DE2205306A1 - Digitaler Phasendetektor - Google Patents

Digitaler Phasendetektor

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DE2205306A1
DE2205306A1 DE19722205306 DE2205306A DE2205306A1 DE 2205306 A1 DE2205306 A1 DE 2205306A1 DE 19722205306 DE19722205306 DE 19722205306 DE 2205306 A DE2205306 A DE 2205306A DE 2205306 A1 DE2205306 A1 DE 2205306A1
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analog signal
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • GPHYSICS
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    • GPHYSICS
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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Description

PATENTANWÄLTE Manchen: Frankfurt/M.: Dipl.-Chem. Dr. D.Thomsen Dipl.- Ing. W. Welnktuff Dipl.-Ing. H. Tledtke (Fuchthohl 71)
Dipl.-Chem. G. Bühling Dlpl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers
8000 München 2
Kaiser-Ludwig-Platze 4. Februar 1972
Mitsuo Hikosaka Chikushi-gun, Japan
Digitaler Phasendetektor
Die Erfindung bezieht sich auf digitale Phasendetektoren und insbesondere auf eine Einrichtung zum Umwandeln eines analogen Signals mit unbekannter Phase in eine binärcodierte digitale Form.
In dem gewöhnlichen Radarempfangssystem wird die Ermittlung von digitalen Videosignalen durchgeführt, indem das von den empfangenen Videorücklaufsignalen abgeleitete Zwischenfrequenzsignal verstärkt und dann ermittelt (festgestellt) wird, und danach die resultierenden analogen Signale bei Videofrequenz in die digitalen Videosignale unter Verwendung eines Analog-
Digital-Konverters umgewandelt werden. Dieses Detektorverfah-
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MOfufllch« AbKdM, iMbMMKtor· Aired T#Won, beiOrfon »chrlrtlldwr BMtüloung PotUcrwck (München) KIo. 11W 74 Dftedntf Bank (MQnarwn) Kto. ISM 70·
ren ist jedoch nicht zufriedenstellend - teilweise wegen der häufigen Ermittlung falscher Zielinformation infolge von Rauschen und teilweise wegen unvermeidbarer Bereichsfehler, die bei der Analog-Digital-Umwandlung eingeführt werden. Bei dem konventionellen MTI-Radarsystem (Radaranzeige mit Pestzeichenunterdrückung) wird ferner das Zwischenfrequenzsignal in einem Phasendetektor mit einem Bezugssignal von einem · Coho-Oszillator (Kohärenzoszillator) verglichen, und das resultierende analoge Videosignal mit einer Amplitude, die durch die Phasendifferenz zwischen den zuvor genannten Signalen bestimmt ist, wird um eine feste Zeitperiode verzögert, die gleicher einer Impulswiederholungsperiode des Radarsystems ist. Dann wird das verzögerte analoge Signal mit dem unverzögerten analogen Signal verglichen, um die Identität des empfangenen Signals von einem sich bewegenden Ziel herzustellen, wenn die Differenz nicht Null iet. Bei der Unterscheidung zwischen den empfangenen Signalen von wahren sich bewegenden Zielen und von falschen Ziele infolge der kombinierten Wirkungen von Interferenzwellen, Industriestörungen, sich frei änderndem Seecho usw. traten jedoch Schwierigkeiten auf.
Erfindungsgemäß wird ein unbekanntes analoges Signal in einer Anzahl von Phasendetektoren mit der gleichen Anzahl von Bezugssignalen verglichen, die durch vorbestimmte Größen gegeneinander außer Phase sied. Die Ausgangssignale der Phasendetektoren werden ihnen zugeordneten Gruppen von Schwellendetektoren zum Vergleich mit unterschiedlichen vorbestimmten Bezugspegeln zugeführt. Die Ausgangssignale der Schwellendetektoren werden dann von einer logischen Schaltungsanordnung
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zur Erzeugung eines binärcodierten digitalen Signals verarbeitet, das die Phase des analogen Signals repräsentiert. Wird der erfindungsgemäße Detektor in einem Radarsystem verwendet, werden die empfangenen Signale auf Radiofrequenz oder Zwischenfrequenz ohne Umwandlung in analoge Videosignale unmittelbar in digitale Videosignale umgewandelt. Ferner wird bei dem MTI-System, bei dem der erfindungsgemäße Detektor angewendet wird, der Vergleich der verzögerten und unverzögerten Signale auf der Basis des binärcodierten digitalen Signals durchgeführt, wodurch die zuvor erwähnten Nachteile beseitigt werden, die bei dem konventionellen MTI-Systern auftreten.
