werden.

Es gibt verschiedene Ausführungsformen von S\nchron-Zählcrn mit Flip-Flops. Beispielsweise wird is angenommen, daß es sich beim Zähler 50 um einen Johnson-Zähler handelt. Bei einem solchen Zähler werden die Ausgänge Q. die sich vor Beginn des Zählvorganges alle in der Stellung»!)" befinden, nacheinander in den »!«-Zustand geschaltet werden, und zwar mit dem Takt mit der Periode (-'ti. die der Taktgenerator46 liefert: beim neunten Impuls sind alle Ausgänge mit einer »I« markiert. Vom zehnten Impuls an werden die Ausgänge β nacheinander wieder in den »((«-Zustand zurückgeschaltet. Beim IS. Impuls sind alle Ausgänge wieder im »(!«-Zustand.

Die Zeit zwischen dem Umschalten der ersten fZ111 fc und der p-tcn Stufe vom »(!«-Zustand in den »!«-Zustand beträgt I/) I) t-hi: entsprechend beträgt _w die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umschalüingen einer Stufe vom »(!«-Zustand in den »!«-Zustand 2r (-ta. wobei r die Anzahl der Stufen des Zählers 50 ist.

Der Ausgang Q der p-icn Stufe (in F i g. 4. /> = 4) ist über eine Leitung 35 mit dem sechsten Eingang E35 des Coders. F i g. 3. verbunden. Die Taklimpulse, die auf der Leitung 35 auftreten, haben die Periode Hc = 2r Ha. wobei (-Jc der Sendetakt für das Schieberegister 6 ist. Mit r = 9 und (-ta = 80 ns ergibt sich (-U- = 1.44 ;jlS.

Die Ausgänge O des Zählers 50. die bei Beginn des Zählens sich alle im »!«-Zustand bclinden. ändern ihren Zustand im entgegengesetzten Sinne zu dem der Ausgänge Q. Der Ausgang Q der «/-ten Stufe schaltet vom »!«-Zustand in den »(!«-Zustand nach dci_Zeit (</ 1) Ha nach dem Umschalten des Ausganges Q der ersten Stufe, d. h. zur Zeit (« p) Ha nach der Umschaltzeit des Ausganges Q der p-icn Stufe.

Um dies auszunutzen, ist der Ausgang Q der «-ten Stufe über eine Leitung 35' mit dem Eingang £35' des Coders dos Schalhmgsteiles II. F i g. 3". verbunden. Durch diese Maßnahme ist die Breite der AnI-wortimpulse begrenzt auf (</ p\ <-) a. Ist beispielsweise « ρ = 5 und Ha = 80 ns. dann ist die Impulsbreite 0.40 us.

Sind breitere Impulse erwünscht, dann verbindet man den Ausgang O der /11-ten Stufe des Zählers 50 über die Leitung 35' mit dem Eingang £35'. Der Ausgang O der /»-ten Stufe schaltet vom »!«-Zustand to in den »?)«-Zustand in einer Zeit_(r 4- m - \)Ha nach dem Umschalten des Ausgangs Q der ersten Stufe, d.h. zur Zeitjr + m - p)(-ia nach der Umschaltzcit des Ausgang Q der p-ten Stufe.

In diesem Fall ist die Breite der Antwortimpulse auf Ir -t- '" - /Ί ^Ha begrenzt.

lsi /. B. r = 9. »ι = I. ρ - 4 und Ha = SO ns. dann ist die Impulsbreite (US ;;s.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 4 wird nun beschrieben.

Wird keine Antwortimpulsfolge ausgesendet, dann belinden sich die Ausgänge ζ) der Flip-Flops 37« und 37/) im »!«-Zustand: über die NAND-Schallung 40 und die Leitungen 41 und 41' gelangt eine »0« an den Dingang C der ersten Stufe der zweiten Gruppe ties schnellen Schieberegisters 45; daher sind die Ausgänge Q der beiden Stufen der zweiten Gruppe im »(!«-Zustand und können sich nicht ändern. Der Ausgang Q des Flip-Flops 49 befindet sich im »(!«-Zustand. Alle Eingänge C des Zählers 50 sind mil »0« markiert, woraus folgt, daß alle Ausgänge Q des Zählers 50 im »(!«-Zustand sind, unabhängig von den Taktimpulsen, die der Taktgenerator46 erzeugt.

