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"Radar"Befehlszentrale" Die zentralen Steueraufgaben in Radaranlagen
übernehmen bisher die sogenannten Impulszentralen, die mit einer durch die Verdrahtung
festgelegten Impulsfolge den Programmablauf der Radaranlage dirigieren. Sie bauen
sich im allgemeinen aus einem Zähler und einem Dekodierer auf, wobei die Ablaufsteuerung
- das Programm - sich dann aus einer recht unübersichtlichen Anzahl von Drahtverbindungen
zusammencetzt.
Die Nachteile solcher Impulszentralen liegen vorwiegend in ihrer schlechten Anpassungsfähigkeit
an einen geänderten Programmablauf, so daß sie zeit- und kostenaufwendig für die
unterschiedlichen Radarsysteme separat konzipiert und hergestellt werden müssen,
Der Erfindung bzw. ihren Weiterbildungen liegt die Aufgabe zugrunde, eine universelle
zeit- und programmgesteuerte Radar-Befehlszentrale anzugeben, die X Befehle (z.
B. Impulse, Pulse, Wörter) zu Y Zeiten (z. B. ns bis sec) oder von Z Funktionsgruppen
(z. B. Sender, Empfänger, Videoprozessor) liefert bzw. empfängt, wobei die Werte
von X, Y,Z durch beliebig vorgebbare und innerhalb vorgegebener Grenzen änderbare,
ganze, positive Zahlen repräsentiert werden, die die im folgenden Text enthaltenden
Forderungen erfüllt.
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Die Befehlszentrale, die im folgenden abgekürzt mit BZ bezeichnet
ist, nimmt als zentrale Einheit alle Steuerungsaufgaben einer Radaranlage wahr,
wobei alle datenverarbeitenden Funktionen in einer Baueinheit durchgeführt werden.
Dabei soll diese BZ bei größter Flexibilität einfach im Entwurf, im Aufbau, in der
Benutzung, in der Wartung sein und
bei guter Qualität billig hergestellt
werden können. Sie ist mit digitalen, integrierten Schaltkreisen (ECL, TTL) so zu
realisieren, daß die angelieferten digitalen Eingangssignale von der BZ nach einem
vorgegebenen, aber jederzeit änderbaren Algorithmus verarbeitet und dann digitale
Ausgangssignale als Funktionen der Eingangssignale für die einzelnen Verbraucher
(= Funktionsgruppen) bereitgestellt werden. Dabei sind folgende spezielle Erfordernisse
mit besonderer Sorgfalt zu berücksichtigen: a) Die BZ ist so auszulegen, daß möglichst
viele unterschiedliche Radaranlagen incl. ihrer Varianten nach Erstellung der notwendigen
Anwendungsprogramme mit dieser einen BZ geprüft und betrieben werden können.
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Der einmalige Systementwurf und die -entwicklung der BZ muß auf wirkungsvolle
Weise für viele Anwendungen benutzt werden können.
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b) Die BZ muß X Daten (Impulse, Pulse, Wörter, zu Y Zeiten (Bereich:
ns bis sec) von Z Funktionsgruppen empfangen bzw. an diese liefern; diese Werte
X, Y, Z sind beliebig vorgegebene und innerhalb von vorgegebener Grenzen
änderbare
ganze positive Zahlen.
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c) Das Zeitraster #er BZ ist variierbar und darf nur von der Höhe
der extern angelegten oder intern erzeugten Taktfrequenz abhängen. Im Leitwerk ist
dabei auf besondere Jitterarmut aller ausgegebenen Signale zu achten.
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d) Als Kern der Befehlszentrale ist ein digitaler Kleinrechner einzusetzen,
dessen Mikro- und Makroprogramme nebst Daten (Konstanten) in separate leicht änderbare
bzw. mechanisch austauschbare Speicherblöcke abzulegen sind. Zum Einsatz kommen
in der BZ RAM- bzw, CAM-Speicherblöcke die ggf. gegen ROM-Speicher ausgetauscht
werden können e) Um optimale rtecvhenzeiten zu erreichen, sind alle Rechnerprogramme
in der Maschinensprache zu schreiben.
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f) Eine weitere Steigerung der Rechengeschwindigkeit ist durch den
Einsatz zweier getrennter Speicher für Programme bzw. Daten im Rechner erzielbar;
diese Maßnahme ist auch aus Sicherbeitsgründen ins Auge zu fassen.
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g) Neben den im ungestörten Betrieb automatisch laufenden Prüfprogrammen
sind relative Zeitmessungen an verschiedenen Programmstellen durchzuführen, um sowohl
Fehler in der Hardware als auch in der Software sicher erkennen und lokalisieren
zu können, da die Befehlszentrale ohne externe Prüfsignale arbeiten muß.
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h) Ein schneller Pufferspeicher (ECL) überführt einerseits den kontinuierlichen
Datenfluß des Rechners in einen von der Rädaranlage benötigten statistisch schwankenden,
andererseits bewirkt er eine Anpassung der niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit des
Rechners an die hohe von Zeitsteuereinheit und Komparator.
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i) Die E/A Einheit soll auf Interrupt-Basis mit Vorrang der Zeitsteuereinheit
arbeiten, jedoch muß im Normalbetrieb in den Programmablauf über diverse Bedienfelder
eingegriffen werden können.
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j) Ein gelegentlicher Totalausfall der Radaranlage wegen kleinerer
s .rllngee an der Befehlszentrale ist dadurch zu vermeiden daß ein höherer Aufwand
an Hardware und Software zup nsten einer größeren BZ-Zuverlässigkeit
toleriert
wird und daß die BZ Fähigkeiten aufweist, spezielle, eingeschränkte Notprogramme
abzuwickeln, unabhängig von Hardware-Defekten und Software-Fehlern.
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Die Erfindung betrifft somit eine universelle zeit- und programmgesteuerte
Radar-Befehlszentrale, die X Befehle (z. B. Impulse, Pulse, Wörter) zu Y Zeiten
(z. B. ns bis sec) an oder von Z Funktionsgruppen (Z. B. Sender, Empfänger, Videoprozessor)
liefert bzw. empfängt, wobei die Werte von X, Y, Z durch beliebig vorgebbare und
innerhalb vorgegebener Grenzen änderbarer ganze, positive Zahlen repräsentiert werden,
Diese BZ ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine digitale Zeitsteuereinheit,
ein digitaler Rechner, ein digitaler Pufferspeicher und ein digitaler Komparator
sowohl den zeitlich exakten Programmdurchlauf als auch den logisch richtigen Programmablauf
in der Radaranlage sicherstellen, daß die Zeitsteuereinheit ein beliebig variierbares
Raster erzeugt, das nur von der Höhe der extern zugeführten oder intern erzeugten
Taktfrequenz abhängt, daß der digitale, mikroprogrammier#ar# Rechrer mehrere separate
mechanisch leicht austauschbare Speicherblöcke, die wahlweise als Speicher mit wahlfreiem
Zugriff, als assoziative Speicher oder als Festwertspeicher ausgelegt s -d, ento
t, da der Pufferspeicher als sehr schneller S@eicher mit separater Steuerung -wahlwe
se im Multiplexbetrieb arbeitend - ausgelegt ist und
eine Dekodierschaltung
aufweist, die zum richtigen Zeitpunkt die entsprechenden Tore zu den Befehlsempfängern
vor einer Befehisausgabe aktiviert und daß ein sehr schneller digitaler Komparator
bei Koinzidenz der von der Zeitsteuereinheit und von dem, über den Rechner gespeisten
Pufferspeicher gelieferten digitalen Wörter Einheitsimpulse abgibt, die sowohl über
Befehle die Steuerung der Funktionsgruppen der Radaranlage übernehmen, als auch
auf den internen Ablauf der Befehlszentrale einen programmierbaren Einfluß nehmen
und dadurch die Bildung von Schleifen und Verzweigungen in derselben ermöglichen.
