DE2207289C3 - Verfahren und Anordnung zur Feststellung der Kohärenz von aufeinanderfolgenden Impulsen gleicher Trägerfrequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung der Kohärenz von aufeinanderfolgenden Impulsen gleicher Trägerfrequenz sowie auf eine Anordnung 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 Trägerschwingung gebildet sind. Bei verschiedenen Anwendungen solcher Impulse, insbesondere auf dem Gebiet der Funkmeßtechnik, muß oft festgestellt werden, ob aufeinanderfolgende ImDulse 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 Spektralanalysekanals als Kriterium für das Bestehen der Kohärenz verwendet wird.

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

• rfrequenz der Impulse in dem schmalen I're-" ^snektrum liegt· Bei kohärenten Impulsen ist das ^qUenmum des Signalwerts gleich dem Mittelwert der irilkurve weil dann praktisch die gleiche Größe

h verschiedenen Methoden gemessen wird. Wenn . Dep-n die Impulse nicht kohärent '^nd, ist der am eang des Spektralanalysekanals erhaltene Signalt stets kleiner als der vom Hüllkurvendetektor- *^er - gelieferte Mittelwert. Durch Vergleich der Amiden der Ausgangssignale erhält man somit eine heutige Aussage darüber, ob Kohärenz vorliegt λ nicht Der Vergleich kann auf einfache und hnelle Weise erfolgen, beispielsweise durch unmittelbare Beobachtung der verglichenen Signale auf dem c hirm einer Katodenstrahlröhre. Ein brauchbares Vereleichsergebnis wird bereits bei Vorliegen einiger weniger Impulse erhalten.

Eine Anordnung zur Durchrührung des Verfahrens _hsteht nach der Erfindung darin, daß a~ einen gemeinsamen Eingang, an den die zu untersuchenden ImDulse angelegt werden, parallel ein Hüllkurvendeteknrkanal der einen Amplitudendetektor und ein nache chaltetes Tiefpaßfilter enthält, sowie ein Spektralnalvsekanal, der ein schmalbandiges Filter mit nacheeschaltetem Amplitudendetektor enthält, angeschlossen sind und daß an die Ausgänge der beiden Kanäle eine Amplitudenvergleichsanordnung angeschlossen

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 Spektralanalysekanals entspricht. Es genügt, wenn diese Trägerfrequenz mit herkömmlichen Mitteln auf etwa 10-20% eenau 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 Ausführungsform 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 zu realisieren, weil schmalbandige Filter, deren Durchlaßband in einem verhältnismäßig breiten Frequenzband kontinuierlich verschoben werden kann, nur mit großem Aufwand herstellbar sind.

Eine bevorzugte Ausführungsiorm 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 schmalbandigen Filter, sondern an den verarbeiteten Signalen. Das erzielte Ergebnis bleibt unver-

ändert. .

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

Fig 1 das Prinzipschema einer Anordnung zur Kohürenzfesistellung nach der Erfindung und

Fig. 2 ein genaueres Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Kohärenzfeststellungsanordnach der Erfindung.

Das Verfahren zur Kohiiicnzleststellung besteht im wesentlichen darin, daß der Pegel der jn 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 parallelgeschalieten Kanälen zugeführt:

- einem Kanal £, der Hüllkurvendetektorkanal genannt wird;

- einem Kanal Λ', der Spektralanalysekanal genannt wird.

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

Der Kanal S enthäit im wesentlichen ein schmaJ-bandiges 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 CR 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 £ und S, wenn die Impulse kohärent sind und die Trägerfrequenz im Frequenzband des Filters fliegt; 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 5 ist kleiner als derjenige des Kanals E.

Die Kohärenzfeststellung erfolgt daher durch Vergleich der Werte der Ausgangssignale der beiden Kanäle in einer Amplitudenvergleichsanordnung CP. Dies geschieht 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 f besteht, die Abszisse in Frequenzen eichen. In allen Fällen gibt die Mittenfrequenz des Filters F in dem Augenblick, in dem die Signalwerte gleich sind, eine genauere Angabe der Trägerfrequenz. Das Schema von Fig. 1 ist ein sehr 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 S, und S₂ und eine an die Ausgänge dieser Schaltungszweige angeschlossene Addierschaltung Σ.

Die Schaltung T enthält zwei aus Mischstufen und Tiefpaßfiltern gebildete Mischschaltungen AZ₁ und M₂, die einerseits an die Eingangsklemme / angeschlossen sind und andererseits mit dem Ausgang des Überlagerungsoszillators OL verbunden sind, und zwar die eine Mischschaltung Af₁ direkt und die andere Mischschaltung M₂ über einen ^-Phasenschieber Φ.

Die Niederfrequenzsignale an den Ausgängen der Mischschaltungen Af i, M₂ werden den selektiven Filterkanälen S₂ ^bzw- S\ zugeführt, die gleich ausgebildet sind und jeweils ein schmalbandiges Niederfrequenzfilter F₁ bzw. F₂ enthalten, dem ein quadratischer Detektor Z)₁ bzw. D₂ nachgeschaltet ist. Die Ausgangssignale der Detektoren werden in der Addierschaltung Σ addiert. Die Gesamtheit der Schaltungen T, S₁ 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, und D₀₂, die jeweils an den Ausgang einer der Mischschaltungen Af], Af₂ angeschlossen sind, eine Addierschaltung Σο, die an die Ausgänge der Detektoren Z^₁ und D₀₂ angeschlossen ist, und ein Tiefpaßfilter F₀.

