DE2401755A1

DE2401755A1 - Schaltung zur uebertragung von am ausgang eines impulsradarempfaengers erhaltenen videosignalen an eine auswerteeinrichtung

Info

Publication number: DE2401755A1
Application number: DE2401755A
Authority: DE
Inventors: Roland M Carre
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-01-18
Filing date: 1974-01-15
Publication date: 1974-08-15
Also published as: DE2401755B2; FR2214896A1; FR2214896B1; DE2401755C3; GB1450261A; US3896433A

Description

PAitNiANWÄLTE 15.1.3974

OieTRiCH LEWINSKY _778H _IV/K

RtINER PRIETSCH

Thomson-CSF, Paris, Bid. Haussmann 173 (Frankreich)

"Schaltung zur übertragung von am Ausgang eines Impulsradarempfängers erhaltenen Videosignalen an eine Auswerteeinrichtung"

Priorität vom 18.Januar 1973 aus der französischen Patentanmeldung 73 ol748

; Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur übertragung von am Ausgang eines Impulsradarempfängers gegebener Bandbreite B erhaltenen Videosignalen an'eine Auswerteeinrichtung demgegenüber geringerer Bandbreite b, mit wenigstens einer Verzögerungsleitung, die die Videosignale des Empfängers erhält und eine Anzahl von Ausgangsabgriffen aufweist.

Die Erfindung geht dabei insbesondere von Radargeräten aus,die Impulse kurzer Dauer senden und empfangen. Ein derartiges Radargerät besitzt ein hohes Auflösungsvermögen,das eine bessere Unterscheidung eines Echos eines im Raum befindlichen Objektes von Störechos ermöglicht,die auf die Umgebung zurückzuführen sind (Bodenechos, Meeresoberflächenechos, Wolkenechos). Soweit der Radarempfänger mit schmalen Impulsen arbeitet, besitzt er eine erhebliche Videosignal-Bandbreite, die sich mit kürzer werdendem· Sendeimpuls noch erhöht.

Dieses Videosignal wird anschließend einer Verarbeitungseinrichtung oder Auswerteeinrichtung zugeführt, die ein Auswertesystem und Übertragungsschaltungen zwischen dem Empfänger und dem Auswertesystem umfaßt. Dieses Auswertesystem kann beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre, ein graphischer Schreiber, ein Magnetschreiber oder eine Ausziehvorrichtung sein.

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Diese Auswertesysteme sollten eine Durchlaßbandbreite haben,die i wenigstens derjenigen des angelegten Videosignals entspricht. Nun j wird es zwar zunehmend einfacher, Radargeräte mit hohem Auflösungs+ vermögen herzustellen; dagegen wird es zunehmend schwieriger, die ; Durchlaßbandbreite der Auswertesysteme zu verbessern. Der Versuch | zur Verbesserung dieser Systeme führt zu aufwendigen und kostspie-, ligen Anlagen und bringt außerdem unlösbare Probleme mit sich. j

!Beispielsweise hat bei einer Kathodenstrahlröhre das Bild eines !impulses auf dem Leuchtschirm, das heißt der Leuchtfleck, endli- j

i I

!ehe Abmessungen, die nicht unter eine gewisse Grenze vermindert i

I ι

!werden können, wenn die Dauer des Impulses abnimmt. Diese untere j !Grenze der Abmessungen des Leuchtfleckes ist unter anderem auf die Lichtstreuung auf dem Schirm, auf Sekundärelektronenemmissionen auf der Lumineszenzschicht und auch auf Grenzen der Sehschärfe des Beobachters zurückzuführen. Mit abnehmender Dauer des Impulses nimmt darüberhinaus auch die für die Anregung des Leuchtfleckes notwendige Energie im Verhältnis zu derjenigen von Störsignalen ab, in denen der Impuls mehr und mehr untergeht. Dasselbe würde eintreten, wenn der Leuchtfleck durch einen längeren Impuls, jedoch geringerer Amplitude, erzeugt würde, wenn folglich die Bandbreite des Systems schmäler wäre.

JDasselbe gilt für Registriergeräte wie etwa Schreiber. Die Frequenzgrenzen sind auf die mechanische Trägheit oder auf die schmale Bandbreite der Träger der magnetischen Aufzeichnung zurückzuführen. Im Fall von Auswertesystemen, die zur Verbesserung des Signal/Rauschen-Verhältnisses zum Beispiel bekannten Korrelationstechniken beruhen, sind die Frequenzgrenzen auf die Kapazitäten der Speicherschaltungen, die Abtastfrequenzen, die Rechendauer usw. zurückzuführen,
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Die Vorteile der großen Auflösung des Radargerätes werden somit durch die geringe Bandbreite der Auswertesysteme praktisch zunichte gemacht.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile die Impulsdauer des Videosignales an die Bandbreite des Auswertesystems anpaßt.und damit den Vorteil der guten Trennung der Nutzechos von den StörSignalen beibehält.