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l)ie Befehlszentrale nach der Erfindung und Weiterbildungen derselben
werden anhand der Abbildungen, die Ausführungsbeispiele zeigen, näher beschrieben.
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Ilierbei zeigen: ig. 1 schematisch den Kern einer Befehlszentrale
nach der Erfindung, iig. 2 das Blockschaltbild einer Befehlszentrale nach der Erfindung,
Fig. 3 das Blockschaltbild einer Eingabeeinheit zur Verwendung bei der Erfindung,
Fig. 4 das Blockschaitbild einer Zeitsteuereinheit zur Verwenng bei der Erfindung,
Fig.
5 das Blockschaltbild eines phasenstarren Regelkreises zur Verwendung bei der Erfindung,
Fig. 6 das Blockschaltbild eines Pufferspeichers und eines Dekodierers zur Verwendung
bei d-2'-^ Erfindung1 Fig. 7 die Struktur eines Kieinrechners zur Verwendung bei
der Erfindung, Fig. 8 die Speicherhiararchie, die bei der Erfindung anw~ndbar ist,
Fig. 9 das Blockschaltbild einer Ausgabeeinheit zur Verwendung bei der Erfindung.
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Anhand der Fig. 1 soll der BZ-Kern und mit dem Blockschaltbild der
Fig. 2 ihr Aufbau grob beschrieben werden. Dadurch werden die ihr zugrunde liegenden
Basisideen leichter erkennbar, bevor Detailprobleme näher behandelt werden.
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Den Kern der Befehlszentrale stellen die Zeitsteuereinheit, der digitale
Komparator incl. Pufferspeicher dar, die im on-line Betrieb arbeiten, und der digitale
Kleinrechner, der aus Kostengründen für niedrige Recbengeschwindigkeiten ausgelegt
ist und deshalb seine Daten im off-line Betrieb anliefert.
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Die Zeitsteuereinheit selbst besteht im wesentlichen aus zwei Zählern
- dem Steuerwerkzähler, der die zeitlich richtigen Steuersignale der BZ liefert
und dem Entfernungs- und Totzeitzähler - seine Aufgabe geht aus der Bezeichnung
klar hervor - dessen Stellenzahl bei vorgegebener Taktfrequenz die maximale Periodendauer
(= Entfernung und Totzeit) der Radaranlage bestimmt. Die Kapazität des durchlaufenden
Steuerwerkzählers richtet sich nach der Anzahl der Befehle (z. B. 16, die innerhalb
eines Entfernungsquantes in der BZ durchzuführen sind, die Kapazität des im Start-Stop-Betrieb
laufenden Entfernungs- und Totzeifzählers nach der Auflösung (= Länge) eines Entfernungsquantes,
z. B. 100 ns = 15 m) nach der Länge des Erfassungsbereiches (z.B. 100 km = 667 rs)
und der Totzeit (= Periodendauer - Entfernungsbereich). Als maximale Wortlänge der
Zeitsteuereinheit errechnen sich dann in dem gewählten Beispiel n = 1& Bit,
setzt man dabei eine Impulsfolgefrequenz von ca. 1 kHz an.
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Es ist selbstverständlich, daß die Wortlängen von Rechner, Pufferspeicher
und Komparator immer übereinstimmen, also hier ebenfalls mindestens 18 Bit betragen
müssen; es sei aber ausdrücklich betont dars dies nur eine beispielhatte Wortlänge
ist.
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Gemäß der Frequenz des angelieferten externen Mhttertaktes liefert
die Zeitsteuereinheit den zwei Zählerständen entsprechende digitale Wörter, deren
Inhalt die Summe von mehr oder weniger feinen Zeitquanten darstellt und die über
den digitalen Komparator den Realzeitbetrieb der Radaranlage steuern. Über phasenstarre
Regelkreise lassen sich noch variierbare Frequenzen für die einzelnen Funktionsgruppen
der Radaranlage ableiten.
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Der digitale Kleinrechner dagegen liefert im off-line Betrieb drei
Kategorien von Datenwörtern: 1. Zeitsteuerwörter, die über einen Pufferspeicher
zum digitalen Komparator laufen, der dann bei Koinzidenz -wort von Rechner- und
Zeitsteuereinheiv einen Impuls an eine zuvor durch den Rechner ausgewählte Funktionseinheit
abgibt, wobei dieser Impuls eine spezielle Zeitmarkierung darstellt.
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2. Wörter, die über den Dekodierer des Pufferspeichers die entsprechenden
Tore zu den einzelnen Funktionsgruppen zur gezielten Datenübertragung vorbereiten.
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3. Wörter, deren Inhalt spezielle Radarparameter wie z.B.
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Frequenz, Sendecode1 Staffelzeiten usw. darstellt, die aber meist
zur Fixierung ihres Übertragtaktes noch ein Wort nach Punkt 1 bedürfen.
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Die Berechnung der Wörter im Rechner erfolgt aufgrund zuvor eingespeister
Konstanten und seiner jeweiligen Programme oder über Bedienfeldeingriffe in das
laufende Programm. Da der Rechner im off-line Betrieb auch während der Totzeit kontinuierlich
arbeitet - er kann z B. einige Radarperioden dem Radar-Realzeitbetrieb 7'voraus
sein" - darf eine verhältnismäßig langsame Maschine eingesetzt werden. Auch die
Zykluszeit ihrer RAM-Speicher (l - 4) kann entsprechend langsam sein (z.B. 1 /15).
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Die Anpassung der verschiedenen schnellen Arbeitsweisen von Zeitsteuereinheit
und Rechnerausgabe, die leicht den Faktor 200 erreichen kann, übernimmt nämlich
der Pufferspeicher. Er muß nun natürlich nicht zum Ausgleich z.B. 200 Wörter k 18
bit speichern können, sondern max. z.B 64, da im allgemeinen in einer Radaranlage
nicht mehr als 64 Steuerbefehle hintereinander von der BZ in der kleinsten Zeitrasterung
abzugeben sind, bevor der Pufferspeicher über den Rechner wieder teilweise nachgeladen
worden ist.
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Der digitale Komparator - aus Zeitgründen kann hier leicht im.Multiplexbetrieb
gefahren werden - liefert lediglich wie erwähnt Impulse, die nun einerseits als
Steuerimpulse von der BZ direkt die entsprechenden Funktionsgruppen (z.B. Sender,
Antenne usw.) anlaufen, oder aber - neben der Durchführung von Steuerfunktionen
in der DZ selbst - die Übertragung der vom Rechner schon in einem Zwischenspeicher
der Ausgabeeinheit bereitgestellten Wörter (binäre Phasenkodierung) veranlassen.
