DE2305337A1 - Radar-befehlszentrale - Google Patents

Radar-befehlszentrale

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DE2305337A1
DE2305337A1 DE19732305337 DE2305337A DE2305337A1 DE 2305337 A1 DE2305337 A1 DE 2305337A1 DE 19732305337 DE19732305337 DE 19732305337 DE 2305337 A DE2305337 A DE 2305337A DE 2305337 A1 DE2305337 A1 DE 2305337A1
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DE
Germany
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time
computer
digital
command center
memory
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Application number
DE19732305337
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English (en)
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Heinz Dipl Ing Henneberger
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/04Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/045Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using logic state machines, consisting only of a memory or a programmable logic device containing the logic for the controlled machine and in which the state of its outputs is dependent on the state of its inputs or part of its own output states, e.g. binary decision controllers, finite state controllers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28Details of pulse systems
    • G01S7/285Receivers
    • G01S7/295Means for transforming co-ordinates or for evaluating data, e.g. using computers

Description

  • "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.
  • 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.
  • Der einmalige Systementwurf und die -entwicklung der BZ muß auf wirkungsvolle Weise für viele Anwendungen benutzt werden können.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • l)ie Befehlszentrale nach der Erfindung und Weiterbildungen derselben werden anhand der Abbildungen, die Ausführungsbeispiele zeigen, näher beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 2. Wörter, die über den Dekodierer des Pufferspeichers die entsprechenden Tore zu den einzelnen Funktionsgruppen zur gezielten Datenübertragung vorbereiten.
  • 3. Wörter, deren Inhalt spezielle Radarparameter wie z.B.
  • Frequenz, Sendecode1 Staffelzeiten usw. darstellt, die aber meist zur Fixierung ihres Übertragtaktes noch ein Wort nach Punkt 1 bedürfen.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das Zusammenspiel der nun nachfolgend beschriebenen Baugruppen der DZ zeigen detaillierte Blockschaltbilder, die im Text jeweils erwähnt werden.
  • 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.
  • 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.
  • Ein Transportbefehl der Eingabesteuerung veranlaßt dann einen Übertrag des Inhaltes des Eingaberegisters in den Zwischenspeicher und von hier in den BZ-Rechner.
  • Über das Relaiskoppelfeld kann per Tastaturen in das laufende Programm in Form von Modifizierungen seines Ablaufes bzw.
  • 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.
  • 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).
  • 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 !).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein sich anschließender Hilfszähler kann wahlweise als z.B.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 .
  • Ein Pufferspeicher gewährleistet eine optimale Rechnerleistung, damit der Rechner möglichst wenig unterbrochen wird, d. h.
  • 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.
  • 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').
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Anzahl der Mikrobefeble wird sich um ca. i6 bewegen, wobei die richtige Auswahl für eine optimale Ausnutzung des Mikroprogramms von fundamentaler Bedeutung ist.
  • 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.
  • 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.
  • Speicherzuteilung und Speicherschutz.
  • Festlegung von Prioritäten.
  • Aktivierung von Programmabläufen und Programmwechsel bei Interrupts; d.h., der Rechner soll wahlweise ein zyklisches oder ein sporadisches Betriebsverhalten beherrschen.
  • Programmüberwachungen durch automatisch durchgeführte relative Zeitmessungen an charakteristischen Programmstellen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • billiger Festwertspeicherkasseten modifizieren zu können.
  • 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.
  • 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.).
  • 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.
  • 4, Programme für Zufallszahlen: Aus ECM-Gründen sind in größeren Radaranlagen häufig deren Parameter nach statistisoh verteilten Maßzahlen zu ändern.
  • Diese sogenannten pseudo-random Wörter Wörter werden durch diese Programme erzeugt, falls kein externer Zufallsgenerator in der BZ per Hardware eingesetzt wird.
  • 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.
  • 6. Diagnose-Programme: Nach einer Fehlermeldung durch die BZ übernehmen diese Proganze die Fehlerlokalisierung im Wartungsfalle.
  • Die richtige Programmanwahl und der -ablauf wird dann über das zuvorerwähnte Betriebssystem sichergestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Befehlszentrale ist in modularer Bauweise auszuführen, wobei zur Erhöhung der Wartungsfreundlichkeit vorteilhafterweise alle l9ft-Einschübe steckbar gehalten sind.
  • 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.