Diese Aufgabe ist mit der Schaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den Ausgangsabgriffen der Verzögerungsleitung und der Auswerteeinriehtung nichtlineare Schaltungen zur übertragung des Signals an den Ausgangs abgriffen mit der größten Amplitude an die Auswerteeinriehtung und zur Sperrung der Signale an den anderen Ausgangsabgriffen liegen.

Dabei sind die Laufzeiten von einem Ausgangsabgriff der Verzögerungsleitung zum nächsten alle gleich dem Kehrwert der Durchlaßbandbreite B des Radarempfängers.

Durch die nichtlinearen Schaltungen nach der Erfindung wird die Dauer eines Impulses sowie seine Energie mit einer bestimmten Zahl multipliziert. Dagegen wird die Energie der Störsignale nicht! erhöht, da diese unterdrückt werden, sobald ein Impuls an einem Ausgang .der Verzögerungsleitung erscheint. Es wird somit eine Kompression des Videofrequenzbandes durchgeführt, ohne daß dadurch nachteilige Wirkungen entstehen; die Bandbreite ist somit an diejenige der Auswerteeinriehtung angepaßt. Gleichzeitig erhöht sich der Kontrast zwischen einem Nutzecho und den Störechos,

Das Auflösungsvermögen verringert sich in gleichem Maße, was jedoch in der Mehrzahl der Fälle ein nicht ins Gewicht fallender j Nachteil ist, solange die zu beobachtenden Objekte sich nicht in ] sehr geringem Abstand voneinander befinden.

In der Zeichnung ist die Schaltung nach der Erfindung anhand einer

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-H-

beispielsweise gewählten Ausführungsform und erläuternden Diagram-j men schematisch dargestellt. Es zeigen:

Figur 1: ein Beispiel eines Videosignales am Radarausgang, Figur 2: ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung nach der

Erfindung,

I Figur 3: ein Beispiel des Signales am Eingang der Auswerte-I einrichtung und

Figur H: ein Beispiel eines gleichartigen Signales, wie es 1 mit einer verbesserten Ausführungsform der Schal-

', tung erzielt wird.

. Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Schaltung nach der Er- : findung beschrieben,die beispielsweise in Verbindung mit einer mit' j Kathodenstrahlröhre arbeitenden Anzeigeeinrichtung für ein Radar-I videosignal verwendet werden kann.

. Figur 1 zeigt ein Beispiel des Videosignales am Ausgang des Radar-I empfängers in Abhängigkeit von der Zeit. Bei 1 ist ein Impuls der

j Dauer T dargestellt, der das Echo eines Objektes ist, sowie Störi signale 2 zu beiden Seiten des Nutzechos 1, bei dem unterstellt !ist, daß seine Amplitude größer als diejenige der Störsignale ist.!

j Wenn dieses Signal so wie es ist an die Kathode der Röhre änge-

j legt wird, erzeugt der Impuls 1 einen Leuchtfleck oder Licht- ! punkt auf dem Bildschirm der Röhre. Dieser Leuchtfleck wird be-

stimmte endliche Mindestabmessungen haben.

j Betrachtet man beispielsweise den Schirm einer Speicherkathoden- !

strahlröhre, auf dem zwei Lichtpunkte mit einem gegenseitigen Ab- ' stand von einem Zentimeter zwei Objekte mit einem gegenseitigen Abstand von 7_S5 km darstellen, so ergibt sich für einen Mindestdurchmesser eines Leuchtfleckes in der Größenordnung von O₃H mm, daß dies einer Entfernungsauflösung von 15o m entspricht. Dieselbe Auflösung würde man mit einem Radargerät erzielen, das Impulse mit einer Dauer T=I Mikrosekunde aussendet. Wenn nur ein einzi-

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ges Objekt im Raum vorhanden ist, so bedeutet dies,daß das Objekt durch einen Impuls von einer Mikrosekunde "beleuchtet" wird.