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Gemäß Fig. 2 komplementieren eine E/A Einheit aus technischen Gründen
die DZ; die E/A Einheit wird aber, da sie prinzipiell keine neuen Gesichtspunkte
aufweist, hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt. Einzelheiten können weiter
unten nachgelesen werden. Ähnliches gilt für die Fehlerüberwachung.
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Ein sehr wichtiger Entwurfsparameter ist dagegen eine gewisse Fehlertolerierung
der DZ, die einen eingeschränkten Notbetrieb ermöglicht, wobei bei dieser Betriebsart
die zuletzt vom Rechner gelieferten Anlagaparameter zu Konstanten erhoben und nur
noch die wichtigsten Impulse (z.B. Radartrigger usw.) abgegeben werden. In diesem
Falle arbeiten nach der Fehlererkennung und -lokalisierung entweder die
Zeitsteuereinheit
oder der Pufferspeicher nebst Rechner und interner Generator als Zeitmarkengeber.
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Das Zusammenspiel der nun nachfolgend beschriebenen Baugruppen der
DZ zeigen detaillierte Blockschaltbilder, die im Text jeweils erwähnt werden.
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Die Eingabeeinheit (Fig. 3) vermittelt die Dateneingabe von Funktionsgruppen
bzw. Bedienfeldern der Radaranlage in den Rechner der DZ und steht an Stelle eines
der üblichen Rechnereingabegeräte, wie z.D. Lochstreifenleser, Lochkartenleser,
Fernschreibmaschine usw. dar. Zu beachten ist dabei, daß die Programm- und Dateneingabe
in die Speicher des Rechners nicht über diese Eingabeeinheit erfolgt, sondern über
eines der zuvor erwähnten Geräte. Über diese Eingabeeinheit werden vielmehr lediglich
von den Funktionsgruppen aus dem Betrieb resultierende Daten bzw. über die Bedienfeldtastaturen
Daten-und Programmodifikationen in den Rechner eingespeist. Das Datenvolumen ist
also relativ beschränkt,und nur aus Gründen der Betriebssicherheit und der Flexibilität
wickelt eine vom Rechnerleitwerk unabhängige Eingabesteuerung das Kanalprograrnm
in eigener Regie ab, sorgt für einen reibungslosen Datentransfer und liefert jeweils
nach Übertragungsende ein Fertigsignal an den Rechner. Hier mehr Aufwand zu investieren,
erscheint
wenig sinnvoll, da die bei Rechnern typischen Programmverzahnungen
nicht auftreten.
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Alle Eingangssignale werden dann über verdrillte, symmetrische, abgeschirmte
Doppelleitungen an die BZ geführt und transformatorisch auf die Kabelempfänger KE
(Datenempfänger für digitale Datenübertragung mit binärer Phasenkodierung) eingekoppelt,
so daß weder durch elektrische oder magnetische Störfelder noch Masseschleifen irgendwelche
Störspannungen in die BZ gelangen können. Diese Maßnahme ist besonders wichtig,
da die BZ mit allen Funktionsgruppen der Radaranlage korrespondiert und bei einer
galvanischen Kopplung der Signal- oder Netzleitungen untereinander ein unübersehbares
Gewirr von Masseschleifen in der Radaranlage entstehen würde, was katastrophale
Folgen für die Betriebssicherheit im Hinblick auf die riesigen Unterschiede der
Verarbeitungspegel der einzelnen Funktionsgruppen nach sich ziehen würde. Neben
einer sauberen Entkopplung sorgen die KE auch für die Signalregenerierung, so daß
die eingelaufenen Informationen mit richtigem Pegel dem Eingaberegister angeboten
werden. Neben der Wortinformation liefern die KE1s aber auch noch einen Uber~abetakt
an die Eingabesteuerung, der anzeigt, daß ein neues Wort abholbereit im KE ansteht.
Dieser Übergabetakt kann nun in dem KE selbst erzeugt werden,
oder
wird vom Komparator als Einheitsimpuls bereitgestellt.
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Ein Transportbefehl der Eingabesteuerung veranlaßt dann einen Übertrag
des Inhaltes des Eingaberegisters in den Zwischenspeicher und von hier in den BZ-Rechner.
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Über das Relaiskoppelfeld kann per Tastaturen in das laufende Programm
in Form von Modifizierungen seines Ablaufes bzw.
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seiner Daten eingegriffen werden. Die Relais stellen dabei wiederum
eine potentialfreie informationsübergabe sicher, gewähren auf Grund ihrer mechanischen
Trägheit auch eine nicht zu unterschätzende Störsicherheit und werden gemäß Fig.
3 installiert und aus dem BZ-Netz gespeist.
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Im großen und ganzen ist der über diese Eingabeeinheit fließende Datenfluß
bescheiden, zumal nach Entwicklungsabschluß Programme und Daten einer der Radaranlage
fest zugewiesenen BZ ziemlich fest und klar sind, so daß keine allzu großen Anforderungen
an dieses Randorgan, über das die BZ mit der Außenwelt verkehrt, zu stellen sind.
Auf einen wichtigen Punkt sei jedoch verwiesen: Die universelle BZ erhält immer
im Entwicklungsstadium einer Radaranlage alle Programme und Daten über eines der
bekannten Eingabegeräte eingespeist; sie besitzt also nur Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM's).
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Läuft dann die Serienfertigung dieser Radaranlage an, so werden diese
Speicher bis auf einen aus Sicherheitsgründen durch Strukturspeicher (ROM's) ersetzt;
dies gilt sowohl für die Abspeicherung der Mikro- als auch der Makroprogramme (Betriebssystem
und Anwendungsprogramme !).
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Die Zeitsteuereinheit stellt die richtige zeitliche Lage ton Impulsen,
Pulsen und Wörtern innerhalb einer oder mehrerer aufeinanderfolgender Radarperioden
in allen Funktionsgruppen der Radaranlage sicher; sie sorgt für den zeitlich korrekten
Programmablauf, wobei in einer modernen, zum Teil störungsgesicherten Anlage (z.B.
variable Staffelzeiten, Frequenzen usw.) die Anforderungen in bezug auf Auflösung,
Genauigkeit, Flexibilität und Jitterfreiheit sehr hoch geschraubt sein können, Aus
systemtechnischen Gründen erzeugt dabei die Befehlszentrale i. a. die das Zeitraster
der Anlage bestimmende Taktfrequenz ts. Fig. 4) im ungestörten Betrieb nicht selbst,
sondern diese wird von einer sogenannten Frequenzzentrale, die einen hochstabilen
Quarzoszillator aufweist, angeliefert. Nur im Fehler-, Prüfungs- oder Wartungsfall
wird auf den in der BZ installierten Taktgenerator bzw. den Handtakt über den Betriebsmoduswahlschalter
übergegangen.
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Für die beiden Betriebsfälle Prüfen - Warten" ist der wahlweise per
Hand auf die Teilerfaktoren 100, 10-¹, 10- einstellbare programmierbare Teiler
vorgesehen. Durch eine solche stufenweise Erniedrigung der Eingangsimpulsfolgefrequenz
kann die Fehlersuche und -lokalisierung in bezug auf Laufzeiten, kapazitives Übersprechen,
oszillographische Aufzeichnung usw. wesentlich erleichtert werden. Dieser Baustein
hat prinzipiell mit der Funktion der BZ nichts zu tun und ist deshalb hier auch
nicht weiter exakt behandelt.