Tritt nun ein beliebiger Impuls auf der Leitung 25 auf. dann schallet das Flip-Flop43 um: dessen Ausgangssignal »I« gelangt über die Leitung 44 zum Eingang I) von 45: der nach einer Zeit (-)' vom Taktgenerator 46 abgegebene Taktimpuls, der kürzer oder gleich (-ta ist. löst das Umschalten des Ausganges Q der ersten Stufe der ersten Gruppe 45 aus. Hierdurch schaltet 43 zurück und die Breite des Impulses, der in das Schieberegister 45 gelangt, ist auf (Ία begrenzt. Dieser Impuls, der im folgenden mit Startimpuls bezeichnet wird, könnte durch das' Schieberegister 45 mit der Periode W« weitergeschaltet werden: er wird jedoch gesperrt, da der Eingang C der ersten Stufe der zweiten Gruppe von 45 mit einer »0« markiert ist.

Wird beispielsweise ein Abfrageimpulspaar der Betriebsart α vom Decoder in Fig. 3 erkannt, dann sch.ilU't ein Impuls über den Eingang £13'« den Flip-Flop 37(7 um: über die Leitungen 38«, 38'« und die NAND-Schaltung 40 wird der Pegel »0« am Eingang C der ersten Stufe der zweiten Gruppe abgeschaltet. Somit kann der Startimpuls, der vom zweiten Impuls des erkannten Impulspaares herrührt, durch die Stufen der zweiten Gruppe des Schieberegisters 45 weitcrgesehaltei werden. Wenn der Ausgang Q der ersten Stufe der zweiten Gruppe vom »1 «-Zustand in den »(!«-Zustand umgeschaltet wird, dann gelangt der letztgenannte logische Wert über die Leitungen 30 und den Eingang £30 zum Coder in F i g. 3 und setzt alle Stufen des Schieberegisters6 in den »(!«-Zustand, ausgenommen die beiden ersten Stufen.

Mit dem nächstcji Impuls vom Taktgenerator46 wird der Ausgang Q der letzten Stufe der zweiten Gruppe vom »!«-Zustand in den »(!«-Zustand umgeschaltet. Dieser neue Pegel »0« gelangt über die Leitung 48. um den Flip-Flop 49 umzuschalten, über die Leitungen 48. die Leitung31 und den Eingang £31 gelangt dieser Pegel »0« zum Eingang P der zweiten Stufe des Schieberegisters 6. die in den »1 «-Zustand gebracht wird, über die Leitung 48 wird auch der zweite Eingang der NOR-Schaltung39« mit »0« markiert. Diese Schaltung wird entsperrt, und über die Leitung 32«. die UND-Schaltungen 27«. die NOR-Schaluingen 28 und die Leitungen 29 werden die entsprechenden Eingänge P mit »0« markiert, wodurch die entsprechenden Stufen des Schieberegisters 6 in den »I «-Zustand gelangen. Es w ird daraufhingewiesen, daß die bisher erwähnten Schaltvorgänge sehr schnell verlaufen, etwa innerhalb einer Taktzeit β« des Taktgenerators 46.

Wenn die NOR-Schaltung39« entsperrt wird, setzt ein Impuls über die Leitung 32'« den Ausgang Q des Flip-Flops37« in den »!«-Zustand, über die Leitung38« und die Abzweigung38'« gelangt dieser

l'cgcl »I« /um einen Hingang der NAND-Sehaltiing 40. die gesperrt wird: über die Leitung 41 und die Abzweigung 4Γ gelang! der Pegel»!)« zum Hingang C der ersten Stufe der /weiten Gruppe des schnellen Schieberegisters 45. das hierdurch wieder gesperrt wird.

Nachdem der Ausgang Q des Flip-Flops 49 und die Hingänge C" des Zählers 50 in den »!«-Zustand geschaltet wurden, wird der Zähler cntspcrrt. Gleichzeitig wird über die Heilung 33 und den Hingang £33 eier Eingang C der ersten Stufe des Schieberegisters 6. I ig. 3. mit einer »I" markiert, und diese Stufe wird entsperrt. Hs wird darauf hingewiesen, daß zu diesem Zeitpunkt alle Bits der binären Anlwortimpulsfolge an den Ausgängen Q des Schieberegisters 6 vorhanden sind.