Mit der Erfindung wird somit eine neue und verbesserte Einrichtung zum Umwandeln eines analogen Signals unbekannter Phase in eine binärcodierte digitale Form geschaffen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer vorzugsweise
gewählten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Detektors;
Fig. 2a und b zeigen grafische Darstellungen von verstärkten AufgangsSignalen der in dem Detektor nach Fig. 1. verwendeten Phasendetektorenj
Fig. 3 zeigt eine Tabelle der logischen Ausgangssignale der in dem Detektor nach Fig. 1 vorgesehenen Schwe llende tekt oren; 209835/0785
Fig. *l zeigt eine logische Schaltungsanordnung zur Ermittlung einer Phaseninformation von den logischen Ausgangssignalen der Schwellendetektoren;
Fig. 5 zeigt eine Codierungsschaltung zum Umwandeln der Phaseninformation in eine binärcodierte oktale Form;
Fig. 6 zeigt eine Tabelle der binärcodierten Oktalzahl über jeweils h5° der Phasendifferenz in einem Bereich von O bis 3βΟ°;
Fig. 7 .zeigt ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors;
Fig. 8 zeigt in ähnlicher Weise wie Fig. 2a und 2b die Ausgangskennwerte der drei Phasendetektoren nach Fig. 7;
Fig. 9 zeigt ähnlich Fig. 3 in einer Tabelle die Ausgangssignale der Schwellendetektoren in der Ausführungsform nach Fig. 7;
Fig. 10 zeigt ein ODER-Tor zur Bestimmung des Vorlie- £ens der empfangenen analogen Signale in Abhängigkeit von den bestimmten Ausgangssignalen der Schwellendetektoren; und · 209835/0785
Pig. 11 zeigt ein Blockdiagramm eines MTI-Radarsystems
mit dem erfindungsgemäßen Detektor.
Fig. 1 zeigt eine Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Detektors. Wie zuvor angegeben wurde, wird die Erfindung zur Erläuterung in Verbindung mit einem Radarsystem beschrieben, obwohl sie auch in anderen Anwendungsfällen verwendet werden kann, bei denen es erforderlich ist, ein analoges Signal mit unbekannter Phase in eine digitale Form umzuwandeln.
Gemäß Darstellung besitzt der erfindungsgemäße Detektor zwei Phasendetektoren 10 und 11 konventioneller Art mit identischen Äusgangskennwerten. Ein Eingang jedes Phasendetektors 10, 11 ist zusammen an eine Quelle 12 zur Aufnahme eines analogen Signals mit unbekannter Phase angeschlossen. Der andere Eingang des Phasendetektors 10 ist unmittelbar mit einer Bezugssignalquelle 13 verbunden, während der andere Eingang des Phasendetektors 11 über einen Phasenschieber 14 mit der Bezugssignalquelle 13 verbunden ist. Bei der Anwendung in einem Radarsystem können die Quellen 12 und 13 ein Zwischenfrequenzverstärker bzw. ein Coho-Oszillator sein. Der Phasenschieber 14 ist ein konventioneller Phasenschieber, der in der dargestel-lten Ausführungsform eine Phasenverschiebung von 90° herbeiführen kann. Die Ausgangssignale der Phasendetektoren 10, 11 werden den Verstärkern 15*bzw. 16 zur Verstärkung zugeführt. Die Verstärker 15 und 16 sind vorzugsweise Präzisionsverstärker, die als Trennverstärker arbeiten. Die Verstärker 15 und 16 können jedoch je nach dem Anwendungsfall weggelassen werden.
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In der zuvor beschriebenen Schaltung haben die Verstärker 15 und 16 allgemein dreieckige Ausgangscharakteristiken gegenüber der sich ändernden Phasendifferenz zwischen dem analogen Signal und dem Bezugssignal, wie dies in Fig. 2a bzw. 2b gezeigt ist. Aus den gezeigten Kennwertkurven ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 16 wegen der Verwendung des Phasenschiebers 14 um 90° außer Phase gegenüber dem Ausgangssignal des Verstärkers 15 ist.
