DE2207289B2 - Verfahren und anordnung zur feststellung der kohaerenz von aufeinanderfolgenden impulsen gleicher traegerfrequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fertstellung der Kohärenz von aufeinanderfolgenden Impulsen gleicher Trägerfrequenz sowie auf eine An-Ordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Nach dem »Radar handbook« von Skolnik, Verlag McGraw Hill, Seite 7-45, sind trägerfrequente Impulse dann kohärent, wenn sie durch Tastung aus dergleichen kontinuierlichen Trägerschwingunggebildet sind. Bei verschiedenen Anwendungen solcher Impulse, insbesondere auf dem Gebiet der Funkmeßtechnik, muß oft festgestellt werden, ob aufeinanderfolgende Impulse kohärent sind oder nicht.
Ein aus der Seite 17-56 des gleichen Buches bekanntes Verfahren zur Anzeige der Kohärenz besteht in einer kohärenten Integration der aufeinanderfolgenden Impulse. Dieses Verfahren setzt voraus, daß man über eine ziemlich große Anzahl von Signalen verfügt, und es ist daher verhältnismäßig langsam.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dem die Kohärenz von Impulsen einfach und schnell feststellbar ist und das auch bei Vorhandensein von nur einigen Impulsen wirksam ist, sowie einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse in zwei verschiedenen parallelen Kanälen behandelt werden, von denen der eine Kanal ein Spektralanalysekanal und der andere Kanal ein Hüllkurvendetektorkanal ist, daß die Amplituden der Ausgangssignale der beiden Kanäle miteinander verglichen werden, und daß Amplitudengleichheit bei dem der Trägerfrequenz entsprechenden Maximum des Ausgangssignals des Spekt.alanalysekanals als Kriterium für das Bestehen der Kohärenz verwendet wird.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, daß der Mittelwert der Hüllkurve der Impjlse mit einem Signalwert verglichen wird, der nach dem Prinzip der Spektralanalyse gebildet wird, also den Pegel der in einem schmalen Frequenzband enthaltenen Anteile des Frequenzspektrums darstellt. Dieser Signalwerl nimmt ein Maximum an. wenn die

Trägerfrequenz der Impulse: in dem schmalen Frequenzspe:ktrum liegt. Bei kohärenten Impulsen ist das Maximum des Signalwerts gleich dem Mittelwert der Hüllkurve, weil dann praktisch die gleiche Größe nach verschiedenen Methoden gemessen wird. Wenn dagegen die Impulse nicht kohärent sind, ist der am Ausgang des Spektralanalysekanals erhaltene Signalwert stets kleiner als der vom HQllkurvendetektorkanal gelieferte Mittelwert. Durch Vergleich der Amplituden der Ausgangssignale erhält man somit eine eindeutige Aussage darüber, ob Kohärenz vorliegt oder nicht Der Vergleich kann auf einfache und schnelle Weise erfolgen, beispielsweise durch unmittelbare Beobachtung der verglichenen Signale auf dem Schirm einer Katodenstrahlröhre. Ein brauchbares Vergleichsergebnis wird bereits bei Vorliegen einiger weniger Impulse erhalten.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht nach der Erfindung darin, daß *n einen gemeinsamen Eingang, an den die zu untersuchenden Impulse angelegt werden, parallel ein Hüllkurvendetektorkanal, der einen Amplitudlendetektor und ein nachgeschaltetes Tiefpaßfilter enthält, sowie ein Spektralanalysekanal, der ein schmalbandiges Filter mit nachgeschaltetem Amplitudendetektor enthält, angeschlossen sind, und daß an die Ausgänge der beiden Kanäle eine Amplitudenvergleichsanordnung angeschlossen ist

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Trägerfrequenz der Impulse mit der Genauigkeit bekannt ist, die dem schmalen Frequenzband des Filters des Spektralanal) sekanals entspricht. Es genügt, wenn diese Trägerfrequenz mit herkömmlichen Mitteln auf etwa 10-20% genau gemessen wird und dann die Spektralanalyse in dem durch diese Genauigkeit festgelegten Frequenzband durchgeführt wird. Das dabei auftretende Maximum entspricht dann unmittelbar der Trägerfrequenz.

