DE2124222B2 - Korrelator - Google Patents

Description

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Gegenstand der Pateritanmeldung P 15 49 603.4-53 ist ein Korrelator, insbesondere ein realzeitlich arbeitender Korrelator, mit zwei Eingängen für zwei analoge Spannungen Y(t) und X(t), die zwei willkürlichen physikalischen Größen entsprechen^ der im wesentlichen aus einer Wandlereinheit zur Umwandlung der Spannung Y(t) in breitenmodulierte Impulse Y(t), Aus der USA.-Patentschrift 2 643 819 ist ein Korrelator bekannt, mittels dessen aufeinanderfolgende Stichprobenpaare der beiden Funktionen verarbeitet werden, wobei die Stichproben jedes Paares zeitlich um den Betrag τ verschoben sind. Die als Impulse vorliegenden Stichproben werden in Rechteckimpulse mit einer Länge entsprechend dem Abstand zwischen zwei Stichproben-Impulsen umgewandelt. Danach werden die um τ verzögerten Rechteckimpulse der einen Funktion in breitenmodulierte Impulse umgewandelt und paarweise mit den nicht verzögerten Rechteckimpulsen multipliziert, wonach die so entstandenen amplitudenmodulierten Impulse integriert werden. Da bei diesem Korrelator jeweils immer nur die beiden Stichproben eines Paares verarbeitet werden, ist seine Punktzahl relativ niedrig.

In der Arbeitsweise des Korrelators nach dem Hauptpatent liegt hinsichtlich der Behandlung der analogen Eingangsfunktionen Y(t) und X(t) ein Kompromiß vor, weil die Größe Y in eine numerische Funktion umgewandelt und die Größe X dagegen als analoge Funktion beibehalten wird. Bei dieser Art der Bestimmung der Korrelation entspricht die gemessene Korrelationsfunktion nicht genau der wirk-Korrelationsfunktion, was sich durch die

einer Einheit zur Verzögerung der Impulse Y(t) und η Umschaltern mit zwei Signaleingängen zur Multipli- 55 liehen

kation der verzögerten und nicht verzögerten Impulse nachfolgende Ableitung zeigen läßt:

besteht, wobei die Einheit zur Verzögerung als Schiebe- Wenn mit h(t) die Impulse mit der Frequenz Fr für

register ausgebildet ist, das den Impulsen n-1 verschie- die Weiterschaltung des Schieberegisters bezeichnet dene, einer arithmetischen Reihe entsprechende Ver- werden, läßt sich die zu bestimmende Korrelationszögerungen erteilt und an seinem Ausgang Impulse 60 funktion Cm(r) durch folgende Beziehung darstellen:

in einer Breite md₀ als ganzes Vielfaches m des Kehr- __

wertes d₀ = 1IFr der Überführungsfrequenz Fr des Registers abgibt.

Bei dem Korrektor nach dem Hauptpatent, der durch die britische Patentschrift 1187 491 vorbeschrieben ist, werden von einer einzigen Stichprobe einer der beiden Funktionen n-1 verzögerte Stichprobenwerte gebildet und die η Stichproben, nämlich Cm (τ) = 11 F(011 τ · X(t) = [Y(t) τ ■ X(t)] * h (t) Hierin bedeuten:

11 F(O 11 die Folge der breitenmodulierten Impule,

11 F(O υ τ die um den Wert τ verzögerte Funktion I

Der waagerechte Strich bezeichnet den zeitlichen Mittelwert, und der Stern gibt das Produkt der Konvolution an.

Die wirkliche Korrelationsfunktion C(t) ist somit:

C(t) = F(O τ · X(t)

Daraus folgt:

= C(t)* h(t)

Aus der vorgenannten Gleichung ergibt sich, daß die gemessene Korrelationsfunktion der einer Filterung unterworfenen wirklichen Korrelationsfunktion entspricht. Wenn dieser Filtereffekt, der die höheren Frequenzen des Spektrums abschwächt, auch in bestimmten Fällen vorteilhaft sein kann, so ist es generell erwünscht, diesen Effekt ausschalten zu können. Demzufolge besteht die Aufgabe der Erfindung in einer solchen Weiterbildung des Korrektors nach dem Hauptpatent, daß der Filtereffekt vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Korrelator nach Patentanmeldung P 15 49 603.4-53 gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Eingang Ex für die analoge Spannung X(t) ein Abtastschalter mit Haltefunktion angeschlossen ist, der durch die Impulse eines das Schieberegister steuernden Zeitgebers betätigt und dessen Abtastfrequenz mit der Überführungsfrequenz Fr des Schieberegisters übereinstimmt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht der Abtastschalter aus einem Oberflächen-Feldeffekt-Transistor, dessen Katode mit dem Eingang Ex und dessen Gitter mit dem Zeitgeber verbunden ist, und aus einem mit der Anode des Transistors und Masse verbundenen Kondensator.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Ausgang des Abtastschalters und den Signaleingängen der η Umschalter ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz angeordnet.