Der erfindungsgemäße Detektor besitzt ebenfalls zwei Gruppen Schwellendetektoren 17 bis 22, von denen jeder logische Ausgangssignale erzeugen-kann, die die Polarität eines Spannungsdurchbruchs anzeigen, der zwischen einem Eingangssignal und einem bestimmten Bezugspegel gegenüber Massepotential auftritt. Zum Empfangen des Eingangssignals ist jeder der ersten Gruppe der Schwellendetektoren 17, 18 und 19 mit seinem einen Eingang mit dem Verstärker 15 verbunden, und andererseits ist jeder Schwellendetektor der zweiten Gruppe Schwellendetektoren 20, 21 und 22 mit seinem einen Eingang mit dem Verstärker 16 verbunden. Die einzelnen Bezugspegel oder -spannungen werden von einer Schwellenpegelsteuereinheit 23 geliefert, die eine Potentiometereinheit sein kann, die zur Lieferung von drei verschiedenen Spannungen manuell oder automatisch eingestellt werden kann. Die Schwellenpegelsteuereinheit 23 hat drei Ausgänge, d. h., Ausgänge für hohe, mittlere und niedrige Bezugsspannung; der Ausgang für hohe Bezugsspannung ist mit den anderen Eingängen der Schwellendetektoren 17 und 20 verbunden, der Auegang für mittlere Bezugsspannung ist mit den Schwellendetektoren Ib und
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21 verbunden und der Ausgang für niedrige Bezugsspannung ist mit den Schwellendetektoren 19 und 22 verbunden. Dabei ist die Schwellenpegelsteuereinheit 23 genau derart eingestellt, daß sie die drei verschiedenen Bezugsspannungen für die Ausgangssignale der Verstärker 15 und 16 gemäß Darstellung in Fig. 2a und 2b liefert. Somit vergleichen die Schwellendetektoren 17 und 20 die hohe vorbestimmte Bezugsspannung mit ihren jeweiligen Eingangssignalen und liefern logische Ausgangssignale TDl und TD4; die Schwellendetektoren 18 und 21 vergleichen die mittlere vorbestimmte Bezugsspannung mit ihren jeweiligen EingangsSignalen und erzeugen logische Ausgangssignale TD2 und TD5; und die Schwellendetektoren 19 und 22 vergleichen die niedrige vorbestimmte Bezugsspannung mit ihren jeweiligen Eingangssignalen und erzeugen logische Ausgangssignale TD3 und TD6. Das logische Ausgangssignal TDl und TD4 befindet sich im wahren (1-) Zustand, wenn die Eingangssignale der zugehörigen Schwellendetektoren 17 und 20 größer als die hohe vorbestimmte Bezugsspannung sind, und im falschen (0-) Zustand, wenn die Eingangssignale kleiner als die Bezugsspannung sind. In gleicher Weise befinden sich die Ausgangssignale TD2 und TD5 im wahren Zustand, wenn die Eingangssignale der zugehörigen Schwellendetektoren 18 und 21 über der mittleren Bezugsspannung liegen, und im fal-
sehen Zustand, wenn die Eingangssignale unter der Bezugsspannung liegen, und die Ausgangssignale TD3 und TD6 befinden sich im wahren Zustand, wenn die Eingangssignale der Schwellendetektoren 19 und 22 über der niedrigen Bezugsspannung liegen, und im falschen Zustand, wenn die Eingangssignale unter der Besugsspamnung liegen. Die von den sechs Schwellendetektoren 17 bis 22
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erhältlichen logischen Ausgangssignale sind entsprechend für jeweils 15° Phasendifferenz zwischen dem analogen Signal und dem Bezugssignal in der Tabelle nach Fig, 3 gezeigt. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei dieser Ausfuhrungsform die unbekannte Phase eines analogen Signals als Kombination von sechs logischen Signalen ermittelt wird.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 sind an die Ausgänge der Suhwellendetektoren 17 bis 22 sechs NICHT-Tore 2k bis 29 angeschlossen, die die Ausgangssignale der zugehörigen öchwellenüetektoren umkehren und umgekehrte Ausgangssignale TDl, TOT, T&3, TBT, Tl)^ und WE erzeugen.
Fig. *J zeigt eine Anordnung zur Ermittlung der Phaseninformation aus den logischen Ausgangssignalen, die von der Schaltung nach Fig. 1 geliefert werden. Gemäß Darstellung sind acht UND-Tore 30 bis 37 vorgesehen, die jeweils drei Eingänge haben, die mit den bestimmten Ausgängen der Schwellendetektoren und der NICHT-Tore verbunden sind. Insbesondere sind die drei Eingänge des UND-Tors 30 mit dem NICHT-Tor 24 und den Schwellendetektoren 18 und 20 verbunden, damit sie von diesen Elementen logische Ausgangssignale TDi, TD2 und TD'4 empfangen. Ist A(=Tp.l»TD2»TD4) = 1, nimmt der Ausgang des UND-Tors 30 den wahren (1-) Zustand an, der die Ermittlung des analogen Signals anzeigt, das eine Phasendifferenz von 0 bis *I5° gegenüber dem Bezugssignal hat. Die logischen Zustände für die übrigen sieben UND-Tore folgen entsprechend jeweils J!5° Phasendifferenz von iJ5° bis 360°.
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UND-Tor 31 B = TD1»TM.TD5;
UND-Tor 32 C = TD1.Td3"»TD6 j
UND-Tor 33 D = TOT·TD2 »TEE;
UND-Tor 34 E = TÜ2".TD3*TdT;
UND-Tor 35 P = TU5.Td3"*TD6;
UND-Tor 36 G = Td3.tW»TD5; und
UND-Tor 37 H =
In Fig. 4 ist ebenfalls ein ODER-Tor 38 gezeigt, dessen acht Eingänge mit den entsprechenden Ausgängen der UND-Tore 30 bis 37 verbunden sind. Die Punktion des ODER-Tors 38 besteht darin, ein wahres Ausgangssignal Ö«DET zu liefern, wenn sich einer der Ausgänge der UND-Tore 30 bis 37 im wahren Zustand befindet, wodurch das Vorhandensein eines analogen Signals angezeigt wird, das eine die genaue Ermittlung der Phaseninformation des Signals erlaubende ausreichende Amplitude hat.
