DE2325134A1

DE2325134A1 - Digitaler korrelator, insbesondere fuer ein system zur verhinderung von kollisionen

Info

Publication number: DE2325134A1
Application number: DE2325134A
Authority: DE
Inventors: Ronald Bruce Goyer
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1972-06-27
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1974-01-10
Also published as: FR2191183A1; GB1414164A; IT992584B; CA1004337A; FR2191183B1; NL7308692A; JPS4956397A; US3887916A; CH571722A5

Description

7554-73/H/Ba

RCA 65991/65994/66504

Brit.Anm. Nr. 30036/72 ν. 27.6.72 O O 0 C 1

Brit.Anm. Nr. 30039/72 ν. 27.6.72 /ΟΖΟ I

Brit-.Anm. Nr. 20634/73 ν. 18.1,73

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Digitaler Korrelator, insbesondere für ein System zur Verhinderung von Kollisionen

Die Erfindung betrifft einen digitalen Korrelator, insbesondere für ein System zur Verhinderung von Kollisionen von Flugzeugen oder anderen Fahrzeugen, namentlich für ein sogenanntes SECANT-System ("SECANT" ist die Abkürzung für Separation Control of Aircraft by Nonsynchronous Techniques).

Ein SECANT-System zur Verhinderung der Kollision von Flugzeugen ist in der GB-PS 1 278 451 beschrieben. Außerdem sei auf die U.S. Patentanmeldungen Nr. 735,716 vom 10. Juni 1968 und Nr. 27,403 vom 10. April 1970 hingewiesen.

In Systemen zur Verhinderung der Kollision von Fahrzeugen (worunter auch Flugzeuge und Schiffe zu verstehen sind) bereitet die Verarbeitung von Signalen, die den Positionen von sich mit erheblich variierenden Geschwindigkeiten bewegenden Fahrzeugen entsprechen, beträchtliche Schwierigkeiten, wenn e.ine gewisse Genauigkeit auf Realzeit-Basis wesentlich ist. Es sind verschiedene Synchronverfahren bekannt, bei denen die Fahrzeuge auf eine zeitlich genau gesteuerte Synchronquelle bezogene Signale verarbeiten. Das Zusammenwirken der Fahrzeuge hängt in diesen bekannten Systemen von der Mitwirkung von ortsfesten Stationen ab, etwa von Bodenstationen, wenn es sich bei den Fahrzeugen um Flugzeuge handelt.

Es besteht Bedarf nach einem System zur Vermeidung von Kollisio-

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nen, das auf Basis einer unsynchronisierten Beziehung zwischen den Fahrzeugen arbeitet und nach einer digitalen Methode für - -die Korrelation und Identifizierung von Signalen sorgt, die Fahrzeugen entsprechen, bei denen Kpllisionsgefahr besteht.

Die Erfindung schafft ein verbessertes Korrelations- und Steuersystem, das einen Teil eines SECANT^-Systems bildet und mit anderen Teilen des Systems, nämlich einer digitalen Folgerschaltung (tracker) und einem Bilddarstellgerät zusammenwirkt. Das Korrelations- und Steuersystem soll die Aussendung von zufällig und willkürlich erzeugten asynchronen Sondensignalen und die Verarbeitung bzw. Entstörung ("defruiting") der Signale, die als Antwort von fernen Flugzeugen empfangen werden, steuern. Es wird ein Codemultiplexverfahren mit einem in zufälliger Weise codierten Frequenzsprungsignal und einer ebenfalls zufällig codierten Impulsfolgefrequenz (IFF) angewandt. Die Antwortsignale werden von einer Verknüpfungsschaltung so korreliert und akkumuliert, daß nur die Antworten eines Flugzeuges, das sich innerhalb eines vorgegebenen Bereiches befindet, durch ein entsprechendes Steuersignal gekennzeichnet werden wird.

Eine Korrelatorsteuerschaltung zur Verhinderung einer Fahrzeugkollision enthält erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Erzeugen von in zufälliger Weise codierten Sonden- oder Abfragesignalen, die periodisch in die Umgebung gesendet werden. Jedes Sondensignal hat entweder die eine oder die andere von zwei kennzeichnenden Eigenschaften. Entfernte Fahrzeuge in der Umgebung senden ihre eigenen, in gleicher Weise zufällig codierten Sondensignale sowie Antworten auf Sondensignale von allen anderen Fahrzeugen in der Umgebung. Die kennzeichnenden Eigenschaften der Antwortsignale entsprechen denjenigen der Sondensignale. In den Fahrzeugen vorgesehene Empfänger enthalten digitale Schaltungen zur Unterscheidung der empfangenen Signale nach ihrer Zugehörigkeit zu den Abfragesignalen mit entweder den einen oder den anderen kennzeichnenden Eigenschaften und vergleichen synchron mit der periodischen Sendung der Sondensignale die gesen-

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deten mit den empfangenen Signalen, um die Korrelation der Ähnlichkeit, und Unähnlichkeit der Signale zu bestimmen und zu integrieren.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gruppe von Flugzeugen in der Nähe eines abfragenden Flugzeuges sowie verschiedener P- und Q-Signale, die gesendet und als Antwort erzeugt werden;

Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Funktion eines Korrelatorschalters zur Verarbeitung der Sonden- und Rückkehrsignale;

Fig. 4 und 5 die Darstellung einer typischen Probe einer Abfrage-Antwort bzw. einer Störantwort;

Fig. 6 ein Blockschaltbild des Korrelator- und Steuersystems gemäß der Erfindung; und

Fig. 7, 8 und 9 Zeitdiagramme von Signalen zur Erläuterung der Betriebsfolge des,Systems.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel eignet sich- zur Verwendung in einem System zur Vermeidung von Flugzeugkollisionen, namentlich für ein SECANT-System, wie es in der schon erwähnten GB-PS 1 278 451 beschrieben ist. Das Korrelator- und Steuersystem eignet sich aber auch für Systeme zur Verhinderung der Kollision \on Schiffen für die Binnen-, Küsten- und Hochseeschiffahrt.

Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem SECANT-System in einer Umgebung mit mehreren Flugzeugen. Ein abfragendes Flugzeug 10 sendet aus Impulsen mit einer Dauer von 1 .us bestehende Sonden- oder Abtastsignale 12 in Abständen von 1 ms mit einem in zufälliger Weise codierten Frequenzsprungsignal

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("frequency hopping signal") und einer zufällig codierten Impulsfolgefrequenz (IFF). Da sie ganz willkürlich erzeugt werden, sind die Impulsfolgen für alle Flugzeuge einzigartig. Wie noch erläutert werden wird, werden während einer Dauer von 100 ms ungefähr TOO Antworten korreliert und integriert, woraus sich eine extrem hohe Wahrscheinlichkeit der Feststellung sich nähernder Flugzeuge und eine extrem geringe Wahrscheinlichkeit für falschen Alarm ergibt.

Der Frequenzsprungcode verwendet zwei Frequenzen beispielsweise aus dem Frequenzspektrum, das von der U.S. Federal Communications Commission für den Flugzeugnachrichtenverkehr zugewiesen worden ist. Für das SECANT-System werden diese Frequenzen mit P und Q bezeichnet. Jedes P- und Q-Signal besteht aus einem Impuls mit einer Dauer von 1 ,us und wird mit einer nominellen, jedoch variablen zufälligen Frequenz von 1000 Impulsen pro Sekunde erzeugt. Ein in jedem Flugzeug vorgesehener Transponder antwortet auf jeden empfangenen impuls mit einer anderen, aber entsprechenden P- oder Q-Frequenz. Jedes Flugzeug sendet Abtastsignale mit seiner eigenen, einzigartigen Folge von zufällig erzeugten P- und Q-Signalen und empfängt eine Antwort auf diese Äbtastsignale, welche in direkter Beziehung zu seiner eigenen individuellen Folge steht.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sendet also das Flugzeug 10 in alle Richtungen Abtastsignale 12 aus. Die verschiedenen anderen Flugzeuge 14, 16, 18 und 20, die sich innerhalb des erfaßbaren, beispielsweise bis zu einer Entfernung von etwa 80 Meilen reichenden Bereiches des Systems befinden, sind jeweils mit einem Transponder ausgerüstet, der Anordnungen zum Empfangen der Abtastsignale 12 und zum Erzeugen von Antwortsignalen enthält, die ihrer Art nach den P- bzw. Q-Signalen entsprechen, wie durch die Signalgrüppen 22, 24, 26 und bzw. 28 von den jeweiligen Flugzeugen angedeutet ist. Zu beachten ist, daß während dieser Zeit, aber auch bei asynchronen Betrieb jedes der Flugzeuge seine eigenen Abtastsignale 14a, 16a, 18a bzw. 20a sendet. Das

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Flugzeug 10 wird also auch auf die Abtastsignale der anderen Flugzeuge 14, 16, 18 und 20 antworten (was nicht dargestellt ist), ebenso wie jedes der anderen Flugzeuge auf die Abtastsignale der jeweils anderen Flugzeuge antwortet. Beispielsweise wird das Flugzeug 14 Antwortsignale aufgrund der Abtastsignale von den Flugzeugen 16, 18 und 20 sowie vom Flugzeug 10 erzeugen. Wenn mehr und mehr Flugzeuge im erfaßten Bereich erscheinen, treten offensichtlich erhebliche Probleme bei der Identifizierung der Flugzeuge zum Zwecke der Vermeidung einer Kollision auf.