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Der Steuerwerkzähler ist ein frei durchlaufender Zähler und hat drei
Aufgaben zu erfüllen, Über weiter unter anhand der Fig. 5 beschriebene phasenstarre
Regelschleifen liefert er für die einzelnen Funktionsgruppen der Radaranlage jeweils
die benötigte Betriebsfrequenz f mit einer sehr hohen Gen nauigkeit und einer Stahilität,
die mit der des Muttertaktes identisch ist. Weiterhin stellt er die Steuerwörter
Win, aus denen der digitale Komparator dann die Steuerbefehle S1n ableitet, zur
Verfügung, Ihre Anzahl und damit die Zählerkapazität wird durch die Anzahl der im
jeweiligen Betriebsmodus benötigten BZBefahle festgelegt,die innerhalb der einze@nen
Punkt@op@@@upp@r in einer Zeitspanne auszuführ en sind, die einen Entfernungsquant
der Radaranlage, d.h. ihrer
Sendeimpuls bzw. subpulslänge entspricht.
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Die Zahl dieser BZ-Steuerbefehle bewegt sich im allgemeinen um 16,
so daß man einen, mit einem einschrittigen Kode arbeitenden Zähler (Spikesunterdrückung')
von 4 - 5 Bit Länge vorzusehen hat. Um Laufzeitschwxrigkeiten zu eliminieren, sollte
die Wortübergabe auf den verzögerten Eingangstakt synchronisiert werden. Über einen
Dekodierer (1 aus n) liefert der Steuerwerkzähler auch periodische Steuertakte TP
, die zum Teil den internen Verkehr in der DZ dirigieren.
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Der Verzögerungszähler erfüllt in der Zeitsteuereinheit nur die Hilfsfunktionen,
ganz definierte und reproduzierbare Verzögerungen in den zeitlichen Programmablauf
der DZ einzufügen. Ein typischer Anwendungsfall besteht z.B. darin, nach Einlaufen
eines StarDefehls für das Rechnerbefehlswerk die Ansteuerung des Entfernungs- und
Totzeitzählers so lange zu unterbinden, bis der Pufferspeicher vom Rechner her geladen
ist und der Betrieb aufgenommen werden kann; mit anderen Worten: dem Rechner - so
notwendig - einen gewissen Verlauf zu gewähren' um seine langsame Arbeitsweise an
die schnelle der ltadarantage anzupassen. Die Steuerung
dieses
Zählers erfolgt vom Befehlswerk des Rechners aus.
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Allgemein läßt sich die Radarperiode in zwei Zeitabschnitte einteilen:
Totzeit und Empfangsbereich, die sich mit veränderbaren Werten zum Teil periodisch
wiederholmen In der Totzeit erfolgen z.B. die Sendeaufbereitung, die Prüfsignalverarbeitung
und diverse ECM-Maßnahmen, wohingegen im Empfangsbereich, der je nach geforderter
Bedeckung mit der Elevation variieren kann, lediglich Radarechopositionen (Entfernung,
Azimut, Elevation) bestimmt werden. Aufgabe dieses Zählers ist es nun, als Entfernungswert
eines georteten Objektes den Betrag seines Radiusvektors als Summe der gezählten
Entfernuiigsquanten festzuhalten und die sich aus der Differenz Periodendauer -
Empfangsbereich ergebende Totzeit zu fixieren, Für jede Radarperiode werden dann
vom Rechner die jeweils gewünschten bzw. errechneten Worte aller Steuersignale innerhalb
einer Periodendauer im Pufferspeicher abgelegt. Bei Koinzidenz dieser Wörter mit
den Steuerwörtern W3n liefert der digitale Komparator dann die zugehörigen Steuersignale
S3n an die einzelnen Funktionsgruppen aus.
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Im Gegensatz zum Steuerwerk wird dieser Zähler über das Rechnerbefehlswerk
in Verbindung mit dem Komparator im Start-Stop-Betrieb gefahren; seine Kapazität
richtet sich nach Auflösung und Radarimpulsfolgefrequenz der Radaranlage.
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Ein sich anschließender Hilfszähler kann wahlweise als z.B.
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Sweep-Zähler, Elevationszähler und Azimuttotzeitzähler betrieben werden,
wenn der eingesetzte Rechner diese Funktionen nicht per Programm erledigen kann.
Der Aufbau dieses Zählers ist unkritisch, nur sollte auf eine parallele Arbeitsweise
geachtet werden. Die Zählerkapazität wird im allgemeinen max. 8 Bit betragen. Die
zugehörigen Steuerwörter sind in Fig. 4 mit W4n bezeichnet.
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Die phasenstarren Regelkreise nach Fig. 5 - ihre Anzahl ist an sich
beliebig und jederzeit modifizierbar - werden vom entsprechenden Abgriff des Steuerwerkzählers
gespeist und dienen zur Frequenzteilung und -vervielfachung auch bei nicht ganzzahligem
Frequenzverhältnis f :f - . Im Prinzip wird aus ein in dieser Schaltung die Phasenlage
zweier Wechselspannungen miteinander verglichen and der Phasendiskriminator liefert
dann eine Fehlerspannung, die nach einer Siebung zur Nachregelung eines internen
Oszillators benutzt wird. Aus der heruntergeteilten Mutterfrequenz als Referen2frequenz
lassen
sich auf diese Weise viele andere Frequenzen mit gleicher
Stabilität erzeugen. Diese sog. phase locked loops sind als integrierte Bausteine
erhältlich, so daß Einzelheiten aus den zugehörigen Applikationsberichten entnommen
werden können.
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Als internen Taktgeber dient ein quarzstabilisierter, jedoch im Aufbau
relativ einfach gehaltener Oszillator. Seine erste Aufgabe ist es, bei Ausfall der
externen Taktfrequenz den Ablauf eines Notprogramms zu ermöglichen. Hieraus resultiert,
daß seine Frequenz ungefähr mit der des Muttertaktes übereinstimmen sollte, seine
Langzeitstabilität kann 1 - 2 -6 Größenordnungen geringer sein (@10 ). Zum zweiten
liefert er ein Referenzsignal für die Taktüberwachungsschaltung, in der festgestellt
wird, ob die Frequenzlage des Nuttertaktes größenordnungsmäßig stimmt Der Handtakt
wird über einen Umschalter und ein RS-Flip-Flop ebenfalls in dieser Baueinheit erzeugt
und dient ausschließlich Wartungszwecken.
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Da die Gcnauigkeit bci d#r Zielerfassung und -verfolgung ausschließlich
von der Genauigkeit und der Kurzzeitstabilität des Zeitrasters der Radaranlage und
dieses wiederum nur vom
Muttertakt abhängt twird dieser kontinuierlich
in bezug auf Nulldurchgänge überwacht. I)a die Mcßdauer relativ lang ist, können
integrierende Meßverfahren angewendet werden, die einen etwa überlagerten Netzbrumm
gut eliminieren.