Mil dem nächsten Impuls von Taktgenerator46 wird die erste Stufe des Zählers umgeschaltet (ζ) = »1«), Auf diese Weise ist der Startimpuls während einer Taktzeit des Taktgenerators 46 von der letzten Stufe der zweiten Gruppe des Schieberegisters 45 in die erste Stufe des Zählers 50 gelangt. Dies gilt natürlich nur. wenn die Summe der Schaltzcit lh der letzten Stufe der zweiten Gruppe von 45, der Schaltzeit t' h des Flip-Flops 49 und die Verw eilzeit r c des Zählers 50 im »(!«-Zustand kleiner als Ha ist: da tb und ί h höchstens 25 ns und ic etwa 5 ns sind, kann Hu etwa 60 ns sein. Bei jedem nächsten Taktimpuls vom Taktgenerator 46 wird der Slartimpuls im Zähler50 weilergcschaltet. und wenn der Ausgang () der p-icn Stufe (in H i g. 4) vom »()«- in den »!«-Zustand gelangt, wird ein Impuls über die Leitung 35 und den Hingang £35 zu den Hingängen H des Schieberegisters 6 gegeben, wodurch jedes Bit um eine Stufe nach rechts verschoben wird. Nach der Schaltzcit der ersten Stufe des Schicbergisters 6 wird ihr Ausgang in den »1 «-Zustand umgeschaltet: über die Leitung 34 gelangt dieser Pegel »1« zum ersten Eingang der UND-Schaltung 36. die entspcrrl wird. Die Anstiegsflanke des ersten Impulses Fl der Anlwortimpulsfolge tritt am Ausgang der UND-Schaltung 36 nach einer kurzen Verzögerungszeil auf. die der Laufzeit innerhalb der UND-Schaltung 36 entspricht.

Der Sendetakt jeder Periode Hc — IrHa ist synchron mit dem Takt des Taktgenerator 46 und damit mit dem Taktimpuls.

Die Anstiegsflankcn der Antwortimpulsfolge werden danach über die UND-Schaltung36 mit der Periode Hc ausgegeben.

Eine genügende Zeit, die durch das Mono-Flop 42 bestimmt ist. nach dem Bilden des letzten Impulses der Anlworiimpulsfolgc wird der Flip-Flop42 umgeschaltet: ein Impuls auf der Leitung 19' schaltet das Flip-Flop49 um: alle C-Eingänge des Zählers 50 werden in den »((«-Zustand umgeschaltet, und der Teiler 50 wird gesperrt, über die Leitung 19 und den Eingang £19 gibt das Mono-Flop42 einen Impuls zum Selzeingang c, des Flip-Flops 16 in F i g. 3. das umschaltet, über die Leitung 19' gelangt dieser Impuls zum Rückstellcingang ?„ des Flip-FIops49. dessen Ausgang Q in den »(!«-Zustand gelangt. Daher wird der Zähler50 und die erste Stufe des Schieberegisters 6 gesperrt. Damit sind die Schaltkreise I. F i g. 3. einschließlich des Schieberegisters6. wieder bereit, als Decoder zu arbeiten. Es ist von Interesse, die Verzögerungszeiten zu betrachten, die von den Schaltkreisen 43. 45. 50 (der F i g. 4) und 6 und 36 (der F i u. 3) herrühren. Diese Zeit ist nämlich die in der Einleitung erwähnte Zeit 7 1 des Transponders im Videofrequen/leil, d. h. die Zeit, die zwischen dem Auftreten der Anstiegsflankc des ersten Antwortimpulses am Ausgang 36 und dem Auftreten der Anstiegsflanke des zweiten Abfrageimpulses des Abfrageimpulspaares am Eingang 1 vergeht. Mit den bereits verwendeten Bezeichnungen ergibt sich diese Verzögerung zu

_|0 7 1 =■- {k - 1 F p) Hu f lh" + lh'" + ι ρ + .χ Hu .

worin lh" die Schaltzeit des Flip-Flops 43 ist: lh'" die Schaltzcit der ersten Stufe von 6: ι ρ die Laufzeit in der UND-Schaltung36; .v ein Faktor zwischen 0 und I ist.