Ein Korrelator- und Steuersystem gemäß der Erfindung zur Verarbeitung der Abtast- und Antwortsignale ist in den Fig. 2 bis 5 in schematischer Form dargestellt.

Fig. 2 zeigt die Verhältnisse im System während der Zeit, in der ein P-Signal vom abfragenden Flugzeug 10 mit der einen Frequenz erzeugt wird, in Erwartung eines P-Antwortsignals mit einer anderen Frequenz, was bedeutet, daß sich ein auf das abfragende Abtastsignal antwortendes Flugzeug in der Nähe befindet. Wenn ein P-Impuls in Erwartung einer P-Antwort gesendet wird, wird in der Korrelatorsteuerschaltung ein Schalter 30 in die dargestellte horizontale Lage gebracht. Als Antwort vom Empfänger 32, der auf die Frequenz des empfangenen P-Signals abgestimmt ist, empfangene P-Impulse gelangen über den Schalter 30 vom Eingang 34 zum Ausgang 36 und werden im System als "Ähnlichkeit^¹ -Korrelation oder als ein +1-Impuls integriert. Diese "Ähnlichkeit^¹ -Korrelation wird im SECANT-System als "Treffer"("hit") bezeichnet. Q-Antwortimpulse werden während dieser gleichen Zeitdauer nicht erwartet und deshalb als "Störung" ("fruit") definiert. Von in der Nähe befindlichen Flugzeugen empfangene Q-Signale werden von dem auf die Q-Frequenz abgestimmten Empfänger 38 empfangen und gelangen über den Schalter 30 und die Leitung 40 zum Inverter 42, dessen Ausgangssignal eine "Unähnlichkeits"-Korrelation oder ein -1-Impuls ist, der bei seiner Integrierung im Korrelator dazu dient, die "Ähnlichkeits"-Korrelation oder positive (+) Impulse zu negieren, wie noch erläutert werden wird.

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Es sei darauf hingewiesen, daß der Inverter 42, der vom analogen Typ ist, in den Fig. 2 und 3 nur zur Verdeutlichung der Negierung des Zahlenwertes 1 (-1) am Ausgang 44 vorhanden ist. Bei . der bevorzugten Ausführungsform des Systems gemäß der Erfindung ist ein solcher Inverter nicht erforderlich. Es ist zu beachten, daß einige der Stör-Antworten auch im P-Frequenzbereich liegen, also +1-Impulse hervorrufen können. Stör-Antworten treten auf, wenn die anderen Flugzeuge 14, 16, 18 und 20 auf Abtastsignale ebenfalls dieser anderen Flugzeuge 14 bis 20 antworten. Für das abfragende Flugzeug 10 sind diese gegebenenfalls existierenden Antworten nicht von Interesse. In dem hier beschriebenen System werden die Stor-Antworten zusammen mit den erwarteten Antworten in zufrMenstellender Weise verarbeitet. Eine solche Störung kann mit jeweils gleicher Wahrscheinlichkeit entweder ein P- oder ein Q-Antwortimpuls sein. Auf dem oberen Weg vom Eingang zum Ausgang 36 positiv addierte Storimpulse sind also ungefähr gleich denjenigen, die im unteren Weg des Schalters 30 mit den Leitungen 40 und 44 negativ addiert werden, was zur Folge hat, daß sich die Störungen annähernd aufheben und nur ein positives Nutzergebnis aus korrelierten Antworten übrig bleibt.

Immer wenn gemäß Fig. 3 ein Abfrageimpuls mit Q-Frequenz gesendet und im Korrelator ein Q-Antwortimpuls erwartet wird, wird der Schalter 30 in die in Fig. 3 dargestellte Position gebracht, so daß die Ausgangsleitungen der Empfänger vertauscht werden. Die P-Impulse vom Empfänger 32 werden also vom Inverter 42 in negative Impulse invertiert, während die Q-Impulse vom Empfänger 38 als Ausgangsimpulse am Ausgang 36 abgegeben werden. Am Ausgang 36 sind also stets eine Ähnlich-Korrelation bezeichnende Signale, auf der Leitung 44 dagegen stets Signale einer Unähnlich-Korrelation.

In Fig. 4 und 5 ist eine Gruppe von Antworten auf Abtastsignale und von Störungen dargestellt. Fig. 4 zeigt in der obersten Reihe 12 Impulse in einer willkürlichen Folge von P- und Q-Werten und in der folgenden Reihe die gewünschte Antwort in Form

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von der Sendung entsprechenden Impulsen. Diese gesendeten Werte und ihre gewünschten Antworten erzeugen also jeweils aufgrund der Umschaltung gemäß Fig. 2 und 3 einen +1-Impuls. Es ergibt sich ein Nutzergebnis von 12 Impulsen oder 12 Ähnlioh-Korrelationen (Übereinstimmungen) aufgrund der "richtigen" Antworten oder "Treffer", wie in Fig. 4 durch die Zahl "12" als integriertes Ausgangssignal angedeutet ist. Während der gleichen Abtastdauer können völlig willkürlich Stör-Antworten eintreffen, wie in der mittleren Reihe in Fig. 5 gezeigt ist. Eine zufällige Antwort, die während der Äbtastdauer, in der sich der Korrelatorschalter in der einen Position befindet, mit dem gesendeten Signal übereinstimmt, wird am Korrelatorausgang ein positives Signal hervorgerufen, während unähnliche Signale zu negativen Impulsen führen. In Fig. 5 beträgt das integrierte Ausgangssignal -2, was nur zwei Abweichungen (Ünähnlich-Korrelationen) entspricht. Dieser Wert von *-2 weicht offensichtlich nicht sehr von Null ab, dem statistischen Mittelwert zu erwartender Störungen, und unterscheidet sich wesentlich von dem positiven Nutzergebnis 12 gemäß Fig. 4 für "fichtige" Antworten oder "Treffer". Wenn in der Praxis in einem SECANT-Zyklus 100 "Treffer" und Störimpulse integriert werden, ist das relative Verhältnis von Störungen und "Treffern" noch viel größer als das Verhältnis von 12:2 bei dem Beispiel gemäß Fig. 4 und 5.

In Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Korrelator- und Steuersystems gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit einem System zur Vermeidung von Kollisionen dargestellt. Es enthält einen Transponder 50 mit einem Sender 52, einer Transponderantwortleitung 51 und einem Empfängerteil 54, ferner eine zugehörige Antenne 53 und eine zweckmäßige Folgerschaltung ("tracker") 56. Eine Rauschquelle 60 erzeugt willkürlich eine Folge von binärwertigen Impulsen mit zufälligen Abständen und praktisch konstanter Amplitude gemäß der Schwingungsfofm 62, die an ein Flipflop 64 angelegt werden, welches von einem 1 kHz-Taktsignal getastet wird, das von einem Taktgenerator 66 erzeugt und über eine Taktsammelleitung 68 zugeführt wird. Bei den hier

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beschriebenen verschiedenen Taktsignalquellen werden die Frequenzen der Taktimpulse nur ungefähr mit 1 kHz (Taktgenerator 66) oder 1 MHz (Taktgenerator 82) angegeben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform für ein SECANT-System werden aber genauere Taktimpulsfrequenzen eingehalten, nämlich 971,25 Hz für den Taktgenerator 66 und 0,97125 MHz für den Taktgenerator 82. Die Schwingungsform 62 hat vorzugsweise eine gleichmäßige Amplitude, wie bei den Impulsen 63 gezeigt ist. Aufgrund der unvermeidbaren Übergangszeiten von Halbleiter-Bauelementen werden die Amplituden jedoch gelegentlich in willkürlicher Weise schwanken, wie durch die Impulse 65 angedeutet ist.