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Wird Totalausfall oder werden sporadische Fehler von der Frequenzüberwachung
festgestellt, so erfolgt eine externe Fehlermeldung in das automatische Fehlermddesystem
und eine Umschaltung auf den internen Taktgenerator. Die Präzision der Radaranlage
leidet zwar unter dieser Maßnahme, doch ist ein eingeschränkter Notbetrieb meistens
leichter während der Pehlerreparatur zu tolerieren als ein Totalausfall. Bei Bedarf
kann nun die Frequenzzentrale ebenfalls auf diesen internen Takt aufsynchronisiert
werden.
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Ein digitaler Komparator übernimmt den Soll-Ist-Vergleich im Zeitablauf-der
Befehlszentrale, Den Sollwert liefert über einen schnellen Pufferspeicher der Rechner,
den Istwert, ebenfalls in Form digitaler Wörter, die Zeitsteuereinheit.
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Bei Koinzidenz von Soll- und Istwert gibt der Komparator einen Einheitsimpuls
ab, der entweder als eine Zeitmarke über ein oder mehrere schon zuvor vom Rechner
vorbereitete Tore den entsprechenden Baueinheiten innerhalb und außerhalb der BZ
zugeführt
wird oder aber die Ausgabe eines schon im Ausgabe register bereitgestellten Wortes
(Telegrammes) über ein oder mehrere vorbereitete Tore zu den jeweiligen Baueinheiten
v-eranlaßt. Je nach Auflösungsvermögen der Radaranlage kann sich das Arbeitsverhalten
des Komparators bis in den unteren ns-Bereich (#5 5 ns) bewegen,~ so daß neben dem
Einsatz einer schnellen Logikfamilie (z.B. MECL 16003 auch an einen Multiplexbetrieb
gedacht werden muß. Aus Jittergründen ist dabei eine Aufsynchronisation des Einheitsimpulses
auf den #utter-#akt unerläßlich. Wichtig ist hier, daß der digitale Komparator nicht
nur die anderen Funktionsgruppen der Radaranlage über Impulse steuert, sondern auch
innerhalb der BZ viele Steuerungsaufgaben wahrnimmt.
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Seine Jiaui>taufgabe ist die Erzeugung von Einheitsimpulsen zur
Zeitmarkierung, d.h.: Momentane Soll-Zustände in der Radaranlage - sie werden ihm
vom Rechner in Form digitaler Wörter geliefert - tastet er schnell ab, erfaßt sie
und aktiviert über seine ausgegebenen Einheitsimpulse die entsprechenden Ausgänge,
wenn die Wörter der Zeitsteuereinheit gewisse durch die Recbnerwörter vorgegebene
Kombinationen aufweisen .
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Ein Pufferspeicher gewährleistet eine optimale Rechnerleistung,
damit
der Rechner möglichst wenig unterbrochen wird, d. h.
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kontinuierlich seine Programme abarbeiten kann. Der optimale Programmablauf
einer modernen Radaranlage benötigt dagegen einen statistisch schwankenden Datenfluß,
abhängig von der Programmphase der Radaranlage. Die Adaption dieser beiden Arbeitsweisen,
die sich außerdem in ihrer Arbeitsgeschwindigkeit um Größenordnungen unterscheiden,
übernimmt ein schneller Pufferspeicher. Dieser Speicher ist entweder mit wahlweisem
Zugriff organisiert oder als assoziativer Speicher ausgelegt.
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Da der Pufferspeicher mit den erforderlichen ~Zeitsteuerwörtern" für
jede Radarperiode vom Rechner neu geladen wird, kann der Vorgang des Wiedereinschreibens
im Speicher nach dem Lesen entfallen, ein Umstand, der bei der Speicherwahl berücksichtigt
werden muß. (Zugriffszeit ist nur von Interesse').
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Die Kapazität dieses Speichers wird bei max. 64 Wörtern za 24 bit
liegen; mehr Wörter werden normalerweise im Mittel in einer Zeit von 64 s nicht
benötigt, wenn man als mittlere Zeit zur Durchführung einer Rechenoperation 1 ps
annimmt, d.h. der Speicher nach 64 ts wieder geladen ist. Dieser Pufferspeicher
sollte einen direkten Zugriff zum Arbeitsspeicher des Rechners haben, in dem die
Zeitsteuerwörter zur Zwischenspeicherung abgelegt sind. Da sich der Abruf von 2
- 5 Befehlen in der Radaranlage in sehr kleinen Zeiträumen abspielt (( 10 bisc 25
ns),sollte der Pufferspeicher ebenfalls
mit der #1ECL III Familie
realisiert werden und kontinuierlich vom Arbeitsspeicher des Rechners nachgeladen
werden.
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Durch die vorstehend beschriebene Kombination Zeitsteuereinheit -
Pufferspeicher - Rechner ist der digitale Rechner mit dem Betriebsablauf der Radaranlage
derart synchronisiert, daß seine zur Programmsteuerung der Radaranlage errechneten
Werte unmittelbar zu deren Steuerung in Realzeit verwendet werden können und somit
über alles gesehen eine "enorme Rechnerleistung" erzielt wird.
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Eine weitere Aufgabe des Pufferspeichers ist es, über eine Dekodierschaltung
die Steuersignale Pl - Pn zu liefern, die über Tore die Leitungswege zu den einzelnen
Funktions-und gruppen/# BZ selbst durchschalten, damit eine gezielte Infc#rrnation#übertragung
in Realzeit (Impulse, Pulse, Wörter) stattfinden kann (b. Fis 6).
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Sorgt die in Realzeit arbeitende Zeitsteuereinheit für den zeitlich
exakten Progranimdurchlauf in der BZ, so ist es Aufgabe des Rechners, den logisch
richtigen Programmablauf sicherzustellen. Zur Lösung dieses zweiten Problemkreis
es ist beim heutigen Stand des technik der Einsatz eines digitalen fileirwechnars
zweckmäßig, da einerseits die gesamte Aufgabenstellung "Programmsteuerung von Radaranlagen"
doch leicht
überschaubar und begrenzt ist, d. h. man kommt i. a.
mit einem einfachen Betriebssystem und mehreren gelegentlich leicht atlzuändernden
Arbeitsprogrammen nebst einem Satz standardisierter Mikrobefehle aus, andererseits
trotz laufender Vcrbesserung der Rechnerparameter (z. B. Zugriffszeit z.Z. c 10
ns, Volumen schrumpfend usw.) mit einer laufenden Verminderung der llardware-Rechnerkosten
zu rechnen ist, ein Faktor, der nicht unberücksichtigt bleiben sollte.
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Der Rechner der BZ - sie ist prinzipiell für praktisch alle z,Z bekannten
Hadarvarianten hardwaremäßig nur ein einziges Mal zu entwickeln und zu bauen - muß,
um seiner Aufgabe bei diesem Einsatz gerecht zu werden, die volle Flexibilität eines
programmspeichernden Systems aufweisen. D.h. aber, daß seine gesamten Speicherblöcke
mit wahlfreiem Zugriff, also mit ItAtI- bzw. CAI Bauelementen zu realisieren sind.