Fig. 5 zeigt eine Codierungsschaltung zum Umwandeln der von der Schaltung nach Fig. 4 ermittelten Phaseninformation in eine binärcodierte oktale Form. Die Codierungsschaltung enthält drei ODER-Tore 40, 4l und k2 mit jeweils vier Eingängen, die mit den bestimmten Ausgängen der UND-Tore 30 bis 37 verbun-
den sind. Wie für den mit der Rechnertechnik vertrauten Fachmann ersichtlich ist, sind die vier Eingänge des ODER-Tors 40, das dem am meisten kennzeichnenden binären Digit (θ»MSB) entspricht, mit den UND-Toren 31*, 35, 36 und 37 verbunden, damit sie von diesen Ausgangseignale E, F, G und H empfangen. Da das
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ODER-Tor 4l dem zweitletzten kennzeichnenden Digit (Q.2ndLSB) entspricht, sind seine Eingänge mit den UND-Toren 32, 33, 36* und 37 verbunden, so daß die jeweiligen Ausgangssignale C, D, G und H dem ODER-Tor 41 zugeführt werden. Das ODER-Tor 42, das dem letzten kennzeichnenden binären Digit (θ.LSB) entspricht, is"t mit den UND-Toren 31, 33» 35 und 37 verbunden, damit ihm die Ausgangssignale B, D, P und H zugeführt werden. Somit bilden die drei Ausgangssignale der ODER-Tore 40, 4l und 42 eine binärcodierte Oktalzahl, die sich gemäß Tabelle in Fig. 6 für jeweils 45 der Phasendifferenz zwischen dem analogen Signal und dem Bezugssignal ändert.
Aus der Tabelle ergibt sich folgendes: Da A = 1, wenn die Phasendifferenz in den Bereich von 0 bis 45° fällt, ist das das Signal A erzeugende UND-Tor 3o mit keinem der ODER-Tore 40, 41 und 42 verbunden. Andererseits ist das UND-Tor 31, das ein Ausgangssignal B erzeugt, wenn die Phasendifferenz in dem Bereich von 45 bis 90° liegt, mit dem ODER-Tor 42 verbunden, das dem letzten kennzeichnenden binären Digit entspricht.
Es ist zu bemerken, daß die Tabelle nach Pig. 6 ebenfalls das Ausgangssignal Θ-DET des ODER-Tors 38 enthält, das zur Unterscheidung des dem Bereich von O bis 45° entsprechenden logischen Zustandes O, O, 0 von dem Zustand 0, 0, 0 dient, bei dem kein von dem erfindungsgemäßen Detektor empfangenes analoges Signal vorliegt.
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Hit der in den Fig. 1, 1J und 5 gezeigten und zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung ist es möglich, ein analoges Signal mit unbekannter Phase zu quantisieren oder digitieren und eine binärcodierte Oktalzahl zu bilden, die die Phase mit einer derartigen Genauigkeit repräsentiert, daß jeweils 45° der Phase einer Oktalzahl entsprechen.
Es ist zu bemerken, daß Rauschen durch externe Rauschquellen, wie beispielsweise Störflecken, bei dem Vorgang der Phasenermittlung und Schwellenermittlung wirksam beseitigt ist.
Ferner ist zu bemerken, daß das von der Quelle gelieferte analoge Signal eine ausreichende Amplitude haben sollte, damit es die in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausgangskennwerte der Phasendetektoren 10 und 11 ermöglicht. Es ist jedoch zu bemerken, daß durch Vervielfachung der Anordnung nach Fig. 1, H und 5 bei geeigneter Einstellung der Schwellenpegel und gleichzeitiger Herbeiführung einer kompensierten Verstärkung das unbekannte analoge Signal in eine genaue Digitalzahl umgewandelt werden kann, die die Phase des Signals unabhängig von der Stärke der Analogsignals repräsentiert.
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors. Wie sich aus Vergleich mit Fig. 1 ergibta besitzt der Detektor nach Fig\ 7 einen Phasenschieber 5O9 einen Phasendetektor 51, einen Verstärker 52 und eine Gruppe Schwellendetektoren 53, 5^ und 55 zusätzlich zu der Schaltanordnung nach Fig. 1. Der Phasendetektor 51 hat eine allgemein dreieckige
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Ausgangscharakteristik, die identisch der Ausgangscharakteristik der Phasendetektoren 10 und Ii ist. Der Phasenschieber 50 ist gleichartig mit dem Phasenschieber 14 nach Fig. 1, ist jedoch derart eingestellt, daß er eine Phasenverschiebung von 240° herbeiführt. Der Phasenschieber 14 ist in dieser Ausführungsform derart eingestellt, daß er eine Phasenverschiebung von 120° anstelle von 90 herbeiführt. Der Eingang des Phasenschiebers
50 ist mit der Bezugssignalquelle 13 verbunden, und sein Ausgang ist mit einem Eingang des Phasendetektors 51 verbunden. Der andere Eingang des Phasendetektors 51 ist mit der Quelle 12 verbunden, damit er von dieser das unbekannte analoge Signal empfängt. Somit vergleicht der Phasendetektor 51 das analoge Signal mit dem in der Phase verschobenen Bezugssignal und liefert ein Ausgangssignal, das der Phasendifferenz zwischen diesen Signalen entspricht. Das Ausgangssignal des Phasendetektors
51 wird vor Vergleich mit den Schwellenpegeln in den Schwellendetektoren 53» 5^ und 55 dem folgenden Verstärker 52 zugeführt.