Wenn die Impulsdauer auf nur o,2 Mikrosekunden vermindert wird, bleiben die Abmessungen des Leuchtfleckes entsprechend dem ■Vorhergesagten in der Größenordnung von o,4 mm. Umgekehrt ist aber die für die Anregung des Leuchtfleckes vorhandene Energie 5 mal geringer, als wenn der Impuls eine Dauer von einer Mikrosekunde hat. Damit der Beobachter diesen Leuchtfleck gut erkennen kann, muß er folglich die Helligkeit des gesamten Bildes durch Einwirken auf die Verstärkung eines Verstärkers steigern. Auf diese ■ Weise steigert er auch die Energie der Störsignale und der Konj trast des Bildes wird stark beeinträchtigt.

j Die Übertragungsschaltung nach der Erfindung kompensiert diesen j Energieverlust des Nutzsignales derart, daß der Kontrast des Bildes hinreichend groß bleibt. Ein Ausführungsbeispiel dieser Schaltung ist in Figur 2 dargestellt.

j Die Schaltung weist einen Eingangsanschluß G auf, dem das Videosignal des Radarempfängers, das heißt das Ausgangssignal der Detektor- bzw. Demodulatorstufe des Empfängers zugeführt wird. Der Anschluß E ist mit dem Eingang eines Verstärkers Io verbunden, dessen Bandbreite equivalent der Bandbreite B des Empfängers ist. Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit dem Eingang 11 einer Verzögerungsleitung 2o verbunden, welche vier Ausgänge, 12, 13, 14 und 15 besitzt. Da der Eingang 11 auch als Ausgang verwendet wird, umfaßt die Verzögerungsleitung insgesamt fünf Ausgangsabgriffe. Die durch die Leitung zwischen jedem Ausgangsabgriff und dem darauffolgenden erzeugte Verzögerung hat einen Wert % _, der gleich dem Kehrwert der Durchlaßbandbreite B des Empfängers ist, das heißt, etwa gleich der Dauer IT der Impulse. Die Verzögerungsleitung ist mit einer Impedanz 16 wellenwiderstandsrichtig abgeschlossen. Die Ausgangsabgriffe 11, 12, 13, 14, 15 sind mit entsprechenden "Verstärkern 21, 22, 23, 24, 25 verbunden, die eine Durchlaßbandbreite B, sowie hohe Eingangsimpedanz und niedrige

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Ausgangsimpedanz besitzen. Die Ausgänge der Verstärker sind mit den fünf Eingängen einer Schaltung 3o verbunden. Diese Schaltung enthält fünf Dioden 31, 32, 33, 34, 35, deren Kathoden mit einem Belastungswiderstand 36 verbunden sind. Das an den Anschlüssen des Widerstandes 36 abgenommene Ausgangssignal liegt am Eingang eines Verstärkers 4o, dessen Bandbreite etwa ein Fünftel der Band- ! breite B beträgt. Auch diesen Verstärker folgt eine Auswerteeinrichtung 5o, die eine Kathodenstrahlröhre enthält.

Die Arbeitsweise der Schaltung wird anhand der Figur 3 erläutert, die das gleiche Signal wie Figur 1 wiedergibt, jedoch nach Verarbeitung, das heißt in der Form, in der es an der Auswerteeinrichtung 5o anliegt.

Der verstärkte Impuls 1 liegt an der Verzögerungsleitung 2o an. Diese liefert folglich fünf gegeneinander zeitlich um eine Dauer ^₁ verschobene Impulse, die getrennt verstärkt werden und an den fünf Eingängen der Schalturg3o anliegen. Der Impuls 1 liegt zur gleichen Zeit stets nur an einem einzigen Eingang der Schaltung 3o an. Die entsprechende Diode wird folglich leitend und das Potential an den Anschlüssen des Widerstandes 36 wächst. Zur gleichen Zeit erhalten die anderen Eingänge der Schaltung .30 die Signale mit geringerer Amplitude, bei denen es sich um die Störsignale 2 handelt. Die vier anderen Dioden 22 bis 25 sind folglich gesperrt und die Schaltung 30 überträgt lediglich den Impuls 1. Allgemein ausgedrückt überträgt diese Schaltung lediglich dasjenige Eingangssignal, das die größte Amplitude besitzt. Die Dioden 31,32,33,34,35 werden nacheinander leitend und der Ausgang der Schaltung liefert eine Folge von fünf Impulsen der Gesamtdauer 5 mal X ^, equivalent zu der den Abmessungen des Leuchtfleckes entsprechenden Dauer T. Da die Durchlaßbandbreite des Verstärkers geringer als diejenige der Verstärker Io, 21, 22, 23, 24, 25 ist, wiikt dieser als Tiefpaßfilter und liefert einen Impuls 4, dessen Dauer annähernd T ist. Der Leuchtfleck wird folglich dieselbe Abmessung von o,4 mm haben, jedoch ist die zur Erzielung seiner HeI-

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ligkeit erzeugte Energie mit dem Paktor 5 multipliziert, während die Energie der Störsignale sich nicht geändert hat.