Dies kann nach einer Ausfiihrungsform der Anordnung dadurch geschehen, daß das schmalbandige Filter des Spektralanalysekanals frequenzabstimmbar ist und daß eine Steueranordnung zur Durchstimmung des Filters vorgesehen ist.

Diese Ausführungsform erscheint einfach, sie ist aber in der Praxis schwierig ζ j realisieren, weil schmalbandige Filter, deren Durchlaßband in einem verhältnismäßig breiten Frequenzband kontinuierlich verschoben werden kann, nur mit großem Aufwand herstellbar sind.

Eine bevorzugte Ausfiihrungsform der Anordnung besteht daher darin, daß zwischen den gemeinsamen Eingang und die Eingänge der beiden Kanäle eine Frequenzumsetzeranordnung eingefügt ist, welche die Eingangsimpulse auf eine niedrigere Frequenz umsetzt, und daß eine Anordnung zur stetigen Änderung der durch die Frequenzumsetzung erhaltenen niedrigeren Frequenz vorgesehen ist.

In diesem Fall erfolgt die Durchstimmung nicht an dem schmaibandigen Filter, sondern an den verarbeiteten Signalen. Das erzielte Ergebnis bleibt unverändert.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 das Prinzipschema einer Anordnung zur Kohärenzfeststellung nach der Erfindung und

Fig. 2 ein genaueres Schallbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Kohärenzfeststellungsanordnung nach der Erfindung.

Das Verfahren zur Kohärenzleststellung besteht im wesentlichen darin, daß der Pegel der in einem schmalbandigen Filter gefilterten Impulse mit dem Mittelwert ihrer Hüllkurve verglichen wird. Zu diesem Zweck werden die Impulse, wie in Fig. 1 dargestellt ist, am Eingang / zwei parallelgeschalteten Kanälen zugeführt:

- einem Kanal E, der Hüllkurvendetektorkanal genannt wird;

- einem Kanal S, der Spektralnnalysekanal genannt wird.

Der Kanal E kann sehr einfach durch einen Hüllkurvendetektor (beispielsweise eine Diode D^) und ein Niederfrequenzfilter gebildet sein, wobei das Niederfrequenzfilter aus einem Längswiderstand R und einer Querkapazität /"gebildet ist.

Der Kanal S enthält im wesentlichen ein schmafbandiges Filter F und einen Detektor D von gleicher Art wie der im Kanal E enthaltene Detektor; die Abstimmfrequenz des Filters F ändert sich langsam in Abhängigkeit von der Steuerung durch eine Steueranordnung CA in einem Frequenzbereich, der die Trägerfrequenz der Impulse enthält, die zuvor durch an sich bekannte Einrichtungen auf ±10 oder 20% genau bestimmt worden ist

Im Prinzip besteht Gleichheit der Signale an den Ausgängen der Kanäle E und S, wenn die Impulse kohärent sind und die Trägerfrequenz im Frequenzband des Filters /liegt; in diesem Augenblick messen nämlich die beiden Kanäle die gleiche Größe nach verschiedenen Verfahren. Wenn die Impulse nicht kohärent sind, ist die im Frequenzband des Filters enthaltene spektrale Dichte stets kleiner als diejenige der Signale des Kanals £, und der Wert des Ausgangssignals des Kanals S ist kleiner als derjenige des Kanals E.

Die Kohärenzfeststcllung erfolgt daher durch Vergleich der Werte der Ausgangssignale der beiden Kanäle in einer Amplitudenveigleichsanordnung CP. Dies geschaht beispielsweise auf dem Schirm einer Katodenstrahlröhre, wo die Zeit auf der Abszisse und die Signalwerte auf der Ordinate aufgetragen sind. Man kann auch, wenn ein fester Zusammenhang zwischen der Frequenz und der Änderungszeit der Frequenz des Filters Fbesteht, die Abszisse in Frequenzen eichen. In allen Fällen gibt die Mittenfrequenz des Fillers F in dem Augenblick, in dem die Signalwcrle gleich sind, eine genauere Angabe der Trägerfrequenz.

Das Schema von Fig. 1 ist ein senr allgemeines Schema, das nur dazu bestimmt ist, das Prinzip des beschriebenen Kohärenzfeststellungsverfahrens besser verständlich zu machen, in diesem Schema stellt die durch das Filter Fund die Steueranordnung CR gebildete Anordnung die allgemeinste Form einer selektiven Filteranordnung mit veränderlicher Abstimmung dar.