Fig. 8 zeigt die Ausgangskennwerte der Verstärker 15» 16 und 52, die gleich den Werten nach Fig. 2a und 2b sind. Gemäß Darstellung sind die drei Ausgangssignale infolge der durch die Phasenschieber 14 und 50 herbeigeführten Phasenverschiebung um 120° gegeneinander außer Phase.
Wie im vorhergehenden ausgeführt wurde, werden die Ausgangssignale der Verstärker 15, 16 und 52 den zugehörigen Gruppen von Schwellendetektoren zum Vergleich mit den einzelnen Bezugspegeln zugeführt, Jeder Schwellendetektor. 53» 54 und 55
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i. L U yj >J UU
ist mit seinem einen Eingang mit dem bestimmten Ausgang der Schwellenpegelsteuereinheit 23 verbunden, so daß ihm die hohe, mittlere bzw. niedrige Bezugsspannung zugeführt wird. Dabei wird die Schwellenpegelsteuereinheit 23 ebenfalls genau eingestellt, so daß die drei verschiedenen Bezugsspannungen gemäß Darstellung in Fig. 8 zu den AusgangsSignalen der Verstärker in Beziehung stehen. Dadurch können die Schwellendetektoren die logischen Ausgangssignale nach Fig. 9 für die "sich ändernde Phasendifferenz zwischen dem analogen Signal und dem Bezugssignal haben.
Mit dieser Anordnung wird die unbekannte Phase eines analogen Signals als Kombination von neun logischen Signalen für jeweils 30° in dem Phasenbereich von 0 bis 360° ermittelt. Ist es erwünscht, eine digitale Darstellung der unbekannten Phase zu liefern, sind die Ausgänge der Schwellendetektoren mit Codierungsschaltungen verbunden, wie sie in den Fig. 1I und 5 gezeigt sind. Somit ist zu bemerken, daß es durch Vergrößerung der Anzahl von Phasendetektoren, Phasenschiebern und Schwellendetektoren bei gleichzeitiger geeigneter Einstellung der Größe der durch die Phasenschieber herbeigeführten Phasenverschiebungen und der Höhe der Bezugspegel in den Schwellendetektoren möglich ist, eine binärcodierte Phaseninformation für jeden kleineren Abschnitt des Phasenbereichs von 0 bis 360° zu liefern.
Fig. 10 zeigt eine'Anordnung zur Bestimmung des Vorhandenseins eines analogen Signals in Abhängigkeit von den bestimmten Ausgangssignalen der Schwellendetektoren. Gemäß Dar-
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stellung ist ein ODER-Tor 57 vorgesehen, dessen sechs Eingänge mit den Ausgängen der Schwellendetektoren 17» 20 und 53 und den Ausgängen der NICHT-Tore (nicht gezeigt) verbunden sind, die mit den Schwellendetektoren 19» 22 und 55 verbunden sind. Liegt ein analoges Signal vor, befindet sich jeder der sechs Eingänge des ODER-Tors 57 im wahren Zustand, d. h. TDl + TD^ + TD7 + T53 + TdT + TD3" = l, so daß das ODER-Tor 57 ein wahres Ausgangssignal erzeugt. Das wahre Ausgangssignal zeigt unabhän*- gig davon, ob das analoge Signal eine ausreichende Amplitude hat, um die genaue Ermittlung der unbestimmten Phase des Signals zu ermöglichen, das Vorhandensein eines analogen Signals an. Demgecenüber ist daran zu erinnern, daß das wahre Ausgangssignal ΘΌΕΤ des ODER-Tors 38 (in Fig. k gezeigt) das Vorhandensein eines analogen Signals anzeigt, das eine ausreichende Amplitude hat, um die genaue Ermittlung der Phaseninformation des Signals zu ermöglichen. Befindet sich der Ausgang des ODER-Tors 38 im O-Zustand, während sich der Ausgang des ODER-Tors 57 im 1-Zustand befindet, konnte somit bei Verwendung eines solchen ODER-Tors, wie es mit 38 (Fig. '!) in der zweiten Aus führ ungs form gezeigt ist, ebenfalls angenommen werden, daß ein von der Einrichtung empfangenes analoges Signal vorliegt, daß es jedoch unmöglich ist, die Phaseninformation von dem Signal - beispielsweise, infolge zu niedriger Feldstärke der empfangenen Videorücklaufsignale bei der Anwendung beim Radar - digital zu ermitteln.