In dem beschriebenen Beispiel ist das Verhältnis der Bandbreite des Empfängers zur Bandbreite der Auswerteeinrichtung gleich 5 ι und die Zah3 der Ausgangsabgriffe der Verzögerungsleitung wurde

j ι

ι ebenfalls gleich 5 gewählt. Man kann jedoch dahin verallgemeinern,! ι daß zur Anpassung der von einem Empfänger mit der Bandbreite B ge-| ; lieferten Informationen an ein Auswertesystem der Bandbreite b ! j der Grundsatz zu beachten ist, daß die Zahl der Ausgangsabgriffe j j gleich der dem Verhältnis B/b nächstgelegenen ganzen Zahl zu wählen ist und daß die Verzögerung von einem Abgriff zum nächsten gleich der Dauer der empfangenen Impulse zu bestimmen ist.

Das Auflösungsvermögen ist zwar in der Auswerteeinrichtung geringer als am Ausgang des Radarempfängers, jedoch"ist das Verhältnis der Nutzsignalenergie und der Energien der Störsignale nicht verschlechtert.

Eine Verbesserung der Schaltung kann durch Änderung der Verstärkungsfaktoren der Verstärker 21 bis 25 im Verhältnis zueinander erreicht werden. Die Verstärkungsfaktoren der mit den Enden der Verzögerungsleitung verbundenen Verstärker werden im Verhältnis zu den anderen Verstärkungsfaktoren derart vermindert, daß die Umhüllende der Ausgangsimpulse der Schaltung 3o den Verlauf einer Gauss'sehen Kurve hat, wie dies in Figur 4 als Kurve 5 dargestellt ist. Die Helligkeit eines Leuchtfleckes nimmt zu den Rändern hin ab. Statt durch einen Impuls der DauerTkönnte derselbe Leuchtfleck· ausgehend von einem breiteren Impuls der Dauer T erhalten werden, dessen Umhüllende den Verlauf einer Gauss'sehen Kurve hat. Durch entsprechende Einstellung der relativen Verstärkungsfaktoren der Verstärker 21 bis 25 kann am Ausgang des Verstärkers ho ein Impuls erhalten werden, der diese Form hat. Anstelle der Verstärker können auch Dämpfungsglieder verwendet werden. Die Ausgangssignale der Verzögerungsleitung werden mit reellen Koeffizienten, die größer oder kleiner als 1 sind, multipliziert.

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Die beschriebene Verarbeitungs- oder übertragungsschaltung kann ' auch mit jeder anderen Art von Auswerteeinrichtung verwendet werden. In jedem Fall sind die Verstärkungsfaktoren der mit den ^:

I Ausgangsabgriffen der Verzögerungsleitung verbundenen Verstärker '

I i

[ derart bestimmt, daß die die Verstärkungsfaktoren in Abhängigkeit ! von der Ordnungszahl der Verstärker darstellende Kurve ähnlich der

ι die Impulsantwort des Auswertesystems darstellenden Kurve wird. ;

^: Dies gilt vor allem, wenn das Verhältnis B/b groß ist. ;

^! Die Schaltung nach der Erfindung ist demzufolge eine Bandbreiten- ; : kompressionsschaltung oder ein Bandbreitenumsetzer, so daß die > Signale stets an die Schaltungen angepaßt sind, in denen sie ver- ' ! arbeitet werden. Es handelt sich um eine nichtlineare Schaltung,
I die das Signal überträgt und das Rauschen sperrt, damit das Sig- '. , nal/Rauschen-Verhältnis sich nicht zu sehr verschlechtert. Die ^; j Rausehamplituden bzw. das Rauschspektrum in der Nähe eines Nutz- ! ' signales werden folglich ausgelöscht (wenn der Impuls eine größere^

ι :

I Amplitude als das Rauschen hat).

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Claims

PATENTANWÄLTE DIETRICH LEWINSKY 15.1.1974 HEINZ-JOACHIM HUBER 778H-TV/K REINER PRIETSCH Mönche n 2 ι Thomson-CSF GOTTH ARDSTR. 81 Bid.Haussmann 173, 75oo8 Paris (Frankreich) Patentansprüche:

1.jSchaltung zur übertragung von am Ausgang eines Impulsradarempfängers gegebener Bandbreite B erhaltenen Videosignalen an eine Auswerteeinrichtung demgegenüber geringerer Bandbreite b, mit wenigstens einer Verzögerungsleitung, die die Videosignale des Empfängers erhält und eine Anzahl von Ausgangsabgriffen aufweist, dadurch gekennzeichnet ₃ daß zwischen den Ausgangsabgriffen (11 bis 15) der Verzögerungsleitung (2o) und der Auswerteeinrichtung (5o) nichtlineare Schaltungen (3o) zur übertragung des Signals an den Ausgangsabgriffen mit der größten Amplitude an die Auswerteeinrichtung (5o) und zur Sperrung der Signale an den anderen Ausgangsabgriffen liegen.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Schaltungen (3o) Dioden (31 bis 35) zwischen jedem der Ausgangsabgriffe der Verzögerungsleitung (2o) und dem Eingang der Auswerteeinrichtung (5o) enthalten.

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