In der Praxis ist es zwar möglich, jedoch nicht immer leicht, direkt die Frequenz eines eigentlichen Filters zu verändern, und es wird daher vorgezogen, zur Durchführung der relativen Durchstimmung der Nennfrequenz des Filters in bezug auf die Frequenz des Eingangssignals mit Hilfe einer Frequenzumsetzung die Frequenz des Eingangssignals zu ändern.

Dies geschieht bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung, in der die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 die gleiche Bedeutung haben.

Die zu prüfenden Impulse, die gegebenenfalls in einer Anordnung 21 auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt und verstärkt worden sind, werden der Klemme / zugeführt. Zwischen dieser Klemme einerseits und den später erläuterten Kanälen, nämlich dem Hüllkurvenkanal E und dem Spektralanalysekanal 5 andererseits, ist eine ZF-NF-Frequenzumsetzerschaltung T angeordnet, die einen Überlagerungsoszillator OL enthält, dessen Frequenz langsam, beispielsweise linear durchgestimmt wird. Der Spektralanalysekanal S enthält in diesem Fall zwei gleiche Schaltungszweige S₁ und S₂ und eine an die Ausgänge dieser Schaltungszweigc angeschlossene Addierschaltung Σ.

Die Schaltung T enthält zwei aus Mischstulen und Tiefpaßfiltern gebildete Mischschaltungen /V/, und M₇, die einerseits an die Eingangsklemme /angeschlossen sind und andererseits mit dem Ausgang des Überlagerungsoszillators OL verbunden sind, und zwar die eine Mischschaltung M₁ direkt und die andere Mischschaltung M₂ über einen ^-Phasenschieber Φ.

Die Niederfrequenzsignale an den Ausgängen der Mischschaltungen M\, M₂ werden den selektiven Filterkanälen S₂ bzw. S, zugeführt, die gleich ausgebildet sind und jeweils ein schmalbandiges Niederfrequenzfilter F\ bzw. F₂ enthalten, dem ein quadratischer Detektor D_x bzw. D₂ nachgeschaltet ist. Die Ausgangssignale der Detektoren werden in der Addierschaltung Σ addiert. Die Gesamtheit der Schaltungen T, S] und S₂ sowie Σ ergibt die gleiche Wirkung wie der Spektralanalysekanal S von Fig. 1, abgesehen davon, daß die Frequenzdurchstimmung an dem Signal mit Hilfe des Überlagerungsoszillators anstatt mittels eines durchstimmbaren Filters erfolgt. Dies ändert absolut nichts an dem Prinzip der Anzeige der Kohärenz (oder des Fehlens der Kohärenz) der Impulse. Das am Ausgang der Addierschaltung Σ erhaltene Summensignal wird in der Anordnung CP mit dem Ausgangssignal des Hüllkurvendetektorkanals E verglichen. Dieser enthält im vorliegenden Fall zwei quadratische Detektoren D₀ 1 und D_o2, die jeweils an den Ausgang einer der Mischschaltungen M₁, M₂ angeschlossen sind, eine Addierschaltung Ση, die an die Ausgänge der Detektoren D₀₁ und D₀₂ angeschlossen ist, und ein Tiefpaßfilter F₀.

Die Amplitudenvergleichsanordnung enthält bei diesem Beispiel eine Subtrahierschaltung A, von der ein Eingang das Summensignal der Addierschaltung Σ empfängt, während der andere Eingang einen beispielsweise mit Hilfe eines Potentiometers P einstellbaren Bruchteil des Hüllkurvensignals empfängt. Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung kann in jeder an sich bekannten Weise ausgewertet werden (Oszillograph, Registriergerät, Rechengerät usw.). Falls ein Oszillograph CÄTVerwendet wird, ist üessen Signaleingang an den Ausgang der Subtrahierschaltung Δ angeschlossen, und die Horizontalablenkung des Bildschirms ist mit der Frequenzdurchstimmung des Überlagerungsoszillators durch einen Taktgeber H synchronisiert Man kann dann sagen, daß man die Kohärenz der Signale »sieht«.