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Anders verhält sich die Situation für diejenigen Rechner, die später
einem bestimmten Radartyp über die BZ fest zugeordnet sind. Sie werden bis auf einem
RAM-Speicher ausnahmslos aus Gründen der Sicherheit und der Unzerstörbarkeit ihres
Speicherinhaltes mit ROX Speicher (PROM) bestückt, die als Kassetten mechanisch
leicht austauschbar sind. Der Sinn dieser Maßnahme liegt darin, daß im Entwicklungsstadium
einer
Itadaranlage Mikro- undMakrobefehle nebst Anlagenkonstanten
laufend Veränderuiigen unterworfen sind, die ohne Aufwand schnell durchgeführt werden
müssen; nach Abschluß der Entwicklungsarbeiten sind jedoch alle Anlagengroßen mehr
oder weniger spezifiziert und können in Festwertspeicher (ROM, PROM) abgelegt werden.
Fig. 7 gibt im Prinzip den funktionellen Aufbau des Klei1nechners wieder. Da ein
solcher Rechner einerseits nichts grundsätzlich Neues bietet, andererseits auch
als Kaufteil betrachtet wird, wird zur weiteren Information auf die einschlägige
literatur bzw. das sehr reichhaltige Prospektmaterial verwiesen.
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Um aber wenigstens ein Gefühl für die Größenordnung dieses digitalen
Rechners zü geben, seien zum Schluß nur einige Richtwerte angefügt: Der Rechner
kann z.B. als Einadreßmaschine bei einer Wortlänge von ca. 24 Bit mit binärer Festkommarechnung
arbeiten. Die Datenwörter weisen innerhalb ihrer 24 Bit eine Schutzstelle und eine
Registrierstelle für Überläufe auf, so daß sich am Wortanfang die Bitkombination
00 für alle gijltigen positiven Zahlen und LL für alle giftigen negativen Zahlen
ergibt. Die Befehlswörter bauen sich aus Operationsteil mit 6 Bit, Adreßteil mit
12 Bit und Indexteil mit 6 Bit auf.
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folie Verarbeitung der wörter erfolgt synchron im Parallelbetrieb,
wobei unbedingt Indexregister vorhanden sein müssen, da sie die Gesamtgeschwindigkeit
des Rechners wesentlich erhöhen können. Als Instruktionen dürften arithmetische
Operationen (4), tische Operationen, Shiftbefehle, Indexbefehle, Transportbefehle,
bedingte und unbedingte Sprungbefehle, Adresseiibefehle und Sets- bzw. Löschbefehle
i. a. gut für alle vorkoinnienden Aufgaben ausreichen.
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Die Speicherblöcke selbst sind in stufenweise ausbaubaren 1K-Blöcken
bei einer Zykluszeit von <1 1µs ausgelegt, Werte, die völlig unproblematisch
sind und die mit der Zeit ungefähr übereinstimnen, in der ein Befehl ausgeführt
wird. Auf die leichte mechani#che Austauschbarkeit der einzelnen Speicherblöcke
ist besonderer Wert zu legen, ebenso sind getrennte Speicher für Programme und Daten
vorzusehen.
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Der Maschinontakt des Rechners soll wahlweise intern erzeugt oder
extern aus SUnchronisationsgründen zugefügt werden können Der Anpassung der E/A-Werke
des Rechners an die Geschwindigkeit der übrigen Baugruppen der BZ ist besondere
Aufmerksainkeit zu schenken.
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Bei der Hardware sind weitgehende Standardisierung und Modulbauweise
der
Kleinrechner hier Gebot. Der rasch fortschreitende hohe Integrationsgrad - ganze
Baugruppen innerhalb eines integrierten Bausteins - soll aus Zuverlässigkeits-und
Kostengründen voll ausgenutzt werden, so daß der Rechner bei einer Bauhöhe von ca,
132 mm in einem l9"-Einschub unterzubringen ist (ca. 25 Leiterkarten im Europa-Format).
LogikfalaiFlie, Stromversorgung, Verdrahtung und Abschirmung sind so auszulegen
bzw. zu wählen, daß der Rechner einwandfrei auch in stark gestörter Umgebung (z.B,
Modulator des Senders) arbeitet und über sein Anschlußfeld keinerlei Störspannungen
auf sämtliche Signal bzw. Netzleitungen gelangen können.
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Die zugehörige Software der Befehlszentrale erweitert in betrachtlichem
Umfang die Fähigkeiten ihrer Hardware, wobei sie dem Benützer gleichzeitig noch
Routine- und Überwachungsarbeiten abnimmt. Der Übersicht halber ist dieser Aufgabenkomriex
in den drei separaten Abschnitten mit den Untertiteln: Mikroprogrammierung Betriebssystem
Arbeitsprogramme behandelt d El t: t Y I Mikroprogrammierung #Tj# einen aus der
Vielzahl (max. 64) der durch den Radararanlagentyp
vorgegebenen
Befehle ablaufen zu lassen, wird dieser in eine Folge von >llkrooperationen zerlegt,
deren Summe als Mikroprogramm bezeichnet wird die Bitkombinationen des Operationsteiles
stellen diesen Satz von Befehlen dar. Die Funktion, die dann letztlich durch jeden
Befehl ausgeführt werden soll, hängt lediglich vom gespeicherten speziellen Mikroprogrand
ab. Den zeitlich und logisch richtigen Ablauf dieser Folgen bzw. Mikroprograinine
übernimmt die in Fig. 7 gezeigte Befehlssteuerung, die natürlich auch für die richtige
Interpretation der im Operationsteil eines Befehlwortes abgelegt ten Anweisung sorgt.
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Das Mikroprogrammwerk wird dabei zweckmäßigerweise nicht mit Steuersignal-
und Fortschaltmatrix aufgebaut, sondern ein ?likioprogrammspeicherwerk liefert die
Folge der Mikrobefehle an das Rechenwerk Dadurch läßt sich auf elegante Weise in
jeder Entwicklungsphase der Radaranlage das Befehlsverzeichnis der BZ ändern, ohne
in die Hardware des Rechners eingreifen zu müssen. Die Ablaufsteuerung in diesem
mikroprogrammierten Rechner übernimmt das Mikroprogrammleitwerk, das eine Baugruppe
des Befehlswerices darstellt. Der Mikroprogrammspeicher ist in der univei-selien
BZ - also im Entwicklungsstadium einer Radaranlage - als sehr schneller RAM-Speicher
ausgelegt (flexibles Befehlsverzeichnis), der nach Erprobungsende in
dur
Serie durch einen schnellen ROM-Speicher (starres Befehlsverseichnis) ersetzt wird.
ROM-Speicher bieten auch hier hohe Störsicherheit und sind unempfindlich gegen Betriebsspannungsausfälle
cder -abschaltungen.
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Der Mikroprogrammspeicher ist als separate, mechanisch leicht austauschbare
Speicherkassette ausgelegt, da wegen seiner besonder kurzen Zugriffszeiten eine
Integration in den Hauptspeicher nur unnötige Kostensteigerungen erzeugen würde.
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Die Anzahl der Mikrobefeble wird sich um ca. i6 bewegen, wobei die
richtige Auswahl für eine optimale Ausnutzung des Mikroprogramms von fundamentaler
Bedeutung ist.