Wenn man mit 11 X(t) \ | die in Proben zerlegte Funktion X(t) bezeichnet, ergibt sich unter den vorgenannten Bedingungen für die zu messende Korrelationsfunktion Cm 1(t).

	Cm 1 (τ)	mit:	= Il F(OH τ-	IW)II
oder	H F(OH τ- p
	somit:	'(0H = Fro·	T-X(O-.
und

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d. h., daß die gemessene Korrelationsfunktion genau der wirklichen Korrelationsfunktion entspricht.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes eines Korrektors näher erläutert.

Der Korrelator entspricht im wesentlichen dem Korrelator nach dem Hauptpatent mit dem Unterschied, daß am Eingang für die analoge Spannung X(O ein Abtastschalter angeschlossen ist, der durch die Signale mit der Frequenz Fr zur Steuerung des Schieberegisters synchronisiert wird. Im einzelnen enthält der Korrelator:

1. Eine Wandlereinheit 1 zur Umwandlung der an den Eingang Ey angelegten ersten Spannung F(O

in breitenmodulierte Impulse. Die Wandlereinheit 1 empfängt von einem Frequenzteiler 20, der an einen Zeitschalter 21 zur Lieferung von Impulsen mit der Frequenz Fr angeschlossen ist, ίο Rechteckimpulse mit der Periode Te und der

Zeitdauer ■—.

2. Ein Schieberegister 2, von dem die erste der n-1-Stufen an ihrem Eingang mit dem Ausgang der Wandlereinheit 1 verbunden ist. Die von dem Zeitschalter 21 gelieferten Impulse mit der Frequenz Fr sind parallel an jede der «-1-Stufen für die Weitergabe der in ihnen enthaltenen Informationen angelegt.

3. Einen Abtastschalter, der einerseits aus einem Oberflächen-Feldeffekt-Transistor 22 in κ-Kanal-Schaltung und andererseits aus einem Kondensator 24 besteht. Der Transistor 22 ist mit seiner Katode oder Quelle mit dem Eingang Ex für die Spannung X(t) und mit seinem Gitter oder Tor mit dem Zeitgeber 21 für den Empfang der Signale mit der Frequenz Fr über eine Diode 23 verbunden. Der Kondensator 24 liegt zwischen Masse und der Anode oder Senke des Transistors

22. An den Abtastschalter ist ein Operationsverstärker 25 mit hoher Eingangsimpedanz angeschlossen, so daß der Kondensator 24 sich über diesen Verstärker nicht entladen kann.

4. η Umschalter 6 mit zwei Signaleingängen la und Ib, von denen der erste direkt und der zweite über eine Umkehrvorrichtung 17 an den Operationsverstärker 25 angeschlossen ist, und einem Steuereingang 8. Der Steuereingang 8 des ersten Umschalters — in bezug auf die Darstellung in der Zeichnung von links gesehen — ist mit dem Ausgang der Wandlereinheit 1 verbunden und empfängt von dieser die nicht verzögerten Impulse Y(t), während die Steuereingänge 8 der anderen Umschalter mit den n-\ Ausgängen des Schieberegisters 2 verbunden sind und von diesen die verzögerten Impulse

F(i —i/₀) bis Y[t — (« — i)d₀]

erhalten.

Die Umschalter 6 besitzen ferner je einen Ausgang 9 zur Übertragung der an die Eingänge la und Ib angelegten Spannungen entsprechend der Beaufschlagung des zugehörigen Steuereingangs 8.

5. η Tiefpässe 10, von denen jeder an einen Ausgang9 eines Umschalters 6 angeschlossen ist. Die Tiefpässe 10 bestehen aus einem Reihenwiderstand 10α und einem Parellkondensator Vdb.