Die willkürlichen Impulse gemäß der Schwingungsform 62 werden auch einem Register 70 zugeführt, bei dem es sich zweckmäßig um ein übliches Acht-Bit-Register handelt, das über die Leitung 76 durch ein getastet zugeführtes 1 MHz-Taktsignal gesteuert wird und in der Lage ist, acht Proben zufälliger Rauschimpulse der Schwingungsform 62 aufzunehmen. In der getasteten Leitung 76 für das Taktsignal befindet sich ein UND-Glied 74, welches das 1 MHz-Taktsignal von der Taktsignalleitung 80 auf die Leitung 76 durchläßt, wenn von der Folgerschaltung 56 ein sogenannter "Zitter"-Befehl über die Leitung 194 angelegt wird. Als "Zittern" bezeichnet man in der Radartechnik das Schwanken gesendeter HF-Impulse bezüglich einer Referenzzextdauer, wodurch der Einfluß des sogenannten "weißen Rauschens" vermieden werden soll. Wenn der im hier behandelten SECANT-System von der Folgerschaltung erzeugte "Zitter"-Befehl nicht benötigt wird, wird das Register 70 einfach vom Taktgenerator 82 mit der Frequenz von 1 MHz getastet.

Nachdem im Register 70 acht Proben von zufälligen Rauschimpulsen der Schwingungsform 62 gespeichert worden sind, erzeugen die entsprechenden acht an Leitungen 72 zur Verfugung stehenden Ausgangs-Binärwerte die Startadresse für einen Abtastzitterzähler, der als Zähler 78 dargestellt ist. Die aus zufälligen Binärwerten an den Leitungen 72 bestehenden Startadressen werden in den

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Zähler 78 durch ein Eingabesignal eingegeben, das auf der Leitung 77 durch eine Eingabesteuerschaltung 7 9 erzeugt wird. Das Eingabesignal erscheint einmal jede Millisekunde auf der Leitung 77 gemäß der 1 kHz-Taktsteuerung durch die Taktsammelleitung 68 und stellt eine Vorbedingung für die Sendung eines P- oder Q-Abtastsignals dar. Die Eingabesteuerschaltung 79, die zweckmäßig aus ÜND-NICHT-Gliedern besteht, überwacht die Transponderantwortleitung 51 so, daß der Zähler 78 während der Zeit gesperrt ist, in der das betreffende Flugzeug 10 auf ein Abtastsignal von einem entfernten Flugzeug antwortet. Zu diesem Zweck enthält der Transponder 50 eine geeignete Verknüpfungsanordnung zur Herstellung einer Sperrbedingung auf der Transponderantwortleitung 51, mit der die Zeitdauer angezeigt wird, während welcher der Transponder 50 (vorzugsweise ein geeigneter "Remitter" im SECANT-System) auf ein Abtastsignal antwortet. Die Sendung von Abtastsignalen würde sonst während dieser Zeitdauer eine Antwort auf ein Abtastsignal beeinträchtigen.

Die Eirigabesteuerschaltung 79 wird sowohl vom 1 kHz-Taktsignal der Taktsammelleitung 68 als auch vom 1 MHz-Taktsignal der Taktsignalleitung 80 gesteuert und erzeugt Steuerimpulse synchron mit dem Abtastzyklus des Systems.

Wenn die Transponderantwortleitung 51 frei ist, erzeugt die Eingabesteuerschaltung 79 auf der Leitung 77 ein Eingabesignal, das den Zähler 78 in Betrieb setzt. Der Zähler 78 ist zweckmäßig ein Acht-Bit-Zähler, beispielsweise eine Anordnung von zwei Hexadezimal-Zählern bekannter Art. Man kann in ihn eine Vorgabe eingeben, damit Schwankungen ("Zittern") der Abtastsignale bewirkt werden. Er wird über die Taktsignalleitung 80 vom Taktgenerator 82 mit T MHz gesteuert. Wenn der Zähler 78 vom Regi-· ster 70 seine Startadresse erhält, beginnt er mit dem Zählbetrieb und erzeugt über aus acht Adern bestehenden Leitungen 84 Ausgangsimpulse für ein acht Eingänge aufweisendes Torglied 86, zweckmäßig ein UND-, NAND- oder NOR-Glied geeigneter Ausführung, das aufgrund des Ausgangssignals des Zählers 78 acht Proben

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akkumuliert. Das somit als Decoder dienende Torglied 86 erzeugt auf der Leitung 88 einen Tastimpuls, mit dem eine monostabile Kippstufe 90 getastet wird, die einen 1 ms-Impuls abgibt. Das Ausgangssignal des Torgliedes 86 auf der Leitung 88 wird auch dazu verwendet, den Zähler 78 anzuhalten, damit dieser nach der Decodierung nicht mehr weiterzählt. Auf der Leitung 88 werden also keine weiteren Ausgangsimpulse vom Decoder bzw. Torglied 86 erscheinen, bis der Zähler 78 wieder von der Eingabesteuerschaltung 7 9 einen Vorgabewert erhält. Der nachfolgend mit T Impuls bezeichnete, dem dargestellten Impuls 95 entsprechende Ausgangsimpuls der monostabilen Kippstufe 90 ist das Referenzsignal des Systems und der Startimpuls für jeden Betriebszyklus. über die Sammelleitung 92 und eine Leitung 96 wird der T -Impuls

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an eine Bereichsbandsteuereinheit 91 angelegt, während/über Leitungen 102 bzw. 104 einem UND-Glied 98 bzw. einem UND-Glied 100 zugeführt wird, die beide jeweils zwei Eingänge haben.

Die bisher beschriebene Anordnung des Korrelatorteiis erzeugt ein Referenzsignal in Form des T -Impulses in einer asynchronen zufälligen Weise in Abhängigkeit von der Rauschquelle 60 (vgl. Fig. 7). Eine einzelne Probe eines Impulses von der Rauschquelle 60 dient zur Bestimmung, ob ein Abtastsignal vom P-Typ oder vom Q-Typ vom Sender 52 des Transponders 50 gesendet werden wird. Zusätzlich werden acht Proben der auf Zufallsbasis arbeitenden Rauschquelle 60 dazu benutzt, das Ausmaß der "Zitter"-Schwankungen der Abtastsignalerzeugung zu bestimmen. Diese "Zitter"-Schwankungen bei der Abtastung beziehen sich im vorliegenden Fall auf die spezifische Dauer zwischen den Abtastungen. Nominell wird während jeder Periode des mit 1 kHz arbeitenden Taktgenerators 66 jeweils ein Abtastsignal gesendet. Ohne die genannten Schwankungen beträgt der Abstand zwischen den Abtastsignalen 1 ms. Im Falle der Schwankungen kann sich der Abstand dagegen willkürlich vorzugsweise in den fünfhundert 0,001 ms-Bereichen zwischen 0,750 ms und 1,250ms ändern. Der "Zitter"-Befehl auf der Leitung 194 von der Folgerschaltung 56 bewirkt, daß die Abtastsignalerzeugung entweder mit oder ohne Schwankungen erfolgt.

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Das vom Signal auf der Leitung 194 gesteuerte-UND-Glied 74 bewirkt, daß das Register seine Proben auf den neuesten Stand bringen kann oder nicht und seinerseits einen unterschiedlichen oder nicht unterschiedlichen Startpunkt für den Zähler 78 herstellt. Der von der monostabilen Kippstufe 90 erzeugte T -Impuls hat eine Dauer von ungefähr 1 ,us, vorzugsweise 1,2,us. Jeder T-Impuls hat vom vorhergehenden T -Impuls einen Abstand, wie oben beschrieben wurde, und wird von der Folgerschaltung 56 gesteuert Bei einer bevorzugten Ausführungsform des SECANT-Systems arbeitet die Folgerschaltung 56 so, daß für alle Zielerfassungs- und Verfolgungsoperationen "Zitter"-Schwankungen eingeführt werden, mit Ausnahme der Zeitdauer einer "Langverfolgung" entsprechend 67 8 T -Impulsen. Damit gewährleistet ist, daß während der Langverfolgungsperiode keine Schwankungen möglich sind und keine falschen Zielinformationen aufgrund des Schwankungseffektes empfangen werden, sperrt die FoIgerschaltung die "Zitter"-Schaltung des Korrelators. Ein Abtastsignal vom P- oder vom Q-Typ wird also im Mittel einmal pro Millisekunde erzeugt.