Wird der erfindungsgemäße Detektor in Verbindung mit Folgeradarsyetemen verwendet, würde es vorteilhaft sein, das Ausgangeeignal des ODER-Tors 57 durch einen Impulsweitendiskri-
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minator laufen zu lassen, der eine Verzögerungszeit hat, die im wesentlichen gleich der Weite des gesendeten Radarimpulses ist, da es möglich wird, aus den empfangenen Signalen nur solche Echoimpulse herauszunehmen, die eine Weite haben, die im wesentlichen gleich der Weite der gesendeten Impulse ist, und somit Radareingangssignale zu beseitigen, die sich aus feststehenden Zielen, Interferenzwellen usw. ergeben. Ferner ist zu bemerken, daß bei dem erfindungsgemäßen Detektor bei der Ermittlung der empfangenen Impulssignale keine Notwendigkeit zur Durchführung einer Phasensynchronisation des Bezugssignals besteht.
Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm eines MTI-Radarsystems mit dem erfindungsgemäßen Detektor. Der erfindungsgemäße Detektor empfängt ein in geeigneter V/eise verstärktes Zwischenfrequenz· signal und ein Bezugssignal von einem Zwischenfrequenzverstärker bzw. einem Coho-Oszillator des Radarsystems (dies ist nicht dargestellt).
Gemäß Darstellung besitzt das MTI-System eine Verzögerungsvorrichtung 60 mit zwei Eingängen, die mit dem erfindungsgemäßen Detektor derart verbunden sind, daß sie ein θ·DET-Signal und daraus eine binärcodierte Phaseninformation empfan-
gen. Das 9«DET-Signal und die binärcodierte Phaseninformation könnten beispielsweise von dem ODER-Tor 38 (Fig. 4) und den ODER-Toren 40, 41 und 42 (Fig* 5) erhalten werden. Die Verzögerungsvorrichtung 60 ist gewöhnlich eine Speichervorrichtung mit einem Kernspeicher, der ein Eingangssignal für eine feste Zeitperiode, die gleich einer Impulswiederholungsperiode des
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Radarsystems ist, halten oder verzögern kann. Die Verzögerungsvorrichtung besitzt ebenfalls zwei Ausgänge, die jeweils einem ihrer beiden Eingänge entsprechen, so daß das verzögerte 9«DET-Signal und die binärcodierte Phaseninformation an den Ausgängen erhalten werden kann.
Zum Subtrahieren der verzögerten Phaseninformation von der unverzögerten Phaseninformation ist ein Subtrahierer 61 vorgesehen. Dazu ist der Subtrahierer 6l an seinen beiden Eingängen mit dem Eingang und dem Ausgang der Verzögerungsvorrichtung 60 verbunden, die der binärcodierten Phaseninformation zugeordnet sind. Andererseits ist der Eingang und der Ausgang der Verzögerungsvorrichtung 60, die dem 9.DET-Signal zugeordnet sind, mit zwei Eingängen eines UND-Tors 62 verbunden, dessen Ausgang mit dem Subtrahierer 61 verbunden ist. Die Punktion des UND-Tores 62 besteht darin, den Zustand zu ermitteln, bei dem das verzögerte und das unverzögerte ΘΌΕΤ-Signal sich gleichzeitig im wahren (1-) Zustand befinden, und den Subtrahierer 61 beim Vorhandensein der bestimmten Bedingung zu betätigen, wodurch die Differenz dG zwischen der verzögerten und der unverzögerten Phaseninformation gebildet wird. Entsprechend dem Anwendungsfall kann das UND-Tor 62 jedoch weggelassen werden.
Für den Fachmann zeigt die Tatsache, daß die Differenz dö nicht Null ist, das Vorhandensein von empfangenen Signalen von einem sich bewegenden Ziel an. Ein Diskriminator 63 ist mit dem Ausgang des Subtrahierers 61 verbunden, um festzustellen, ob dö Null ist oder nicht. Das Ausgangssignal des Subtrahierers
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61 wird ebenfalls einer anderen Einheit aus einer Verzögerungsvorrichtung 64 und einem Subtrahierer 65 zugeführt. Der Subtrahierer 65 hat zwei Eingänge, von denen einer mit dem Subtrahierer 61 verbunden ist und der andere mit dem Ausgang der Verzögerungsvorrichtung 64, damit er von diesen Einrichtungen, jeweils das unverzögerte d©und das verzögerte d9 empfängt. Die Verzögerungsvorrichtung 64 ist gleichartig mit der Verzögerungsvorrichtung 60 und führt eine Verzögerung ein, die gleich einer Impulswiederholungsperiode ist. Somit ergibt sich, daß das Ausgangssignal des Subtrahierers 65 gleich dö/dt ist, was die Änderungsrate von d9 in einer Impulswiederholungsperiode ist. In diesem Zusammenhang wurde folgendes empirisch erkannt: Obwohl die Phase von Industriestörgeräuschen, Interferenzwellen und sich frei änderndem Seecho usw. die Änderungsrate d9/dt hat, die sich frei von einer Impulswiederholungsperiode zur anderen ändert, liegt das dö/dt der Echosignale von echten sich bewegenden Zielen innerhalb eines derart bestimmten zulässigen Bereichs, daß es gut als im wesentlichen konstant angenommen werden kann. Zur Nutzung dieser empirisch festgestellten Tatsache ist ein weiterer Diskriminator 66 vorgesehen, der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Subtrahierers 65 wirksam zwischen den Echosignalen von echten sich bewegenden Zielen und den Echosignalen von falschen Zielen unterscheidet.
