DE2541292C2

DE2541292C2 - Vorrichtung zur Korrelierung von Signalen bei Dopplerradaranlagen zur Entfernungsmessung

Info

Publication number: DE2541292C2
Application number: DE2541292A
Authority: DE
Inventors: Jacques Chatillon-sur-Bagneux Fournier
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1974-09-27
Filing date: 1975-09-16
Publication date: 1984-09-06
Also published as: FR2286390A1; US4044356A; GB1510136A; DE2541292A1; FR2286390B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrelicrung von Signalen bei Dopplerradaranlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Gattung ist aus der FR-PS 72 953 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein statistisches Signal ausgestrahlt, das dann in einer Korrela tionsschaltung korreliert und ausgewertet wird, um jedes ausgestrahlte Signal und jedes empfangene Signal, das nach Reflexion an dem Ziel erhalten wird, derart vergleichen zu können, daß die Entfernung des Zieles abgeleitet werden kann. Bei dieser Vorrichtung werden auf den Eingang der Korrelationssehaltung das empfangene Signal und das ausgesandte Signal gegeben, wobei das letztere vorher künstlich um eine gewisse Zeitspanne verzögert wird, die von dem gegebenen Abstandsbereich des zu entdeckenden Zieles abhängt. Die in dieser Korrclationsschaltung erfolgende Korrelation der bei-ί den Signale besteht aus einer Multiplikation der Signale miteinander und einer nachfolgenden Filterung oder Integration des Ergebnisses: d.h. die Korrelationsschai lung ist eine Sericnschaliung einer Multiplizierschaitung und eines Filters. Die durch die Verwendung statistischcr Signale hervorgerufene offensichtliche Kompli- zicrung erlaubt in der Tat das mittlere Signal-Rauschvcrhältnis der empfangenen Nachricht zu verbessern, was bei Störgeräuschen von Vorteil ist.

Die Erfindung macht von einem Prinzip Gebrauch, das dem in der oben genannten Patentschrift offenbarten Prinzip insoweit verwandt ist, als eine Korrelationsschaltung vorgesehen ist, welche das abgestrahlte Radarsignal und das empfangene Radarsignal miteinander korrciiert. und ebenfalls eine konstante zeitliche Verzögcrung vorgenommen wird, die von dem gegebenen Abslandsbcreich des zu ortenden Zieles abhängt, wobei diese zeitliche Verzögerung in eine Korrelation eingebracht wird. Hierbei liegen 180° phasenverschobene Signale an der Multiplizierschaltung an. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch I gekennzeichnete Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun-JO gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung finden als Folge numerischer Impulse Impulse Verwendung, die in zyklischer Aufeinanderfolge wiederholt werden; d. h. es findet eine Folge digitaler Werte oder binärer Einheiten (Bits) mit den Werten 0 und 1 Verwendung, welche die Radaranlage so steuern, daß der Ort des gewünschten Zieles präzise festgestellt werden kann; dabei wird diese Bitfolge in einem an sich bekannten Umlaufschieberegister erzeugt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Autokorrela- •45 tionsfunktion einer Bitfolgc maximaler Länge, die von einem Umlaufschieberegistcr erzeugt wird;

F i g. 2 eine analoge graphische Darstellung der Autokorrelationsfunktion eines Hochfrequenzsignales mit zwei Frequcnzwcrtcn, das durch eine Bitfolge gleichen Typs in Zwciphascnumiasmng moduliert ist:

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 4 und 5 eine graphische Darstellung der Signale, die an den beiden Ausgängen des Umschalters bereitgcstellt werden; und