Da das zufällige Ausgangssignal der Rauschquelle 60 digitaler Art ist, wie durch die kontinuierliche Signalfolge der Schwingungsform 62 dargestellt ist, erzeugt diese Rauschquelle in statistischer Hinsicht, wie an sich bekannt ist, Impulse, welche zu 50% der Zeit einen relativ hohen Binärwert und während ebenfalls 50% der Zeit einen relativ niedrigen Binärwert haben. Wenn eine Probe der Rauschquelle 60 also an das Flipflop 64 angelegt wird, wird sie von diesem während jeder Periode des 1 ms-Taktsignals entweder als hoher Binärwert oder als niedriger Binärwert gespeichert. Das Ausgangssignal des Flipflops 64 ist also während jedes Abtastzyklus entweder ein hoher Binärwert 106 oder ein niedriger Binärwert 108. Die Ausgangsleitung 110, auf der diese Binärwerte erscheinen, führt zu einem logischen Inverter 112 und zu dem zweiten Eingang 114 des UND-Gliedes 98.

Die im Register 70 gespeicherten acht "Zitter"-Proben werden in der oben beschriebenen Weise mit dem 1 MHz-Taktsignal vom Takt-

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generator 82 gesteuert. Das als Decoder dienende Torglied 86 ruft aufgrund des Ausgangssignals des Zählers 78 durch Tasten der monostabilen Kippstufe 90 den als Referenzsignal dienenden T -Impuls hervor. Der T -Impuls auf der Sammelleitung 92 wird so mit der Rauschprobe vom entsprechenden Abtasttyp vom Flipflop 64 kombiniert, daß der Sender 52 veranlaßt wird, Abfrageoder Abtastsignale entweder vom P- oder vom Q-Typ zu senden. Je nach dem Binärwert des Ausgangssignals des Flipflops 64 werden die P- und Q-Abtastbefehle entweder vom UND-Glied 100 oder vom UND-Glied 98 erzeugt. Wenn auf der Ausgangsleitung 110 ein hoher Binärwert 106 erscheint, liefert der Inverter 112 ein Eingangssignal mit niedrigem Binärwert an das UND-Glied 100, so daß dieses kein Ausgangssignal durchlassen kann. Falls jedoch zum UND-Glied 98 ein hoher Binärwert 106 zusammen mit dem T-Impuls auf der Sammelleitung 92 gelangt, veranlaßt ein Ausgangssignal vom UND-Glied 98, daß der Transponder 50 ein Impulsbündel von HF-Signalen mit der der Q-Abtastung entsprechenden Frequenz über die Antenne 53 sendet. Wenn sich am Ausgang des Flipflops 64 der niedrige Binärwert 108 befindet, erzeugt der Inverter einen hohen Binärwert, so daß das UND-Glied 100 bei gleichzeitigem T -Impuls einen P-Abtastbefehl für. den Transponder 50 erzeugen kann, der über die Antenne 53 ein Äbtastsignal mit P-Frequenz sendet. Zu beachten ist, daß der niedrige Binärwert das UND-Glied 98 nicht auftastet.

Der Transponder (oder Remitter) 50 ist in bekannter Weise so ausgebildet, daß er eine Mehrzahl von Signalen in dem dem Flugzeugnachrichtenverkehr zugewiesenen Bereich erzeugt. Da derartige Sender bekannt sind, erübrigt sich eine nähere Beschreibung.

Die den P- und Q-Signalen entsprechenden gesendeten HF-Abtastsignale veranlassen andere, diese Abtastsignale empfangene Flugzeuge in der Nachbarschaft, entsprechende Antworten zu senden, wie schon anhand von Fig. 1 erläutert wurde. Vier UND-Glieder 116, 118, 120, 122 mit jeweils drei Eingängen werden dazu verwendet, über die Antenne 53 empfangene und vom Empfängerteil

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des Transponders 50 festgestellte Antworten zu korrelieren. Für einzelne, d.h. nicht mit anderen Signalen zusammenfallende Antworten ergibt sich als Korrelation entweder Ähnlichkeit (Übereinstimmung) oder Unähnlichkeit (Abweichung)„ wie aus Fig„ 2 bis 5 ersichtlich ist. Kombinationen dieser beiden Arten von Korrelationen dienen zur Steuerung einer Gruppe von Aufwärts/Abwärts-Zählern, die mit sich ändernder Dichte den Fluß von Korrelationen integrieren oder akkumulieren, der aus einem Fluß von Antworten gebildet wird, deren Dichte von derjenigen der Flugzeuge in der Nähe und im Bereich des abfragenden Flugzeugs abhängt. Die aufwärts und abwärts zählenden Zähler oder Akkumulatoren 124, 126 und 128 arbeiten als sogenannte Bin-Akkumulatoren, wie noch erläutert werden wird.

Nicht-einzelne Antworten sind solche empfangene Antworten, die hinsichtlich von Teilen ihrer Signalperiode mit anderen Antworten zusammenfallen., Derartige Antworten können zwei- oder vieldeutige Korrelationen verursachen, wenn sie nicht in geeigneter Weise verarbeitet werden. Ein UND-Glied 130 mit zwei Eingängen wird zur Feststellung sicher einander überlappender oder zusammenfallender Antwortteile benutzt» Durch diese Anordnung wird eine Korrelation solcher Antworten während der Überlappung jeder der beiden möglichen Arten von Antworten verhindert, die sonst einzig oder unterscheidungsfähig istο Da die eine Art von Antwort beispielsweise eine Übereinstimmung (Ähnlich-Korrelation) ergeben wird, die andere Art von Antwort dagegen eine Abweichung, muß das Vorhandensein beider Arten zu einer gegenseitigen Aufhebung führen, wie noch beschrieben werden wird.» Die vom UND-Glied 130 in Verknüpfung mit dem Inverter 132 bewirkte Sperrung führt zu einer Aufhebung der unerwünschten Informationen ohne irgendeine zusätzliche Steuerung der Akkumulatoren- 124, 12 5 usw., da jedes der UND-Glieder des Korrelators für ein Ausgangssignal drei Eingangssignale benötigt.

Als Antwort auf Abfragungen von einem.fernen Flugzeug empfangene Signale werden über Leitungen 134 und 136 als jeweils ein

Eingangssignal an jedes der drei Eingänge aufweisenden UND-Glieder 116, 118, 120 und 122 sowie an das UND-Glied 130 mit zwei Eingängen angelegt. Ein jeweils zweites Eingangssignal der UND-Glieder kommt über die Leitungen 138 bzw. 140 entweder vom P-Abtastkanal oder vom Q-Abtastkanal. Das jeweils dritte Eingangssignal der korrelierenden UND-Glieder stammt vom Ausgang des Inverters 132 über die Leitung 142. Die Ausgangssignale der UND-Glieder des !Correlators werden an zwei ODER-Glieder 144 und 146 angelegt. Die Verknüpfungsanordnung der UND-Glieder 116 und 118 sorgt für die Korrelation für "unähnliche" Signale während die Ausgangssignale der UND-Glieder 120 und 122 für die Korrelation für "ähnliche" Signale dienen, wie dies so typisch in Fig. 4 und 5 dargestellt ist.

Die Übereinstimmungs- und Abweichungsergebnisse werden von den ODER-Gliedern 144 und 146 kombiniert und Flipflops 148 und 150 vom Verzögerungstyp zugeführt. Das an das Flipflop 148 angelegte Ausgangssignal des ODER-Gliedes 144 dient zur Synchronisierung des Übertrags und der Steuersignale für die Zähler bzw. Akkumulatoren 124, 126 usw, über eine gemeinsame Steuerleitung 152. Mit dem an das Flipflop 150 angelegten Ausgangssignal des ODER-Gliedes 146 wird die Aufwärts/Abwärts-Steuerung für die Akkumulatoren über die Leitung 158 synchronisiert. Ein 10 MHz-Taktgenerator 156 tastet jedes der beiden Flipflops 148 und 150, deren Dateneingänge an die Ausgänge der ODER-Glieder 144 bzw. 146 angeschlossen sind» Durch diese Anordnung und ihre Betriebsweise wird erreicht, daß die asynchronen Signale der ODER-Glieder 144 und 146 von dem 10 MHz-Taktgenerator 156 so quantisiert werden, daß die Ausgangssignale der Flipflops 148 und 150 nun mit den Zeitgebersystemen des Korrelatorsystems synchronisiert sind.