Die Zeit 7" 1 = (k - 1 + p) Hu ist der quanlisierte Teil der internen Verzögerung 7 I.

Die Zeil 7 " I = lh" + lh'" + ip + χHu ist der instabile Teil der internen Verzögerung 7 1.

Verwendet man sogenannte »TTL«-Schaltungen (Transistorlogik), dann sind die Maximalwerte von 7"I:

(/; -■ lh" = 15 ns,
//>'" = 25 ns.

Mit Hu — 80ns ergibt sich der Maximalwert von I " 1 zu 135 ns (±70 ns).

Dies sind die tatsächlichen Grenzwerte, und bei ausgeführten Geräten ist die Instabilität der digitalen Schaltkreise wesentlich geringer. Auf Grund von Erfahrungswerten für die Instabilität 17 1 bezüglich 7 " 1 ist es zulässig, den maximalen Laufzeiten lh". lh'" und //) einen Faktor von etwa 0.2 zuzuordnen. Unter diesen Umständen wird die Langzcitinsiabiliiäi \T \ gleich 90ns (±45nsl. Eine solche Instabilität ist vergleichsweise gleich der Unstabilität eines einzelnen Mono-Flops, das als Verzögerungsglied in bekannten Transpondcrn verwendet wird.

Da χ ein beliebiger Wert zwischen 0 und I ist. ist der »jitter«, der sich durch die Quantisierung ergibt, gleich .,", im Beispiel 40 ns.

Die quantisierte Verzögerung? ' 1 = {k — 1 +p)Ht, kann eingestellt werden, indem man die Werte von k und ρ verändert. Es ist schwierig, k auf einen Wert kleiner als vier z.u verkleinern, da einerseits die aufeinanderfolgenden Decodiervorgängc und die übertragung des Antwortcodes in das Schieberegister 6 /wischen dem Auftreten des zweiten Abfrageimpulses am Eingang c, des Flip-Flops 43 und dem Umschalten des Flip-Flops 49 in den Zustand »I« erfolgen müssen, lsi eine kurze Verzögerung 7'1 erforderlich, dann wird der Ausgang Q des Zähiers 50. der zuerst vom »{)«- in den »!«-Zustand umgeschaltet wird, zum Anschluß an die Eingänge H des Schieberegisters 6 ausgewählt. Ist eine längere Verzögerung erforderlich, dann kann der Ausgang Q gewählt werden, der als zweiter, dritter . . . r-ter Ausgang umschaltet. Beim letztgenannten Fall beträgt der Wert der internen Verzögerung (A: — 1 + r) Hu.

Für nochjängere Verzögerungszeiten wählt man die Ausgänge ρ. Der erste wird von »0« nach »1« in der Zeit rHu nach dem zugeordneten Ausgang Q umgeschaltet und ergibt eine Verzögerung von (A: - I + r)Hu und der p-te Ausgang § ergibt eine

Verzögerung von (A - I + r + />) Hu."

Es ist möglich, den Wert der internen Verzögerung um geradzahlige Faktoren der Periode Hc = JrHu zu erhöhen, indem man eine. zwei, drei zusätzliche

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Stufen zwischen der ersten und der zweiten Stufe des Schieberegisters 6 vorsieht: die Eingänge C der zusätzlichen Stufen müssen dabei mit dem Eingang C der ersten Stufe verbunden werden, und die Anschaltung der anderen Stufen bleibt unverändert.

Wie gezeigt wurde, ist es mit den angegebenen Mitteln möglich, für den quantisierten Teil 7 Ί der internen Verzögerung jeden beliebigen Wert, der ein Vielfaches von Ha ist, beginnend mit k (-Ju zu wählen.

Wenn der Abstand zwischen den Anstiegsflanken von zwei aufeinanderfolgenden Antwortimpulsen ein ganzzahliges Vielfaches der Breite dieser Impulse ist. ist es möglich, die Instabilität der internen Verzögerung zu reduzieren, indem man die UND-Schaltung36. Fig. 1, wegläßt und die Antwortimpulse, die vom Ausgang ρ der ersten Stufe des Schieberegisters 6 kommen, direkt ausgibt. Ein solcher Fall ist gegeben bei Transpondern. die in der Luftverkehrsüberwaehung verwendet werden, bei denen es genügt, wenn man die zusätzlichen Toleranzen für die Impulsbreite (0.45 ± 0.1 7.S) berücksichtigt und diese Breiteso wählt, daß sie ein Drittel des Abstandes ist, der gleich 1.45 ± 0.1 .ms ist.