Die Amplitudenvergleichsanordnung enthält bei diesem Beispiel eine Subtrahie.rschaltung 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 Ausgangssigaal der Subtrahierschaltung kann in jeder an sich bekannten Weise ausgewertet werden (Oszillograph, Registriergerät, Rechengerät usw.). Falls ein Oszillograph CÄTVerwendet wird, ist dessen Signaleingang an den Ausgang der Subtrahierschaltung A angeschlossen, und die Horizontalablenkung des Bildschirms ist mit der Frequenzdurchstimmung des Übcrlagerungsoszillators durch einen Taktgeber //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 Subtrahierschaltung D erhält, wenn die Differenz S-aE positiv ist, wobei α der Dämpfungskoeffizient ist, während mit S und E die Amplituden der Signale an den Ausgängen der in gleicher Weise bezeichneten Kanäle bezeichnet sind. Ein Signal erscheint am Ausgang der Subtrahicrschallung A nur in dem Augenblick, in dem die Abstimmfrequenz der Filter Fi und F₁ mit der Frequenz des ihren Eingängen zugeführten kohärenten Signals zusammenfällt. Die Einstellung des Potentiometers P ermöglicht die Abschätzung der Güte der Kohärenz.

Dem Ausgang jeder Mischschaltung Af| und M₂ ist eine Speicherabtastschaltung B_x bzw. B₂ nachgeschaltet, 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 Imnuls und dem Signal des Überlagerungsoszillators); c 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 A vorgeschaltet, um die Dynamik des Ausgangssignals dieser Subtrahierschaltung auf einen leicht auswertbaren Wert zu bringen.

Das Kohärenzkriterium erscheint, wenn einerseits tatsächlich eine Kohärenz besteht und andererseits gleichzeitig die Frequenz der den Filtern F₁ und F₂ zugeführten 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 Fre quenz fest ist, erscheint das Kohärenzkriterium eben falls jedesmal für / = /₀ + fr/1, worin f„ die Frequenz des kohärenten Signals ist, / die Abstimmfrequem des Filters,,/), die Folgefrequenz und k eine beliebige ganze Zahl.

Die Frequenzdurchstimmung kann offcnsichtlicl automatisch erfolgen; die Folgeperiode dieser Frc quenzdurchstimmung hängt offensichtlich von der

ss Eigenschaften der behandelten Impulse (Dauer, Folge periode) ab.

Die Bandbreite Af der Filter F₁ und F₂ ist mit de Anzahl η von Impulsen verknüpft, die in kohärente Weise in dem Kanal S integriert werden können. Dies

Oo Anzahl bedingt den Kontrast oder das Verhältnis zwi sehen Nutzsignal und Rauschen am Ausgang; sic is im wesentlichen JrIAf- Der erhaltene Kontrast lieg in der Größenordnung von n, und die Gcsamtintc grationszcit oder Durchgangszeit des Signals im Filte

(,5 beträgt 1, = N/fif, wobei,/}, die mittlere Folgcfrcqucn der behandelten Impulse ist.

Das Verfahren und die beschriebenen Ausführung bcispiclc eignen sich für alle Impulse unabhängig vo

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Feststellung der Kohärenz von aufeinanderfolgenden Impulsen j.'¹ '">er Trägerfrequenz, dadurch gekennzeii .a, daß die Impulse in zwei verschiedenen parallelen Kanälen CS, E) behandelt werden, von denen der eine Kanal (S) ein Spektralanalysekanal 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, Σο) und ein nachgeschaltetes Tiefpaßfilter (R, F; F₀) enthält, sowie ein Spektralanalysekanal (S), der ein schmalbandiges Filter (F; F_h F₂) mit nachgeschaltetem Amplitudendetektor (D; D₁, D₂) enthält, angeschlossen sind, und daß an die Ausgänge der beiden Kanäle eine Ampütudenvergleichsanordnung (CP) angeschlossen ist.

3. 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 Frequenzumsetzeranordnung (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 NiederfrequenzfiUer bestehende Mischschaltungen (AZ₁, M₂) enthält, deren Signaleingänge mit dem gemeinsamen Eingang (I) verbunden sind, sowie einen durchstimmbaren Überlagerungsoszillator (OL), dessen Ausgang mit der einen Mischschaltung (M_x) direkt und mit der anderen Mischschaltung (AZ₂) über einen /^-Phasenschieber (Φ) verbunden ist, daß der Hüllkurvendetektorkanal (E) zwei mit dem Ausgang der einen bzw. der anderen Mischschaltung (AZ₁, AZ₂) verbundene quadratische Detektoren (D₀₁, D₀₂), eine an die Ausgänge der beiden Detektoren angeschlossene Addierschaltung (Eq) und ein an den Ausgang der Addierschaltung angeschlossenes Tiefpaßfilter (F₀) enthält, und daß der Spektralanalysekanal (S) zwei gleiche, mit dem Ausgang der einen bzw. der anderen Mischschaltung (AZ₁, AZ₂) verbundene Schaltungszweige (S_u S₂) aufweist, von denen jeder ein schmalbandiges Niederfrequenzfilter (F], F₂) mit nachgeschaltetem quadratischem Detektor (Z),, D₂) enthält und an deren Ausgänge eine Addierschaltung (Σ) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Dämpfungsschaltung (P) zwischen dem Ausgang des Hiillkurvendetektorkanals und der Amplitudenvergleichsanordnung (CP) angeschlossen 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 Hüllkurvendetektorkanals (E) und der andere Eingang an den Ausgang des Spektralanalysekanals (S) angeschlossen ist, sowie eine Katodenstrahlröhre (CRT), deren Signaleingang an den Ausgang der Subtrahierschaltung (A) angeschlossen ist und deren Synchronisiereingang parallel zu dem Frequenzsteuercingang des durchstimmbaren Uberlagerungsoszillators (OL) an den Ausgang eines Taktgebers (H) angeschlossen ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mischschaltung (M], M₂) eine Speicherabtastschaltung (Zi₁, S₂) nachgeschaltet ist.