6. Ein elektronisches Umschaltorgan 12, z. B. mit Feldeffekt, dessen η Eingänge jeweils mit dem Ausgang 14 eines Tiefpasses 10 verbunden sind.

7. Eine Anzeigeeinheit 11, und zwar entweder ein Oszillograph oder ein Registriergerät, die mit dem Ausgang 15 des elektronischen Umschaltorgans 12 verbunden ist.

Der Korrelator der vorliegenden Erfindung stimmt in seiner Funktion mit dem Korrelator nach dem Hauptpatent überein mit dem einzigen Unterschied, daß die

Eingänge la und Ib jedes Umschalters 6 die Spannung X(t) nicht in analoger Form, sondern in Abhängigkeit von der Funktion des Abtastschalters in Form von Proben mit der Frequenz Fr erhalten. Der Transistor (MOSFET) 22 ist für die am Eingang Ex angelegte Spannung X(t) während der kurzen Momente der Synchronisierung mit dem Zeitgeber 21 leitend. Der Kondensator 24 lädt sich jedesmal in diesem Moment auf den Wert von X(t) auf und behält diesen Wert, bis der Transistor 22 erneut leitend ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Korrelator, insbesondere realzeitlich arbeitender Korrelator, mit zwei Eingängen für zwei analoge Spannungen F(O und X(t), die zwei willkürlichen physikalischen Größen entsprechen, der im wesentlichen aus einer Wandlereinheit zur Umwandlung der Spannung F(O in breitenmodulierte Impulse fit), einer Einheit zur Verzögerung der Impulse γ(ϊ) to und η Umschaltern mit zwei Signaleingängen zur Multiplikation der verzögerten und nicht verzögerten Impulse besteht, wobei die Einheit zur Verzögerung als Schieberegister ausgebildet ist, das den Impulsen n-1 verschiedene, einer arithmetischen Reihe entsprechende Verzögerungen erteilt und an^: seinem Ausgang Impulse in einer Breite md_Q als ganzes Vielfaches m des Kehrwertes d₀ = IjFr der Überführungsfrequenz Fr des Registers abgibt, nach Patentanmeldung P 15 49 603.4-53, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang (Ex) für die analoge Spannung (X[t]) ein Abtastschalter (22, 24) mit Haltefunktion angeschlossen ist, der durch die Impulse eines das Schieberegister (2) steuernden Zeitgebers (21) betätigt wird und dessen Abtastfrequenz mit der Überführungsfrequenz (Fr) des Schieberegisters (2) übereinstimmt. . ^:

2. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastschalter (22, 24) aus einem Oberflächen-Feldeffekt-Transistor (22), dessen Katode mit dem Eingang (Ex) und dessen Gitter mit dem Zeitgeber (21) verbunden ist, und einem mit der Anode des Transistors (22) und Masse verbundenen Kondensator (24) besteht.

3. Korrelator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Abtastschalters (22, 24) und den Signaleingängen (la, Tb) der η Umschalter (6) ein Verstärker (25) mit hoher Eingangsimpedanz angeordnet ist.

die Stichprobe vor der Verzögerung, und die n-1 verzögerten Stichprobenwerte, mit der anderen Funktion in einer entsprechenden Anzahl von Gliedern gleichzeitig multipliziert und integriert. Einen derartigen Korrelator nennt man auch Vielpunktkorrelator. Bei der Bestimmung der Korrelation zwischen zwei willkürlichen, analogen physikalischen Größen F und X mit Hilfe des Korrelators nach der Hauptpatentanmeldung werden im wesentlichen folgende Behandlungen ausgeführt:

a) die zu verzögernde willkürliche Größe Y wird in pulsbreitenmodulierte Stichproben umgewandelt,

b) von jeder Stichprobe werden n-1 verzögerte Stichproben gebildet, die der Größe Y in den Zeitpunkten t-d₀, t-2d₀ bis t-(n-l)d₀ entsprechen,

c) die aufeinanderfolgenden Werte der anderen willkürlichen Größe X werden parallel mit der Folge von Stichproben, die die Größe Y im Zeitpunkt t und n-1 verzögerte Stichprobenfolgen darstellen, multipliziert, indem die bereits breitenmodulierten Impulse in der Amplitude moduliert werden,

d) danach werden parallel die Mittelwerte der Oberflächen der doppelt modulierten Impulse einer jeden Folge bestimmt und

e) schließlich werden die Mittelwerte angezeigt.