Übereinstimmungen (Ähnlich-Korrelationen) von den UND-Gliedern 120 und 122 werden mit der Korrelatorzeitgebung synchronisiert, um die Richtung zu steuern, in welcher die Zähler zählen sollen. Die Verknüpfungsanordnung ist derart, daß für Übereinstimmungen

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von den UND-Gliedern 120 oder 122 aufwärts und im Falle fehlender Übereinstimmungen, also für Abweichungen abwärts gezählt wird. Wie an sich allgemein bekannt ist„zählen konventionelle Aufwärts/Abwärts-Zähler je nach.Vorhandensein oder Fehlen eines Steuersignals, wie es vom Flipflop 150 erzeugt wird, aufwärts oder abwärts.

Die als Aufwärts/Abwärts-Zähler arbeitenden Akkumulatoren 124, 126 usw. werden über die Leitung 154 kontinuierlich mit Taktsignalen vom 10 MHz-Taktgenerator 156 gesteuert» Jeder dieser Akkumulatoren besteht zweckmäßig aus drei 4-Bit-Aufwärts/Abwärts-Zählern. Eine solche .Kombination ermöglicht Zählungen zwischen 0 und 2549. Dieser numerische Zählwert wird im SECANT-^ System dazu benutzt, einen Bereich in Seemeilen zu bestimmen, wie noch erläutert werden wird:

Bei einer bestimmten Ausführungsform eines SECANT-Systems zur Kollisionsverhinderung werden fünfzehn derartige Akkumulatoren benutzt, von denen jeder eine übertrag-Steuerung, eine Aufwärts/Abwärts-Zählsteuerung und eine 10 MHz-Taktsteuerung benötigt.' Diese EingangsSteuerungen erfolgen über die Steuerleitung 152 für die übertrag- oder Eingabe-Steuerung ("carry-in control"), über die Leitung 154 für die 10 MHz-Taktsteuerung und über die Leitung 158 für die Aufwärts/Abwärts-Steuerung. Zusätzlich wird ein 1 Ais-Rücksetzimpuls, der alle 0,1 s erscheint, über die Taktsammelleitung 68 vom mit 1 kHz arbeitenden Taktgenerator 66 an die Akkumulatoren angelegt, wodurch jeder Akkumulator alle 100 ms gelöscht und auf Null rückgesetzt wird.

Jeder Akkumulator wird durch eine Gruppe von Taktimpulsen T-, T₂ .... T₁^ gesteuert und von den jeweils anderen Akkumulatoren unterschieden. Jeder Taktimpuls hat die Dauer von 1 ,us und steuert den Auftasteingang des betreffenden Akkumulators. Die Taktimpulse werden von dem Schieberegister 94 für das Bereichsband erzeugt, welches zweckmäßig aus einem konventionellen 16 Bit-Schieberegister besteht, dessen Zyklen jeweils von der

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Bereichsbandsteuereinheit 91 gesteuert werden. Die Bereichsbandsteuereinheit 91 ist aus Verknüpfungsschaltungen so aufgebaut, daß sie jede Millisekunde über die Leitung 160 ein 1 ,us-Signal abgibt, wodurch jeweils ein Zyklus des Schieberegisters 94 eingeleitet wird. Das zur Steuerung der Akkumulatoren 124 usw. dienende Schieberegister 94 vollendet einen Zyklus und hält automatisch an, wenn sechzehn Taktperioden auf der Taktsammelleitung von jeweils 1,us aufgetreten sind. Wie aus Fig. 8 erkennbar ist, erzeugt das Schieberegister 94 einen Ausgangsimpuls am Ende jedes Taktbits von ungefähr 1 ,us-Dauer an fünfzehn separaten Steuerleitungen (entsprechend den Taktimpulsen T- bis T₁₅), die an entsprechende Leitungen der Akkumulatoren 124, 126, 128 angeschlossen sind. Diese fünfzehn Steuerleitungen sind außerdem zusammen mit einer zusätzlichen Steuerleitung für einen Impuls T₁₆ an einen Zieladresscodierer 182 angeschlossen. Die Impulsfolge der Akkumulatorimpulse ist derart, daß das Ende des ersten Taktimpulses, T₁ mit dem Beginn des zweiten Taktimpulses T₂ zusammenfällt, das Ende des Taktimpulses T„ mit dem Beginn des Taktimpulses T₃ usw. bis zum Taktimpuls T₁₅-. Eine 15,us-Folge von fünfzehn jeweils 1 ,us dauernden Impulsen steuert also die Zeit für die Korrelation und Akkumulation von Antworten für fünfzehn Akkumulatoren, die jeweils zu einem bestimmten Bereich vom abfragenden Flugzeug gehören. Das hier beschriebene System ist so ausgelegt, daß eine Dauer von 15,us der Korrelationszeit ein Zielbereichsband antwortender Flugzeuge von 1,25 Seemeilen repräsentiert. Zum kontinuierlichen Korrelations- und Akkumulationsbetrieb gehört die Auswertung aller Ziele in jedem Akkumulatorbereichsband durch angemessene Verfolgungsperioden mittels der Folgerschaltung. Hierbei wird das Bereichsband schrittweise in weiter aussenliegehde Bereiche gelegt, und zwar unter Steuerung durch die Bereichsbandsteuereinheit 91, bis die maximale gewünschte Bereichsgrenze erreicht ist (vgl. Fig. 8).

Die Bereichsbandsteuereinheit 91 benutzt die 1 MHz-Taktsignale des Generators 82 auf der Taktsignalleitung 80 und die 1 kHz-Taktsignale des Taktgenerators 66 auf der TaktSammelleitung 68

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und wird über die Leitung 96 vom zyklischen T -Impuls und über eine Leitung 93 für ein FoIgerzustandsignal von der Folgerschaltung 56 gesteuert. Die Bereichsbandsteuereinheit 91 arbeitet teilweise als ein erster Zähler konventioneller Form, der in Schritten zählt, die in Seemeilen bemessen sind und, wie oben erläutert wurde. Schritten von ungefähr 12,us (genauer gesagt, 12,36,us) entsprechen. Der 12 ,us-Zeitintervall ergibt sich aus der Zeit, die ein Radar-Impuls (im Falle eines SECANT-Systems ein Abtastsignal) benötigt, um über eine Entfernung von 1 Seemeile zu einem Ziel und nach Reflexion durch das Ziel (als Transponder- oder Remitter-Antwort für das SECANT-System) über die gleiche Strecke zurück zu gelangen. Die gewählte Zählfolge für das hier beschriebene System ist O, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 in sich wiederholender Weise. Nach dieser Folge erfolgt der Schritt- oder Weiterschaltbetrieb für das Akkumulatorbereichsband. Jeder Schritt repräsentiert mindestens ein vollständiges Korrelationsintervall von einhundert aufeinanderfolgenden T_Q-Impulsen oder 0,1 s. Die Dauer von 0,1 s ergibt sich, wenn keine Ziele durch Korrelation von den Akkumulatoren 124, 126 usw. identifiziert werden, was also das Minimalintervall bestimmt. Das Maximalintervall ergibt sich, wenn Ziele korreliert werden; die Zeit hierfür ist eine direkte Funktion der Zeit, welche die Folgerschaltung 56 benötigt, um jedes von fünfzehn möglichen, von den entsprechenden fünfzehn.Akkumulatoren festgestellten Zielen zu verfolgen.