Claims (5)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    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 änderbare, ganze, positive Zahlen repräsentiert werden, 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, mikroprogrammierbare Rechner mehrere separate mechanisch weicht austauschbare Speicherblöcke, die wahlweise als Speieiner mit wahlfreiem Zugriff, als assoziative Speicher oder als resttrertspeicher ausgelegt sind, enthält, daß der Pufferspeicher als sehr schneller Speicher mit separater Steuerung -wahlweise im ?-1iltiple#betrieb arbeitend - ausgelegt ist und eine Dekodierschaltung aufweist, die zum richtigen Zeitpunkt die entsprechenden Tore zu den Befehlsempfängern vor einer Befehlsausgabe 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 progralmierbaren Einfluß nehmen und dadurch die Bildung von Schleifen und Verzweigungen in derselben ermöglichen.
  2. 2. Befehlszentrale nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Hardware-Defekten und/oder Software-Fehlern nach einer Selbstdiagnose einen Totalausfall der Radaranlage dadurch verhindert, daß entweder die Zeitsteuereinheit oder der digitale Rechner in Verbindung mit dem Pufferspeicher und dem internen Prüfgenerator zur Durchführung eines eingeschränkten Notprogramms in der Lage sind.
  3. 3. Befehlszentrale nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kombination der Baugruppen Zeitsteuereinheit, Rechner, Pufferspeicher und Komparator eine Rechnerleistung erzielt wird, die zur Real zeitsteuerung beliebig schnell ablaufender, sehr komplexer Radarprogramme ausreicht.
  4. 4. Befehlszentrale nach Anspruch l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Speicherblöcke - vorzugsweise in der Entwicklungsphase einer Radaranlage - als RAM- oder CAM-Speicher ausgelegt sind, die dann - im Beispielsfall nach Abschluß der Entwicklungsarbeiten bei Aufnahme der Serienfertigung - durch ROM-Speicher (PROM) ersetztbar sind, wobei die einzelnen Speicherblöcke in separaten, mechanisch leicht austauschbaren Kassetten untergebracht und in Halbleitertechnologie aufgebaut sind,
  5. 5. Befehlszentrale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinheit im wesentlichen aus zwei mit einschrittigen Kodes, parallel arbeitenden, digitalen Zählern aufgebaut ist wobei einer der Zähler, der sog. Steuerwerkzähler, frei durchläuft und über seine Ausgänge ihm fest zugeordnete phasenstarre Regelkreise zur digitalen Frequenzumsetzung, einen Dekodierer und den digitalen Komparator speist, während der sogenannte, im Start-Stop-Betrieb laufende, Entfernungs- und Totzeitzähler Zeitmarkierungen für den Komparator während einer Radarperiode liefert, und daß neben drei weiteren Hilfszählern, die verschiedene Hilfsfunktionen durchführen, noch ein quarzstabilisierter Taktgeber, eine Frequenzüberwachung und eine Moduswahlschaltung vorhanden sind.
    6. Befehlszentrale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Rechner fünf separate Speicher erhält und daß er neben den Berechnungen, die einer Befehlsausführung dienen, gleichzeitig auch die jeweils zugehörigen Zieladressen liefert.
    7. Befehiszentrale nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher mit der Zugriffszeit arbeitet, die der kleinsten erforderlichen Zeitrasterung entspricht und daß er eine Dekodiereinrichtung nebst Zuordner aufweist, die für die eindeutige Zuordnung vom Komparatoreinheitsimpuls und zu speisende Baugruppe (Zieladresse) sorgt.
    8. Befehlszentrale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Komparator zur Verminderung seiner Wortlänge in je einen Komparatorteil, zugeordnet dem Steuerwerkzähler bzw. Entfernunge und Totzeitzähler aufgespaltet werden kann, wobei beide Komparatorteile durch Koinzidenzgatter verknüpft werden und daß weiter zur Herabsetzung seiner evtl. sehr hohen Entscheidungsgeschwindigkeit im Nultiplexbetrieb gerarbeitet werden kann.
    9. Befehlszentrale nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß zu vom Rechner fixierten Zeitpunkten wahlweise eine serielle oder parallele Wortübertragung zum jeweiligen Verbraucher - obgleich nur eine einzige Datenleitung Befehlszentrale-Verbraucher vorhanden ist - stattfinden kann, indem der vom Komparator kommende Einheitsimpuls entweder im Datensender die in dessen Eingaberegister gespeicherte Information zur seriellen oder aber die im Ausgaberegister des Datenempfängers gespeicherte Information zur parallelen Übertragung freigibt.
    10. Befehlszentrale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner automatisch an verschiedenen Programmstellen relative Zeitmessungen durchführt, die nach Über- oder Unterschreitung einer-vorgegebenen Zeitspanne zur Aufdeckung von Fehlern im Programm und/oder in der Hardware und zur automatischen externen Fehlermeldung führen, ii, Befehlszentrale nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner sowohl von seinem internen Taktgeber als auch zu Synchronisatioszwecken über einen von der Zeitsteuereinheit angelieferten Takt gespeist werden kann.
    12. Befehlszentrale nach Anspruch l und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspei.cher so in seiner Speicherkapazite-E ausgelegt ist, daß er einerseits den vom Rechner gelieferten i. a, kontinuierlichen, in den von der Radaranla£c benötigten, i, a. statistisch schwankenden Datenfluß überführen und die um Größenordnungen differierenden Arbeitsgeschwindigkeiten von Rechner und Zeitsteuereinheit einander anpassen kann
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2377977A1 (fr) * 1977-01-24 1978-08-18 Emhart Ind Systeme de commande pour une machine de formage d'articles de verrerie
FR2447058A1 (fr) * 1979-01-17 1980-08-14 Owens Illinois Inc Machine de formage d'articles de verre du type a sections individuelles comprenant un moyen de synchronisation perfectionne
WO1981003233A1 (en) * 1980-05-05 1981-11-12 J Polster Control device
FR2502357A1 (fr) * 1981-03-17 1982-09-24 Matsushita Electric Works Ltd Sequenceur comportant une unite de memoire amovible
DE3414156A1 (de) * 1984-04-14 1985-10-24 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Radaranlage

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