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Durch diese Technik der Mikroprogrammierung werden die große ulld
im allgemeinen anch unübersichtliche Anzahl Drahtverbindungen und die einzelnen
Matrizen eliminiert, eine Vereinfachung und Verbilligung der doch recht kostspieligen
Verdrahtung erreicht und durch den Einsatz von Festwertspeichern in integrierter
Bauweise eine äußerst rationelle Serienfertigung sichergestellt, II. Betziebssystenie
Rechnerinterne Steuer 1 Überwachungs- und Koordinierungsfunktionen,die einen reibungslosen
Betriebsablauf gewähren, werden
vom Betriebssystem (internes Programmsystem)
als Verwaltungs-und Organisationsaufgaben wahrgenommen. Es sorgt für die optimale
Durchführung der verschiedenen Programmabläufe, eine Aufgabe, die der Operator über
die Eingabetastatur wegen der hohen Arbeitsgeschwindigkeit des Rechners nicht lösen
kann.
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Im wesentlichen sind in unserem Anwendungßfalle, wo kaum komplexe
Betriebsarten zu erwarten sind, folgende Aufgaben durchzuführen: a Steueranweisungen
für den Verkehr zwischen Benutzer und Rechner.
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Speicherzuteilung und Speicherschutz.
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Festlegung von Prioritäten.
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Aktivierung von Programmabläufen und Programmwechsel bei Interrupts;
d.h., der Rechner soll wahlweise ein zyklisches oder ein sporadisches Betriebsverhalten
beherrschen.
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Programmüberwachungen durch automatisch durchgeführte relative Zeitmessungen
an charakteristischen Programmstellen.
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Das Betriebssystem wird in der Projektierungsphase in einem in lE-Schritten
stufenweise erweiterbaren RAM-Speicher abgelegt; nach der Enderprobung wird dieser
Speichçrblock ebenfalls gegen einen mechanisch leicht auswechselbaren ROM-Speicher
ausgetausclt, da dann ja das Programm für die Erfüllung
der zuvor
genannten Aufgaben festliegt. Eine Speicherkapazitrat von max. 4 K wird im Mittel
als ausreichend erachtet.
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Beim Kauf eines digitalen Kleinrechners ist darauf zu achten, daß
das vom Hersteller eventuell mitgelieferte Betriebssystem dem Benutzer auch wirklich
hilft, seine eigenen Anwendungsprogramme aufzubauen, zu testen und zum Laufen zu
bringen.
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III. Arbeitsprogramme Die anwendungsorientierte Software wird hier
unter dem Namen Benutzer- bzw. Arbeitsprogramme geführt. Diese Makroprogrammmierung
liefert die Anweisungen an den Klenrechner, die er benötigt, um automatisch ein
Problem zu lösen, In vorliegendem Falle werden aus Gründen der besseren Ausnutzun&
von Speicherplätzen und Feckengeschwindigkeit alle ge#.tnschten Programme - deren
Anzahl hält sich selbst bei einGr sehr umfangreichen Radaranlage in überschaubaren
Grenzen - als Binärkode in der Maschinensprache des Kleinrechncrs mit absoluter
Adressierung geschrieben. Dies ist zwar ein schv.ieriger und zeitraubender Vorgang,
der aber wegen seiner Seltenheit, akzeptiert werden kann, zumal, wenn man sich die
vielen sonst für Assembler bzw. Compiler benötigten und jetzt eingesparten Speicherplätze
vor Augen hält. Eine Optimierung von Rechenzeiten ist durch den Einsatz der Maschinensprache
ebenfalls möglich und soll auch voll ausgenützt werden.
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Die extern über Lochkarte oder Lochstreifen eingelesenen Programme
werden dann als Befehlsfolge in den Speicher 2 eingelesen, der im "Laborgerät" als
RAM-Speicher,im Seriengerät als ROM-Speicher ausgebildet ist.
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Im Speicher l liegt dann also der residente Teil des Betriebssystems;
die Konstanten bzw. Daten werden im Speicher 3 abgelegt, der Speicher 4 dient als
Arbeibspeicher zur Abspeicherung von E/A-Daten und von Zwischen- bzw. Endergebnissen,
und im Speicher 5 werden die Mikroprogramme abgelegt. Der Grund für diese strenge
Speicheraufteilung liegt zum einen in den hohen Sicherheitsanforderungen und zum
anderen in dem Wunsch, auch Seriengeräte durch den Austausch kleiner, d.h.
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billiger Festwertspeicherkasseten modifizieren zu können.
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Über den eigentlichen Programmaufbau können hier keine speziellen
Angaben gemacht werden, da Programme und Radaranlage letztlich unbedingt aufeinander
abgestimmt sein müssen. Prinzipiell sollte man aber folgende Programme erstellen:
1, Sweep-Programme: Von ihnen werden alle die Probleme bearbeitet,die innerhalb
einer Radarperiode - deren Länge statistisch schwanken kann (Staffelzeiten, Bedeckungsvorgaben
usw.) - anfallen.
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2, Elevations-Programme: Diese Programme steuern den zeitlichen Ablauf
in der Radaranlage in Abhängigkeit von der Elevation der Antennenkeule und des eingestellten
BetrieÜsmodüs. (Normal-Video, Einfach-MTt, Doppel-MTI, Integration usw.).
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3. Azimut-Programme: In Abhängigkeit von der azimutalen Stellung der
Radaranlage sind verschiedene Operationen - z.T. in Verbindung mit den Elevations-Programmen
- durchzuführen (z .B. Korridorausblendung, Umschaltung gemäß digital vorgegebenen
Karte usw.). Hierein fallen auch die Bereitstallungen von Befehlen, die in der sog.
Azimut-Totzeit auszuführen sind.
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4, Programme für Zufallszahlen: Aus ECM-Gründen sind in größeren Radaranlagen
häufig deren Parameter nach statistisoh verteilten Maßzahlen zu ändern.
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Diese sogenannten pseudo-random Wörter Wörter werden durch diese Programme
erzeugt, falls kein externer Zufallsgenerator in der BZ per Hardware eingesetzt
wird.
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3. Prüf-Programme: Sie laufen im Betrieb automatisch durch und überpru~fen
mit Hilfe simulierter, fest vorgegebener Prüfdaten den "Normalbetrieb
"
i.n der DZ. Weiterhin werden von ihnen relative Zeitmessungen an verschiedenen Stellen
der en erAnwendungsprogramme aktiviert, um über Zeitüber- oder-unterschreitungen
auf Soft- bzw. Hardwarefehler zu stoßen.
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6. Diagnose-Programme: Nach einer Fehlermeldung durch die BZ übernehmen
diese Proganze die Fehlerlokalisierung im Wartungsfalle.
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Die richtige Programmanwahl und der -ablauf wird dann über das zuvorerwähnte
Betriebssystem sichergestellt.
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Der Vorteil dieser Programmsteuerung liegt auf der Hand: Nach einer
einmaligen Erstellung von Hardware-Unterlagen sind Varianten für den Steuerungsablauf
und -inhalt von Radaranlagen nur durch Software-Anderungen und die zugehörigen Unterlagen
zu realisieren. Ein Vorgang der sehr preisgünstig und zeitsparend ist.
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Die Ausgabeeinheit übernimmt die zeitlich und strukturell richtige
Ausgabe der von den einzelnen Baugruppen der BZ gelieferten Daten. Prinzipiell ist
mit drei Ausgabeformaten zu arbeiten:
impulse (= Steuerbefehle)
Pulse (= Arbeitsfrequenzen, Synchronisation) Wörter (= I)aten) die entweder an die
X Funktionsgruppen incl. der BZ der tadaranlage durchgereicht oder aber von dieser
angeliefert (Eingabeeinheit) werden.