Die Fig. 6. in der nur die notwendigen Schaltkreise 2s gezeigt sind und bei der wieder die gleichen Bczugszeichen. die in den F-' i g. 3 und 4 verwendet sind, zeigt eine Anordnung, bei der der Abstand der Antwortimpulse dreimal größer als die Impulsbreite ist (0.48 bzw. 1,45 7.S). "

Der synchrone Teiler 50. der immer als Block dargestellt ist, teilt in diesem Falle die Frequenz des Taktgenerators 46 durch sechs: die Periode Wc des Sendetaktes des Schieberegisters 6 ist dann gleich 6 Ha.

Im Schieberegister 6 sind die Stufen, beginnend mit der zweiten, in Dreiergruppen zusammengefaßt, und nur der Eingang P der ersten Stufe jeder Gruppe ist über die Leitung 29 mit der NOR-Schaltung 28 der Codiermatrix verbunden. Aus diesem Grunde ist jeweils nur eine von drei Stufen mit einer »1« markiert, wenn in der Antwortimpulsfolge eine »I« vorgesehen ist.

Wie oben im Zusammenhang mit den F i g. 3 und 4 beschrieben wurde, wird das sich beim übergang von »0« nach »1« am Ausgang Q des Zählers 50 ergebende Signal auf die Leitung35 gegeben und schaltet die im Schieberegister6 enthaltende Information nach rechts. Die Anstiegsflanke des Impulses/ 1 der Antwortimpulsfolge tritt auf der Leitung 34 auf. Beim zweiten Impuls mit der Periode Hc = 6 Hu werden alle Zustände wei'er nach rechts geschaltet, und der Ausgang Q der ersten Stufe des Schieberegisters 6 wird in den »(!«-Zustand zurückgeschaltet. Der erste Impuls /·" 1 wurde damit gebildet und in seiner Länge genau bemessen. Die folgenden Impulse treten auf der Leitung 34 nacheinander auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Transponder, insbesondere für Sekundärradarsysteme oder Freund-Feind-Erkennungssysterne, mit einer Empfangseinrichtung mit einem Decoder, der dann ein Signal abgibt, wenn mindestens eine von mehreren Arten von Abfrageimpulspaaren erkannt wird, und mit einer Sendeeinrichtung mit einem Coder zur Erzeugung eines Antwortimpulspaares und einer zwischen den beiden Antwortimpulsen liegenden, von der Art der Abfrageimpulspaare abhangigen binärcodierten Impulsfolge, bei dem die Decodierung und die Codierung mit einem einzigen Schieberegister erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine quantisierte Verzögerungsleitung (45) vorgesehen ist. die mit einem wesentlich schnelleren Takt (Wat als dem Sendeiaki/^d betrieben wird, und daß jeder empfangene Impuls auf die VerzögerungsleiUing gelangt und die Verzögerungsleitung so gesteuert wird, daß der Impuls nur dünn vollständig durchlaufen kann, wenn ein Erkannlsignal vom Decoder(1) vorliegt, und daß dieser Impuls den von dem schnellen Takt abgeleiteten Sendetakt einschaltet.

2. Transponder nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die quantisierte Verzögerungsleitung ein schnelles Schieberegister ist.

3. Transponder nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Schieberegisters ein Flip-Flop (43) vorgeschaltet ist. das aus den Videoimpulsen Impulse mit einer dem schnellen Takt (Wi/) entsprechenden maximalen Breite bildet.

4. Transponder nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß das schnelle Schieberegister (45) vier Stufen aufweist und daß das Erkanntsignal auf die dritte Stufe einwirkt.

40 Radargeräte. Bei gleichzeitiger Verwendung eines normalen Radargerätes und eines Sekundärradarsystemes mit einem Transponder ergeben sich verschiedene Möglichkeiten zur Auswertung der beiden Echos, beispielsweise die überlagerung ihrer Bilder an einem einzigen Anzeigegerät.

Bei einem Radargerät ist die Entfernung zwischen