Das Ausgangssignal des Kanals E ist hier so gedämpft, daß man nur dann ein Ausgangssignal von der SxibtrahierschaltuQg ©erhält, wenn die Differenz S-aE positiv ist, wobei α der Dämpfungskoeffizient ist, während mit S and £ die Amplituden der Signale an den Ausgängen der hl gleicher Weise bezeichneten Kanäle bezeichnet sind. Ein Signal erscheint am Ausgang der Subtrahierschaitung Δ nur in dem Augenblick, in dem die Abstimmfrequenz der Filter F₁ und F₂ mit der Frequenz des ihren Eingängen zugeführten kohärenten Signals zusammenfällt. Die Einstellung des Potentiometers /'ermöglicht die Abschätzung der Güte der Kohärenz.

Dem Ausgang jeder Mischschaltung M₁ und M₂ ist eine Speicherabtastschaltung ß, bzw. B₂ nachgeschallet, d. h. eine in der angelsächsischen Literatur unter der Bezeichnung »sample and hold« bekannte

ίο Schaltung, die ein Signal periodisch abtastet und den jeweiligen Abtastwert bis zur nächsten Abtastung speichert. Diese Speicherabtastschaltungen ermöglichen die Speicherung der Amplituden der Impulse während jeder Folgeperiode (man erhält nämlich die Amplituden des Sinus und des Cosinus der Phasenverschiebung zwischen dem empfangenen Impuls und dem Signal des Uberlagerungsoszillalors); die Filter behandeln somit die Spitzenwerte der Videofrequenzimpulse, und die Feststellung der Kohärenz hängt nicht mehr von dem Formfaktor der empfangenen Impulse ab, wenn es sich beispielsweise um einen Funkortungsempfänger handelt, der die Trägerfrequenz der Impulse zu identifizieren sucht.
Um keine Verbreiterung der Spektrallinien zu ver-Ursachen, die das fälschliche Erscheinen des Kohärenzkriteriums (Gleichheit der der Vergleichsanordnung zugeführten Signale) hervorrufen könnte, kann es in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft sein, die Anordnung eines Begrenzers am Eingang der Anordnung zu vermeiden. Ein logarithmischer Verstärker könnte gegebenenfalls dann verwendet werden, wenn sich der maximale Pegel der Impulse zu sehr ändert, um die Verwendung eines Verstärkers mit fester Verstärkung zu erlauben.

Dagegen werden vorzugsweise logarithmische Videofrequenzverstärker L und L₀ den beiden Eingängen der Subtrahierschaltung Δ vorgeschaltet, um die Dynamik des Ausgangssignals dieser Subtrahierschaltung auf einen leicht auswertbaren Wert zu bringen.

Das Kohärenzkriterium erscheint, wenn einerseiti tatsächlich eine Kohärenz besteht und andererseits gleichzeitig die Frequenz dir den Filtern F^ und F₂ zugefuhrten Signale gleich der Mittenfrequenz dieser Filter ist. Bisher wurde noch keine Voraussetzung hinsichtlich der Konstanz der Folgefrequenz gemacht, die gewobbelt sein kann oder nicht. Wenn diese Frequenz fest ist, erscheint das Kohärenzkriterium ebenfalls jedesmal für/ = /_c + kf_r. worin f₀ die Frequenz des kohärenten Signals ist, / die Abstimmfrequenz

des Filters,/, die Folgefrequenz und k eine beliebige ganze Zahl.

Die Frequenzdurchstimmung kann offensichtlich automatisch ertolgen; die Folgeperiode dieser Frequenzdurchstimmung hängt offensichtlich von den

Eigenschaften der behandelten Impulse (Dauer Folgeperiode) ab.

Die Bandbreite Af der Filter F₁ und F₂ ist mit der Anzahl π von Impulsen verknüpft, die in kohärenter Weise in dem Kanal ^integriert werden können. Diese Anzahl bedingt den Kontrast oder das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Rauschen am Ausgang; sie ist im wesentlichen f_R/Af. Der erhaltene Kontast liegt m der Größenordnung von n, und die Gesamintegrationszeit oder Durchgangszeit des Signals im Äter

λ K⁸L'' ^{= Nff}* ^wobei/* ^d>e mittlere Folgefreqpenz der behandelten Impulse ist