Die Erfindung wurde' zwar anhand einer Anwendung bei dem gewöhnlichten MTI-Systern'erläutert; die Erfindung kann jedoch auch in gleicher Weise bei anderen Arten von MTI-Systemen angewendet werden, beispielsweise einem mehrfach gestaffelten
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MTI-Syatem. Ferner ist zu bemerken, daß die Erfindung in einem Mehrfachimpuls-Datenübertragungssystem verwendet werden kann, das Phasenmodulation verwendet; dabei besteht keine Notwendigkeit, den Empfänger mit dem Bezugssignal des Senders in der Phase zu synchronisieren, da der Empfänger die Phaseninformation auf der Basis der intermittierend empfangenen Synchronisierungssignale ermitteln kann.
Mit der Erfindung wird somit eine Einrichtung zum Umwandeln eines analogen Signals mit unbekannter Phase in eine binärcodierte digitale Form geschaffen. Sie besitzt eine Anzahl von Phasendetektoren, die das analoge Signal mit ihren zugehörigen Bezugssignalen vergleichen, die voneinander verschiedene Phasen haben, und die Ausgangsspannungen liefern, die den Phasendifferenzen entsprechen. Die Ausgangssignale der Phasendetektoren werden ihnen zugeordneten Gruppen von Schwellendetektoren zum Vergleich mit unterschiedlichen vorbestimmten Bezugspegeln zugeführt. Eine logische Schaltungsanordnung erzeugt in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen von den Schwellendetektoren das binärcodierte digitale Signal. Bei Verwendung in einem Radarsystem ermöglicht die erfindungsgemäße Einrichtung die Ermittlung von digitalen Videosignalen unmittelbar aus den empfangenen Signalen bei Radio- oder Zwischenfrequenz, ohne diese in analoge Videosignale umzusetzen.
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Claims (13)

• - 19 Patentansprüche
1.) Digitaler Phasendetektor zum Umwandeln eines analogen Signals mit unbekannter Phase in eine binärcodierte digitale Form, gekennzeichnet durch eine Analogsignalgeneratoreinrichtung (12) zum Erzeugen des analogen Signals mit unbekannter Phase, eine Bezugssignalgeneratoreinrichtung (13) zum Erzeugen einer Anzahl von Bezugssignalen, deren Phasen um vorbestimmte Größen unterschiedlich sind, eine Anzahl von Phasendetektoreinrichtungen (1O3 11), die jeweils in Abhängigkeit von dem analogen Signal und dem diesem zugeordneten Bezugssignal die Phasendifferenz zwischen diesen Signalen ermitteln, und durch eine Einrichtung, die im Ansprechen auf die Anzahl der Phasendetektoreinrichtungen ein binärcodiertes digitales Signal liefert, das die Phase des analogen Signals repräsentiert.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen eines binärcodierten digitalen Signals mehrere Gruppen Schwellendetektoren (17, 18, 19, 20, 21, 22) besitzt, wobei jede Gruppe einen gemeinsamen Eingang hat, der mit einer ihm zugeordneten Phasendetektoreinrichtung (10, 11) verbunden ist, und das Ausgangssignal der ihr zugeordneten
Phasendetektoreinrichtung (10, 11) mit einer Anzahl auf die einzelnen Schwellendetektoreinrichtungen (17 bis 22) bezogenen unterschiedlichen vorbestimmten Bezugspegel vergleichen und eine Anzahl von logischen Ausgangssignalen in Übereinstimmung mit der Größenbeziehung erzeugen kann.
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3. Detektor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen der Anzahl unterschiedlicher Bezugspegel zu jeder Gruppe von Schwellendetektoren (17 bis 22).
1J. Detektor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ermitteln der Phaseninformation von den durch die Anzahl der Schwellendetektoren (17 bis 22) gelieferten logischen Ausgangssignalen.
5. Detektor nach Anspruch 1J, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die im Ansprechen auf die Phaseninformationsdetektoreinrichtung das Vorhandensein eines analogen Signals bestimmt, das eine ausreichende Amplitude zum Erzeugen des binärcodierten digitalen Signals besitzt.
6.. Detektor nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die im Ansprechen auf die Phaseninformationsdetektoreinrichtung die Information in eine binärcodierte digitale Form umwandelt.
7. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalgeneratoreinrichtung eine Einrichtung (13) zum Erzeugen eines ersten Bezugssignals und eine Einrichtung (I1O aufweist, die im Ansprechen auf die erste Bezugssignalgeneratoreinrichtung ein zweites Bezugssignal erzeugt, das gegenüber dem ersten Bezugssignal" um 90° außer Phase ist.