Der Betrieb der Bereichsbandsteuereinheit 91 wird bei jeder Abtastperiode durch den T -Impuls über die Leitung 96 eingeleitet. Der T -Impuls setzt einen geeigneten Zähler in der Bereichsbandsteuereinheit 91 auf Null zurück, welcher unter Steuerung durch das 1 MHz-Taktsignal auf der Taktsignalleitung 80 in Schritten von 12 ,us zählt. Wenn der Zählwert mit dem speziellen, unmittelbar interessierenden Schritt in der Bereichsbandschrittfolge übereinstimmt, wird ein Startimpuls erzeugt. Dieser Startimpuls wird erstens dazu benutzt, den zweiten Zähler anzuhalten, dessen Betrieb durch den T -Impuls eingeleitet worden war, und

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zweitens wird er über die Leitung 160 dem Schieberegister 94 zugeführt, das dadurch anläuft und die Impulse T₁, T~ ... T_1ß erzeugt. In der Bereichsbandsteuereinheit 91 befindet sich ferner ein dritter Zähler geeigneter Art, der die T -Impulse zählt, bis die Zahl 100 erreicht ist. Bei Erreichen des Zählwertes 100 wird, wenn kein Statussignal von der Folgerschaltung 56 über die Leitung 93 vorhanden ist, der erste Zähler der Bereichsbandsteuereinheit 91 auf den nächsten Schritt in der Zählfolge von 0 bis 9 erhöht. Zu beachten ist, daß der O-Schritt auf den 9-Schritt folgt. Das Statussignal von der Folgerschaltung über die Leitung 93 besagt, daß die Folgerschaltung Ziele anfordert bzw. auf Ziele wartet und daher nicht in Tätigkeit ist. Außerdem hat der Zieladresscodierer 182 die (noch näher zu erläuternde) Funktion, alle von den Akkumulatoren 124, 126 usw. korrelierte Ziele an die Folgerschaltung 56 "wegzugeben", jedoch nur einmal pro Zyklus. Wenn also das Statussignal der Folgerschaltung auf der Leitung 93 weiterhin einen Untätigkeitszustand anzeigt, bedeuten die Gesamtverhältnisse, daß ein Korrelations- und VerfoIgungszykIus eines speziellen Bereichsbandes bzw. Akkumulators vollendet worden ist, und daß das System auf den Betrieb im nächsten Bereichsband weiterzuschaIten ist. Es sei darauf hingewiesen, daß bei der Weiterschaltung der Bereichsbänder eine Überlappung von 0,25 Seemeilen vorgesehen ist, so daß keine Ziele verfehlt oder übersehen werden können. Bei dem hier beschriebenen System geschieht dies automatisch, da die Weiterschaltfolge in Schritten von jeweils 12,us geschieht, während die fünfzehn Akkumulatoren 15 ,us repräsentieren. Der Akkumulator Nr. 13, der Akkumulator Nr. 14 und der Akkumulator Nr. 15 stimmen also im Bereich mit dem Akkumulator Nr. 1 , dem Akkumulator Nr. 2 bzw. dem Akkumulator Nr. 3 des nächstfolgenden Bereichsbandschrittes überein. Eine Ausnahme ist zu beachten, nämlich vom Schritt Nr. 9 (neunte Seemeile) zum Schritt Nr. 0 (Entfernung 0). Die Überlappung von drei Akkumulatoren beträgt also 1/4 einer Seemeile (vgl. Fig.9).

Die Akkumulatoren 124, 126 und 128 (Nr. 1 bis 15) sind über Leitungen 168, 170 und 172 mit zugehörigen digitalen Vergleichs-

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schaltungen 162, 164 bzw. 166 verbunden. Jede diener Vergleichsschaltungen besteht zweckmäßig aus Verknüpfungsgliedern; bei-, spielsweise handelt es sich um einen 12-Bit-Digitalvergleicher. Die Schwellwertzahl jeder Vergleichsschaltung wird je nach den speziellen Erfordernissen des Systems voreingestellt. Bis dahin -zählt jeder Akkumulator "gesperrt" (lock), wie erläutert werden wird. Wenn die Akkumulatoren am Ende jeder Impulsperiode (der Akkumulatorzeit) bis zu ihren voreingestellten Schwellwertzahlen zählen, wird an der entsprechenden Äusgangsleitung 174, 176, ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Zieladresscodierer 182 zugeführt wird. Gleichzeitig, werden die Ausgangssignale über Leitungen 163, 165, 167 dazu benutzt, mit geeigneten Taststeuerungen in,jedem entsprechenden Aufwärts/Abwärts-Zähler der Akkumulatoren 124, 126., 128 den Zähler am Zählen zu hindern. Ein derart gesperrter Zähler kann nicht weiterzählen, bis an den Akkumulator über die Taktsammelleitung 68 ein 1 kHz-Rücksetzsignal angelegt wird. Ein in dieser Weise gesperrter Akkumulator repräsentiert ein korreliertes Ziel, das von der Folgerschaltung 56 verfolgt werden soll. , .

Der Zieladresscodierer 182 hat die Aufgäbe, die verfügbaren Ziele zu korrelieren und sie in ein Adressensignal umzuwandeln, das sich für die "Weggabe" an die Folgerschaltung 56 eignet. Im SECANT-System wird dieses Signal als T_-Impuls identifiziert, der über die Leitung 184 zur Folgerschaltung 56 gelangt, der Zieladresscodierer 182 ordnet den korrelierten Zielen ferner eine Priorität zu. Die Priorität ist derart, daß das nächstliegende Ziel als erstes "weggegeben" wird, das zweitnächste Ziel als zweites usw., bis alle Ziele für einen gegebenen Bereichsbandschritt übergeben worden sind. Danach wechselt der Betrieb zum nächsten Bereichsbandschritt. Eine erfolgreiche Zieladressübergabe erfordert einen T_R-Impuls sowie einen Abtast- oder Markierimpuls auf der Leitung 186. Jedoch muß das Statussignal der Folgerschaltung auf der Leitung 188 angeben, daß die Folgerschaltung nicht in Tätigkeit ist, und außerdem eine Zieladresse (T_R-Impuls) erforderlich ist. Wie oben erläutert wurde, werden

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die Identitäten der korrelierten Ziele über die Ausgangsleitungen 174, 176, 178 dem Zieladresscodierer 182 übermittelt. Unter Verwendung der Taktimpulse T₁ , T„ ... T₁,- erzeugt der Zieladresscodierer 182 den richtigen T_R-Impuls, während der Impuls T₁₆ dazu benutzt wird, auf der Leitung 186 den Markierimpuls für die Folgerschaltung zu erzeugen.

Gemäß der Anordnung der hier beschriebenen Ausführungsform eines SECANT-Korrelators wird also jeder Aufwärts/Abwärts-Zähler bzw. Akkumulator 124, 126 usw. durch seine zugehörigen Zeitsteuerimpulse vom Schieberegister 94 dazu befähigt, jeweils sowohl Übereinstimmungen (Ähnlich-Korrelationen) als auch Abweichungen (Unähnlich-Korrelationen) der P- und Q-Antworten zu zählen, die dem zum betreffenden speziellen Akkumulator gehörenden Bereichsband entsprechen.

Nun sollen die Art des Akkumulatorbetriebes und die Weise,.wie ein Ziel festgestellt wird, beschrieben werden. Da jeder der Akkumulatoren 124, 126 usw. alle 0,1 s vom 1 kHz-Taktsignal über die Taktsammelleitung 68 rückgesetzt und ein Abtastsignal (P oder Q) einmal alle Millisekunde gesendet wird, werden zwischen Rücksetzsignalen 100 Abtastsignale auftreten. Da die fünfzehn Befähigungsimpulse für die fünfzehn Akkumulatoren (Taktimpulse T-, T- usw.) jeweils 1 ,us dauern und für die Taktsteuerung der Akkumulatoren der 10 MHz-Taktgenerator 156 verwendet wird, können sich 10 Zählungen pro Befähigungsimpuls für einen möglichen Gesamtzählwert 1000 zwischen den Rücksetz-Taktsignalen auf der Taktsammelleitung 68 ergeben. Um in einem speziellen Akkumulator einen Zählwert 1000 zu erhalten, muß man dafür sorgen, daß die Antworten auf ein Abtastsignal mit dem speziellen Befähigungsimpuls des Akkumulators während der betreffenden Abtastperiode zentriert wird oder zusammenfällt. Das antwortende Flugzeug wird also eine Entfernung vom abfragenden Flugzeug haben, die in dem Bereich liegt, der dem gewählten Bereich der gewählten Akkumulatoren 124, 126 usw. entspricht. Mit anderen Worte'n: da jeder Akkumulator 1/12 einer Seemeile entspricht, wird ein

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im Bereich einer Seemeile befindliches Zielflugzeug eine Akkumulierung im Akkumulator Nr. 12 für die Null-Schritt-Einstellung der Bereichsbandsteuerung registrieren.