Das Verfahren und die beschriebenen Ausfuhrangsoeispiele eignen sich für alle Impulse unabhängig von

ip

ihrer Trägerfrequenz und Folgefrequenz. Falls die Frequenzdurchstimmung durch Frequenzumsetzung des zu analysierenden Signals erfolgt, müssen ausreichend stabile Überlagerungsoszillatoren verfügbar sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Feststellung der Kohärenz von aufeinanderfolgenden Impulsen gleicher Trägerfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse in zwei verschiedenen parallelen Kanälen (S, E) behandelt werden, von denen der eine Kanal (S) ein SpektraJanalysekanal und der andere Kanal (E) ein Hüllkurvendetektorkanal ist, daß die Amplituden der Ausgangssignale der beiden Kanäle miteinander verglichen werden, und daß Amplitudengleichheit bei dem der Trägerfrequenz entsprechenden Maximum des Ausgangssignals des Spektralanalysekanals (S) als Kriterium für das Bestehen der Kohärenz verwendet wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem gemeinsamen Eingang (I), an den die zu untersuchenden Impulse angelegt werden, parallel ein Hüllkurvendetektorkanal (E), der einen Amplitudendetektor (D₀; D₀], D₀₂, E₀) und ein nachgeschaltetes Tiefpaßfilter (R, Γ; F₀) enthält, sowie ein Spektralanalysekanal (S), der ein schmalbandiges Filter (F; F,, F₂) mit nachgeschaltetem Ampliiudendetekior (D; D_u D₂) enthält, angeschlossen sind, und daß an die Ausgänge der beiden Kanäle eine Amplitudenvergleichsanordnung (CP) angeschlossen ist.

.!. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schmalbandige Filter (F) des Spektralanalysekanals (S) frequenzabstimmbar ist und daß eine Steueranordnung (CR) zur Durchstimmung des Filters (F) vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den gemeinsamen Eingang (I) und die Eingänge der beiden Kanäle (E, S) eine Frequenzumse*.zeranordnung (T) eingefügt ist, welche die Eingangsimpulse auf eine niedrigere Frequenz umsetzt, und daß eine Anordnung (H, OL) zur stetigen Änderung der durch die Frequenzumsetzung erhaltenen niedrigeren Frequenz vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumsetzeranordnung (T) zwei jeweils aus einer Mischstufe mit nachgeschaltetem Niederfrequenzfilter bestehende Mischschaltungen (M₁, M₂) enthält, deren Signaleingänge mit dem gemeinsamen Eingang (I) verbunden sind, sowie einen durchstimmbaren Überlagerungsoszillator (OL), dessen Ausgang mit der einen Mischschaltung (/W,) d.rekt und mit der anderen Mischschaltung (M₂) über einen /r/2-Phasenschieber (Φ) verbunden ist, daß der Hüllkurvendetektorkanal (E) zwei mit dem Ausgang der einen bzw. der anderen Mischschaltung (Λ/,, M₂) verbundene quadratische Detektoren (D₀], D₀₂), eine an die Ausgänge der beiden Detektoren angeschlossene Addierschaltung (E₀) und ein an den Ausgang der Addierschaltung angeschlossenes Tiefpaßfilter (F_n) enthält, und daß der Spektralanalysekanal (S) zwei gleiche, mit dem Ausgang der einen bzw. der anderen löschschaltung (M₁, M₂) verbundene Schaltungszweige (S₁, S₂) aufweist, von denen jeder ein schmalbandiges Niederfrequenzfilter (F₁, F₂) mit nachgeschaltetem quadratischem Detektor (£>,, D₂) enthält und an deren Ausgänge eine Addierschaltung (E) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Dämpfungsschaltung (P) zwischen dem Ausgang des Hüllkurvendetektorkanals und der Amplitudenvergleichsanordnung (CP) angeschlosser, ist

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenvergleichsanordnung (CP) eine Subtrahierschaltung (A) enthält, von der ein Eingang mit dem Ausgang des Hüllkurvendetektorkanais (E) und der andere Eingang an den Ausgang des Spektralanalysekanals (S) angeschlossen ist, sowie eine Katodenstrahlröhre (CR T), deren Signaleingang an den Ausgang der Subtrahierschaltung (A) angeschlossen ist und deren Synchronisiereingang parallel zu dem Frequenzsteuereingang des durchstimmbaren Überlagerungsoszillators (OL) an den Ausgang eines Taktgebers (H) angeschlossen ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mischschaltung (AZ₁, M₂) eine Speicherabtastschaltung (A₁, B₂) nachgeschaltet ist.