8. Detektor nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch
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einen ersten Phasendetektor (10), der im Ansprechen auf das analoge Signal und das erste Bezugssignal die Phasendifferenz zwischen diesen Signalen ermittelt, einen zweiten Phasendetektor (11), der im Ansprechen auf das analoge Signal und auf das zweite Bezugssignal die Phasendifferenz zwischen diesen Signalen ermittelt, durch einen ersten, zweiten und dritten Schwellendetektor (17, 18, 19), die einen mit dem ersten Phasendetektor (10) verbundenen gemeinsamen Eingang haben, einen vierten, einen fünften und einen sechsten Schwellendetektor (20, 21, 22), die einen mit dem zweiten Phasendetektor (11) verbundenen gemeinsamen Eingang haben und eine Einrichtung zum Zuführen eines ersten vorbestimmten Bezugspegels zu dem ersten und vierten·Schwellendetektor (17, 20) und zum Zuführen eines zweiten vorbestimmten Bezugspegels zu dem zweiten und fünften Schwellendetektor (18, 21) und zum Zuführen eines dritten vorbestimmten Bezugspegels zu dem dritten und dem sechsten Schwellendetektor (19, 22).
9. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalgeneratoreinrichtung eine Einrichtung (13) zum Erzeugen eines ersten Bezugssignals aufweist, eine Einrichtung (I1I), die im Ansprechen auf die erste Bezugssignalgeneratoreinrichtung ein zweites Bezugssignal erzeugt, das um 120 außer Phase zu dem ersten Bezugssignal ist, und eine Einrichtung (50), die im Ansprechen auf die erste Bezugssignalgeneratoreinrichtung ein drittes Bezugssignal erzeugt, das um 210° außer Phase zu dem ersten Bezugssignal ist.
I,
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10. Detektor nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen ersten Phasendetektor (10), der im Ansprechen auf das analoge Signal und das erste Bezugssignal die Phasendifferenz zwischen diesen Signalen ermittelt, einen zweiten Phasendetektor (11), der im Ansprechen auf das analoge Signal und auf das zweite Bezugssignal die Phasendifferenz zwischen diesen Signalen ermittelt, einen dritten Phasendetektor (51), der im Ansprechen auf das analoge Signal und das dritte Bezugssignal die Phasendifferenz zwischen diesen Signalen ermittelt, einen ersten, einen zweiten und einen dritten Schwellendetektor (17, 18, 19), die einen mit dem ersten Phasendetektor verbundenen gemeinsamen Eingang haben, einen vierten , einen fünften und einen sechsten Schwellendetektor (20, 21, 22), die einen mit dem zweiten Phasendetektor (11) verbundenen gemeinsamen Eingang haben, einen siebenten, einen achten und einen neunten Schwellendetektor (53, 5**, 55), die einen mit dem dritten Phasendetektor (51) verbundenen gemeinsamen Eingang haben, eine Einrichtung zum Zuführen eines ersten vorbestimmten Bezugspegels zu dem ersten, vierten.und siebenten Schwellendetektor (17, 20, 53) und zum Zuführen eines zweiten vorbestimmten Bezugspegels zu dem zweiten, fünften und achten Schwellendetektor (18, 21, 54) und zum Zuführen eines dritten vorbestimmten Bezugspegels zu dem dritten, sechsten und neunten Schwellendetektor (19, 22, 55) und neun Inverter (Umkehrer), die jeweils mit einem der neun Schwellendetektoren verbunden sind. *
11. Detektor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (57),die im Ansprechen auf die Auegangssignale
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von dem ersten, vierten und siebenten Schwellendetektor (17» 20, 53) und die Ausgangssignale von de mit dem dritten, sechsten und neunten Schwellendetektor (19, 22, 55) verbundenen Invertern das Vorhandensein des analogen Signals bestimmt.
12. Detektor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verzögern des binärcodierten digitalen Signals für eine feste Zeitperiode, die gleich einer Impulswiederholungsperiode eines Radarsystems ist, durch eine Einrichtung zum Subtrahieren des verzögerten binärcodierten digitalen Signals von dem unverzögerten binärcodierten digitalen Signal, und eine Einrichtung, die im Ansprechen auf die Subtraktionseinrichtung ermittelt, ob die Differenz Null ist, um zwischen dem analogen Signal von einem sich bewegenden Ziel und dem analogen Signal von einem feststehenden Ziel zu unterscheiden.
13. Detektor nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verzögern der Differenz zwischen den verzögerten und den unverzögerten Signalen für eine feste Zeitperiode, die gleich einer Impulswiederholungsperiode des Radarsystems ist, eine Einrichtung zum Subtrahieren der verzögerten Differenz von der unverzögerten Differenz zur Erzeugung eines Signals, das die Änderungsratfe der binärcodierten Phaseninformätion repräsentiert, und eine Einrichtung, die im Ansprechen auf die Subtraktionseinrichtung feststellt, ob diese Änderungsrate Null ist, um zwischen dem analogen Signal von einem wahren
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sich bewegenden Ziel und dem analogen Signal von einem falschen Ziel zu unterscheiden.
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