Obwohl in jedem Akkumulator ein Zählwert von 1000 möglich ist, wurde für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel ein tatsächlicher Zählwert von 400 gewählt, da dieser zur Registrierung eines echten (d.h. korrelierten) Zieles in einem der Akkumulatoren ausreichend ist. Das System enthält eine zweckmäßige Rückkopplungsanordnung etwa über die Leitungen 163, 165, 167 usw., damit der Zählwert und somit die Zielbereichsidentitat in jedem Akkumulator für die restliche Dauer des 0,1 s-Rücksetzintervalls festgehalten wird, nachdem der Schwellwert des Zählwertes 400 erreicht worden ist.

Alle Akkumulatorzählwerte, die die Zahl 400 erreichen, entsprechen Zielen, die ihrerseits an die Folgerschaltung "weggegeben" werden, welche in einer aus der Radar-Technik an sich bekannten Weise die Art der gegebenenfalls drohenden Gefahr feststellt. Die übergabe des Ziels an die Folgerschaltung geschieht zuerst durch den Akkumulator Nr. 1, dann durch den Akkumulator Nr. 2 usw., falls ein Ziel in der beschriebenen Weise identifiziert worden ist.

Der genaue Schwellwert in. jedem der Akkumulatoren 124, 126 usw. ist in Wirklichkeit ein Band von Zahlen zwischen den Zählwerten 400 und 1269. Das höchstwertige Bit in jedem Akkumulator wird dazu benutzt, wie ein Zeichenausdruck alle Zählwerte zwischen 1270 und 2549 zu sperren oder daran zu hindern, qualifiziert oder als Ziel gekennzeichnet zu werden. Da der Rücksetzzustand bei jedem Akkumulator der Zählwert Null ist, hat die unmittelbare Eingabe eine Abweichung (Unähnlich-Korrelation) in den Zähler zur Folge, daß für den Fall einer Reihe von Abweichungen vom typischen Zählwert Null bis 2549 oder 2548 oder beispielsweise 2100 (zurück) gezählt wird. Ohne eine geeignete obere Grenze bei einem solchen Schwellwert würden im Falle einer

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sehr langen Reihe von Abweichungen, die weiter oben als "Störungen" ("fruit") bezeichnet wurden, falsche, unechte Ziele erscheinen. Mit anderen Worten: Aufwärts/Abwärts-Zähler mit endlichem Bereich können jeden gegebenen Zählwert entweder dadurch erreichen, daß sie vorwärts zählen oder aber dadurch, daß sie rückwärts zählen.

Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Akkumulatoren 124, 126, 128 durch Aufwärts/Abwärts-Zähler realisiert sind, besteht auch die Möglichkeit, einen einfachen Aufwärts-Zähler zu verwenden, wobei für die Integrierfunktion beim Vergleich der Übereinstimmungen und Abweichungen gemäß der Signale von den ODER-Gliedern 144 oder 146 geeignete Verknüpfungsglieder vorgesehen sind, wie für den Fachmann offensichtlich ist.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß in konventionellen Verknüpfungsschaltungen, in denen 0- und 1-Impulse gezählt werden, gewöhnlich Taktsteuerungen erforderlich sind, damit Zählfehler dieser binären Signale vermieden werden. Erfindungsgemäß werden solche möglichen Fehler bei der binären Zählung durch die beschriebene Anordnung der Akkumulatoren 124, 126, 128 und durch Synchronisierung aller Steuerungen der Zähler verhindert.

Die Zeitdiagramme der Fig. 7 bis 9 zeigen die Beziehung zwischen den signifikanten Signalen des oben beschriebenen Korrelationsund Steuersystems. Bei Betrachtung dieser Zeitdiagramme.wird unter Berücksichtigung der bisherigen Erläuterungen die Betriebsweise des Systems klar. Die Zeitdiagramme zeigen die relativen Amplituden und Impulsbreiten der verschiedenen Signale oder Impulse, die vom Korrelator- und Steuersystem benutzt oder erzeugt werden. Normalerweise hat das Signal oder der Impuls einen konstanten, endlichen Wert, der durch die unterste gerade horizontale Linie jeder Schwingungsform in der üblichen Weise angegeben ist.

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Zusammengefaßt werden abgetastete bzw. als Proben entnommene zufällige Rauschimpulse der Schwingungsform 62 in P- oder Q-Abtastsignalbefehle (UND-Glied 100 oder 98) für die Abfrage eines Zielflugzeugs umgewandelt. Die Sendung erfolgt alle Milli sekunde unter Steuerung durch den die Zeit Null bezeichnenden (vgl. Fig. 7)

Die Taktimpulse" T- bis T₁₆ zur Zeitsteuerung der Akkumulatoren werden aus den durch das Register 70 verarbeitenden zufälligen impulsen der Schwingungsform 62 gewonnen, wobei die Steuerimpulse durch das Schieberegister 94 erzeugt werden, wie in Fig. 8 dargestellt ist. "Zitter"-Befehle bewirken, daß das Register rechtzeitig den die Zeit Null bezeichnenden T_-Impuls relativ zum Eingabesignal auf der Leitung 77 verschiebt (Fig. 7).

Das Muster von Taktimpulsen T₁ bis T₁^ für eine Folge typischer Bereichsbandschritte ist in Fig. 9 dargestellt. Das Impulsmuster beim Schritt 2 existiert 0,1 s lang nach jedem T -Impuls oder solange, bis die Folgerschaltung 56 alle korrelierten Ziele verfolgt. Der nächste Schritt, der Schritt Nr. 3, zeigt das Impulsmuster, das für die folgenden 0,1 s nach jedem T -Impuls vorhanden ist, oder auch hier solange, bis die Folgerschaltung 56 alle korrelierten Ziele verfolgt. Der nächste Schritt, der Schritt Nr. 4, zeigt das Muster für die nächstfolgenden 0,1 s anschließend an jeden T -Impuls, oder solange, bis die Folgerschaltung 56 die Verfolgung aller korrelierten Ziele vollendet hat. Diese Schrittfolge wiederholt sich durch den gesamten Betriebsablauf des Korrelators hindurch, wie schon beschrieben wurde. Bei dem Impulsmuster sollte beachtet werden, daß die Impulse T₁, T₂ und T₃ des Schrittes Nr. 3 den Impulsen T₁₃, T₁₄ bzw. T₁₅ des Schrittes Nr. 2 entsprechen, wodurch sich eine Überlappung von 1/4 Seemeilen ergibt und gewährleistet ist, daß kein Ziel versäumt oder übersehen wird.

Die obige Beschreibung beruht auf 10 Schritten zur Verarbeitung von Antworten von Flugzeugen innerhalb eines Bereiches von

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10 1/4 Seemeilen, wobei jeder Schritt (vgl. Fig. 9) eine Seemeile repräsentiert. Der Bereich kann dadurch erweitert werden, daß im erforderlichen Maße zusätzliche Schritte durch eine ent=- sprechende Anzahl zusätzlicher Akkumulatoren eingeführt werden. Es können bis zu 90 Akkumulatoren zur Erfassung von ungefähr 7 1/2 Seemeilen vorgesehen werden.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der 10 MHz-Taktgenerator 156 die Haupt- und Referenztaktquelle des Systems, von der der mit 1 MHz arbeitende Taktgenerator 82 und der mit 1 kHz arbeitende Taktgenerator 66 in irgendeiner bekannten Weise gesteuert werden. Damit ein "Durchgehen" (race) bei der Zeitgabe verhindert wird, wird das 1 kHz-Eingabesteuersignal des zur Eingabesteuerung dienenden Registers 70 zweckmäßig um eine kurze Zeitdauer verzögert, beispielsweise um 1 ms, wie in Fig. 7 durch das Verzögerungsintervall X im Zeitdiagramm des 1 kHz-Eingabesignals angedeutet ist.