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Nach Fig. 9 werden die Zeitmarken (Steuerbefehle) vom Digitalen Komparator
geliefert, die über die durch die Steuersignale Pl-Pn der Dekodierschaltung vorbereiteten
Tore Tl bis Tn den einzelnen externen und internen Baugruppen entweder direkt angeboten
werden, oder die eine digitale, serielle oder parallele Übertragung binär-phasenkodierter
Wörter auslösen.
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phasenstarre Regelkreise liefern weiterhin hochstabile, vom Muttertakt
abgeleitete und eventuell umgesetzte Frequenzen, die für die verschiedensten Anwendungsfälle
über fest zugeordnete Tore den internen bzw. externen Verbrauchern zugeführt werden.
Eine Steuerung dieser Tore ist im allgemeinen nicht erforderlich, kann aber im Bedarfsfalle
vom Rechner her erfolgen.
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Der Zwischenspeicher der Ausgabeeinheit ist für ca. 64 Wörter bei
einer Wortlänge von 16 Bit auszulegen,und er übernimmt die Zwischenspeicherung der
vom Rechner gelieferten Wörter, In einer fest vorgegebenen Reihenfolge stellt er
sie dann den den Funktionsgruppen fest zugeordneten Datensendern in Quasi-Realzeit
zur Verfügung, Da sowohl Datensender (Kabelsender) als auch.Datenempfänger (Kabelempfänger)
ein Register zum Speichern der Information aufweisen, kann die Datenübertragung
in zwei Betriebsarten erfolgen: Realzeitübertragung; hier löst ein vom Komparator
kommender Impuls die Übertragung der im Datensenderregister gespeicherten Information
zu einem fixierten Zeitpunkt aus oder Realzeitübergabe; hier wird zu einem beliebigen
Zeitpunkt, jedoch bevor sie benötigt wird, die Information vom Sender zum Empfänger
seriell übertragen, in dessen Ausgaberegister zwischengespeichert und parallel mit
einem vom Komparator gelieferten Impuls an den Verbraucher zu einem fixierten Zeitpunkt
übergeben.
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Systembedingt sind in einer größeren, modernen Radaranlage
fast
alle Funktionsgruppen direkt oder indirekt (z.B. Sender für Primärradar, Sender
für SSR usw.) redundant vorhanden, so daß der Ausfall einer Funktionsgruppe nicht
unmittelbar einen Totalausfall der Gesamtanlage nach sich zieht. Anders liegt der
Sachverhalt Jedoch bei der BZ. Sie ist aus Kostengründen nur einmal vorhanden und
einer ihrer wichtigsten Entwurfsparameter ist deshalb die Schaffung eines fehlertolerierenden
Systems, sei es durch zusätzlichen Aufwand in der Hardware oder in der Software.
Diese Fähigkeit, spezielle Aufgaben unabhängig von IIardware-Defekten und Software-Fehlern
durchzuführen, also einen eingeschränkten Betrieb mit festen I>arametern aufrechterhalten
zu können, hängt vorwiegend von der Architektur der DZ ab; aus ostengründen ist
aber bei vorhandener Fehlererkennung und Selbstdiagnose auf eine selbstreparierende
Eigenschaft zu verzichten.
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Zeitsteuereinheit, interner Prüfgenerator und Rechner nebst Pufferspeicher
können nämlich so in der Zusammenarbeit ausgelegt werden, daß bei Ausfall einer
Baugruppe der BZ mindestens die wichtigsten Steuerimpulse und Festfrequenzen, allerdings
mit konstanter Periode, ausgegeben werden können, so daß die Radaranlage z.B. in
der untersten Elevationsstellung, bei fester Sende- und Impulsfolgefrequenz und
Sendekode ohne Sektorausblendung weiterarbeiten kann. Die Anlage ist
also
während der Fehlerbeseitigung nicht völlig blind. Je nach Anlaaogyp ist aber von
Fall zu Fall neu zu bestimmen, welche "Notsteuersignale" die BZ liefern muß.
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Unter Prüfung wird hier die automatische Überwachung aller wichtig
erscheinenden Parameter der BZ im Betrieb verstanden, unter Wartung falle die BZ-Uberprüfung
per Hand, wenn die BZ von der Radaranlage abgetrennt ist und keinerlei Steuerfunktion
zu übernehmen hat.
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Per Programm werden einerseits in Realzeit über relative Zeitmessungen
Prüfungen der Programmabläufe durchgeführt, andererseits laufen automatisch in der
Radartotzeit komplette Prüfgrogramme ab, die die wichtigsten Betriebszustände der
BZ simulieren und die Ergebnisse durch Konstantenvergleich auf ihre Richtigkeit
hin überprüfen. Im Fehlerfalle erfolgt an ein automatisches Prüfsystem eine Fehlermeldung,
und es wird eine Fehlerdiagnose gestartet. Kann der Fehler lokalisiert werden, wird
er im allgemeinen nicht optisch angezeigt, da Registeranzeigen für den Laien meist
wenig aussagekräftig sind. Die Fehlermeldung erfolgt vielmehr per Programm, so daß
der Operator die Hardware der BZ nur oberflächlich kennen muß Nach jeder Fehlermeldung
und auch routinemäßig werden per
Hand die wichtigsten BZ-Parameter
absolut gemessen und auf ihre Toleranzhaltigkeit hin überprüft. Durch diese Maßnahme
soll durch frühzeitiges Erkennen wahrscheinlich defekt werdender Bauelemente einem
Ausfall der BZ vorgebeugt werden. Checklisten und spezielle Prüfprogramme werden
auch in diesem Falle möglichst viel Routinearbeit dem Menschen abnehmen.
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Der Inhalt der Rechnerspeicher wird nach Erstellung von Lochstreifen
durch den Rechner selbst durch einen Vergleich mit dem Inhalt derjenigen Lochstreifen
überprüft, die vom Entwicklungsbeginn bis zum Projektabschluß zum Laden der RAM-Speicher
benutzt wurden; durch diese Methode ist auf einfachste Weise jederzeit eine Speicherprüfung
möglich.
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Eine wesentliche Erleichterung bei der Fehlersuche bietet auch die
analoge Darstellung des Inhaltes digitaler Register auf einem Sichtgerät oder Oszillographen.
Um sich dieser Möglichkeiten einfach bedienen zu können, sind an die Ausgabeeinheit
Digital-Analog-Umsetzer anschließbar, die per Programm über den Zwischenspeich#
gespeist werden.
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Die Befehlszentrale ist in modularer Bauweise auszuführen, wobei zur
Erhöhung der Wartungsfreundlichkeit vorteilhafterweise alle l9ft-Einschübe steckbar
gehalten sind.
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Aus Gründen der Zuverlässigkeit kommen fast ausschließlich integrierte
Bausteine zum Einsatz, die über ein masseschleifenfreies. Bus-Bar-System über Leiterkartentrennverstärker
mit ihren Betriebsspannungen versorgt werden. Eine galvanische Trennung aller Verbindungen
zu allen externen Funktionsgruppen und eine exakte Abschirmung machen dann die beschriebene
BZ überall sofort einsetzbar.