Es versteht sich, daß eine Impulsquelle wie die Rauschquelle Befehle zur Erzeugung von Abtastsignalen vom P- oder Q-Typ kontinuierlich erzeugen kann, ohne den Betrieb des Systems zu beeinträchtigen. Der Korrelator kann also stets einer echten Bedrohung entsprechende Informationen (threats) von Störungen (fruit) unterscheiden. Obwohl das oben beschriebene Ausführungsbeispiel des Korrelator- und Steuersystems auf Basis der Verwendung von zwei Abtastsignalbefehlen und Antworten arbeitet, eignet sich das System also selbstverständlich auch für Fälle, bei denen Störpegel niedrig sind, um eine Gefahr darstellende Schiffe oder eine unbewegliche Bezugsstelle zu identifizieren, wenn entsprechende Abwandlungen vorgenommen werden. So kann die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsanordnung so ausgelegt werden, daß sie sich für die Verwendung nur einer einzigen Art von Abtastsignalen wie z.B. P-Abtastsignale eignet, in welchem Fall nur das UND-Glied 120 zur Verarbeitung entsprechender P-Antworten erforderlich wäre. In einem solchen, beispielsweise für die Schiffahrt geeigneten System muß ein sich in der Ferne bewegen-

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des Schiff oder eine ortsfeste Landstation nur einen Transponder oder Remitter wie etwa den Transponder 50 in Fig. 6 haben, um ein P-Antwortsignal zurückzusenden, wenn das Schiff oder die Station ein P-Abtastsignal empfängt, das von einem sich bewegenden Schiff gesendet worden ist, welches mit einem Korrelator gemäß der Erfindung ausgerüstet ist.

Es versteht sich, daß in einem solchen abgewandelten System keine negative Zählakkumulation erforderlich ist, so daß ein einfacher Aufwärts-Zähler statt der Akkumulatoren 124 usw. verwendet werden kann.

Kurz zusammengefaßt, werden erfindungsgemäß Äbtast- und Äntwortsignale, die sowohl bezüglich der Frequenz {P oder Q) als auch der Zeit (T -Impuls) willkürlich und zufällig sind, durch eine Doppel-Korrelationsfunktion bereichsmäßig so korreliert werden, daß Fahrzeuge und insbesondere Flugzeuge, die eine Bedrohung darstellen, selbst in Umgebungen identifiziert werden können,, in denen sie in einer sehr hohen Dichte auftreten. Die Abwandlung der Korrelierung lediglich auf Zeitzufallsbasis ermöglicht die Identifizierung von Fahrzeugen,, wie insbesondere sich langsamer bewegenden Schiffen, die gewöhnlich in geringerer Dichte auftreten, wobei der Störpegel (der Pegel der "fruit"-Signale) wesentlich niedriger ist, als es erfahrungsgemäß bei Flugzeugen der Fall ist.

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Claims

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Pa. tentansprüche

Digitale Korrelator, insbesondere für ein System zur Verhinderung von Kollisionen von Flugzeugen oder anderen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zufallssignalquelle (60) vorgesehen ist, die in willkürlicher Weise digitale Zufallssignale (62) mit sich ändernder Impulsbreite erzeugt, welche periodisch von einer Abtastanordnung (64) abgetastet werden, die eine von zwei Abfragesignalen (P,Q) erzeugt, welche unterschiedliche Kennwerte haben und nacheinander in die Umgebung sendbar sind um das Vorhandensein ferner Stationen abzufragen, in denen sich eine Anordnung (50) befindet, die in Abhängigkeit von empfangenen Abfragesignalen ein diesen jeweils entsprechendes Antwortsignal erzeugt und in die Umgebung sendet, und in denen sich eine weitere Anordnung (64,50) befindet, die periodisch eines von zwei Abfragesignalen erzeugt, welche den empfangenen Abfragesignalen entsprechen und in Abhängigkeit von einer Zufallssignalquelle erzeugt werden, die sich von der ersten Zufallssignalquelle (60) unterscheidet; daß eine Anordnung (54) zum Empfang der Antwortsignale und Abfragesignale von den fernen Stationen sowie eine Anordnung (112) vorgesehen ist, die diese empfangenen Signale in Signale diskriminiert, welche entweder dem einen oder dem anderen der beiden Abfragesignale entsprechen, daß eine digitale Schaltung (116, 118,120,122,130,144,146) vorgesehen ist, die synchron mit der periodischen Abtastanordnung (64) während jeder Abtastperiode die gesendeten und als Antwort gekommenden Abfragesignale vergleicht und daraufhin eines der beiden Signale erzeugt, das der Ähnlichkeit bzw. Unähnlichkeit zwischen den Abtastsignalen und den empfangenen Signalen entspricht, und daß eine weitere digitale Schaltung (124,126,128) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der vergleichenden Schaltung die Ähnlichkeitssignale und die Unähnlichkeitssignale integriert.
2) Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Integrierschaltung eine Einrichtung (94) enthält, welche der Reihe nach die Signale von der Vergleichsschaltung gemäß dem Bereich der fernen Stationen integriert.
3) Korrelator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrierschaltung eine Einrichtung (162,164,166) enthält, welche die Integration der Ähnlichkeitssignale auf einen vorgegebenen Wert begrenzt, der das Vorhandensein einer fernen Station in der Umgebung offenbart.
4) Korrelator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung eine logische Vergleichsschaltung (162) enthält, die eine logische Zahl als Voreinstellwert ent-' hält und die Integrierung von Ähnlichkeitssignalen auf eine Zahl feststellt, die größer als die voreingestellte logische Zahl ist.
5) Korrelator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (162) eine Einrichtung (163,165,167) enthält, die ein Haltesignal zur Verriegelung der Integrierschaltung auf die voreingestellte Zahl erzeugt, wenn die Integrierschaltung Ähnlichkeitssignale entsprechend der voreingestellten Zahl akkumuliert.
6) Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (78) vorgesehen ist, die Zitterschwankungen der gesendeten Signale zur zeitlichen Verschiebung der gesendeten Signale relativ zu einer gegebenen Periode hervorruft.
7) Korrelator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die ZitterSchwankungen hervorrufende Einrichtung eine Vorrichtung (70) zum Abtasten einer Mehrzahl der Zufallssignale enthält, ferner einen Zähler (7 8) mit einer Einrichtung für eine Voreingabe eines Startzählwertes in den Zähler, ferner eine Schaltung (86), mittels welcher der Zähler die abgetasteten Zufallssignale zählt, so daß in einem zufälligen Zeitintervall

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ausgehend vom voreingegebenen Startzählwert ein vorbestimmter decodierter Endzählwert erscheint, sowie eine Einrichtung (90), die dann, wenn der Zähler bis zu einer vorbestimmten Anzahl der abgetasteten Zufallssignale zählt, einen Impuls erzeugt, der die periodische Rate definiert, mit der die gesendeten und empfangenen Signale verglichen werden.
8) Korrelator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (182,184), die für eine Folgerschaltung (56) einer von dem Korrelator identifizierten fernen Station (14,16,18 oder 20) ein Verfolgungssignal erzeugt.
9) Digitaler Korrelator insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Quelle (60) von Signalen praktisch konstanter Amplitude und veränderbarer Dauer, eine Einrichtung (64, 112,100,50), die in Abhängigkeit von diesen Signalen ein Abfragesignal erzeugt, das auf zufälliger Zeitbasis in die Umgebung sendbar ist, um das Vorhandensein ferner Stationen abzufragen, in denen sich Einrichtungen (50) befinden, die als Antwort auf die Abfragesignale ein Antwortsignal erzeugen und in die Umgebung senden, welches dem von der entfernten Station empfangenen Abfragesignal entspricht, eine Einrichtung (54) zum Empfang von AntwortSignalen und Abfragesignalen von fernen Stationen, eine Einrichtung (120) zur Unterscheidung der empfangenen Antwortsignale von AbfrageSignalen, eine digitale Schaltung (124, 126,128), die mit der Signalquelle synchronisiert ist und während einer gegebenen Zeitdauer gesendete Abfragesignale und empfangene Antwortsignale vergleicht, und eine Einrichtung (162, 164,166,182) zur Identifizierung des Bereiches der fernen Stationen durch Korrelation der empfangenen Antwortsignale.
10) System zum Korrelieren von Antwortsignalen von fernen Stationen, die auf Abfragesignale Antworten, die von einem Sender einer Station erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der fernen Station (14,16,18 oder 20) eine Einrichtung (52) zum Senden von Abfragesignalen befindet, eine Quelle (60)

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zum Erzeugen von Signalen praktisch konstanter Amplitude und sich ändernder Breite, eine Einrichtung (64,112,100), die in Abhängigkeit von den Signalen dieser Quelle den Sender veranlaßt, Abfragesignale zu senden, eine Einrichtung (54> die in Abhängigkeit von den Antwortsignalen und den fernen Abfragesignalen einen digitalen Impuls erzeugt, eine Einrichtung (120) die synchron mit den Befehlssignalen die Antwortsignale von den fernen Abfragesignalen unterscheidet, und eine Einrichtung (124,126,128,162,164,166,182), die in Abhängigkeit von der Unterscheidungseinrichtung ferne Stationen identifiziert.

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