F i g. 6 die sich ergebende Korrelationsfunktion. Hat man ein Umlaufsehieberegister, das aus η bistabilen Kippschaltungen aufgebaut ist. so erhält man durch dieses eine Aufeinanderfolge von 2"— 1 Bits, die sich beliebig oft wiederholt, falls das Umlaufschieberegistcr nicht angehalten wird. Eine derartige Bitfolgc. die auch Bitfolge maximaler Länge genannt wird, findet als Folge pseudostatistischcr numerischer Impulse Verwendung. Da die Anzahl der die Bitfolge darstellenden Bits eine hi ungerade /.ahl darstellt, ist die Anzahl der »0«-Zustämle um eine I-Üiihcil kleiner als die Anzahl der »!«-Zusiiitulc. In Γ ig. I ist die Autokorrelalionsfunktion einer lok'e maximaler l.iinge dargestellt. Auf der Abszisse ist die

bei der Korrelation verwendete Verzögerungszeit r aufgetragen, während als Ordinate die am Ausgang der i'.orrelationsschaltung erhaltene Spannung aufgetragen ist. Die hier erhaltene Autokorrelationsfunktion hat die Form eines gleichschenkligen Dreieckes, dessen Grundseite die Länge 2t hat, wobei / die Länge eines Bits darstellt. Dieses Dreieck ist zu beiden Seiten durch ein praktisch horizontales Plateau verlängert, dessen Höhe gleich der in einem Bit enthaltenen Energie ist; d. h. bezogen auf die maximale Ausgangsspannung U„,.,_x der Korrelationsschaltung ist die Höhe des Plateaus U„_UJ

Müßte man die Korrelation eines hochfrequenten Signales einer einzigen Nennfrequenz F, das durch eine Bitfolge der oben beschriebenen Art binär phasenmoduliert ist und Phasensprünge von 0 und sr aufweist, berechnen, so erhielte man eine analoge Autokorrelalionsfunktion. Prägt man jedoch einer Trägerwelle Frequenzverschiebungen derart auf, daß die Bits der oben beschriebenen Bitfolge gemäß ihrem »0«- ooer »1 «-Zustand Frequenzen mit zwei unterschiedlichen diskreten Werten Fo bzw. F\ erzeugen, so nimmt die Autokorrelationsfunktion die in F i g. 2 dargestellte Form an. Die Länge der Grundseiie des Dreieckes ist die gleiche wie im vorhergehend beschriebenen Fall, die Höhe des Plateaus strebt jedoch jetzt gegen L/_mj,/2.

Diese schwache Dynamik (d. h. die Änderung von U_m,l2 zu Um_1x) läßt in der Praxis eine Verwendung eines derartigen Systems für Radarzwecke nicht zu. Infolgedessen werden in der vorliegenden Erfindung Maßnahmen vorgeschlagen, um die Dynamik des Systems zu verbessern und zugleich die Vorteile beizubehalten, die ansonsten durch die binäre Frequenzmodulation erhalten werden.

In F i g. 3 ist ein schemaüsches Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Ein Oszillator 1 kann dadurch frequenzmoduliert werden (wobei er /wischen zwei Zuständen gleitet), daß z. B. ein Varactor mit einer Spannung beaufschlagt wird. Diese Spannung ist eine Aufeinanderfolge impulsförmiger Signale, die von einem Umlaufschieberegister 2 bereitgestellt werden. Das Umlaufschieberegister 2 wird von einem Taktgeber 3 gesteuert und liefert eine Bitfolge maximaler Länge, die der Anzahl der das Umlaufschieberegisier bildenden bistabilen Kippschaltungen entspricht. Damit liefert der Oszillator 1 für Zustände »0« der Bitfolge eine Frequenz Found für Zustände »1«der Bitfolge eine Frequenz F\. Die Differenz F_u — F₁ wird ausreichend groß gewählt, so daß beim Empfang die Schwebung mit der Differenz dieser beiden Frequenzen leicht von der auf den Dopplereffekt zurückzuführenden Frequenzänderung JFgetrennt werden kann.

Das Signal der Frequenz F₀ oder Fi wird somit von der Radaranlage bei E ausgestrahlt; es wird vom Ziel reflektiert und bei R wieder in der Radaranlage empfangen. Der von dem ausgesandten und reflektierten Signal durchlaufene Weg kann auf der Zeichnung dadurch äquivalent nachgebildet werden, daß eine Phasendrchschaltung 5 vorgesehen wird, die die der Bewegung des Zieles entsprechende Dopplcrverschicbung JFbewerkstclligt, und eine nachgeschaitetc zweite Phascndrehschaltung 6 vorgesehen wird, die eine der Länge des durchlaufenen Weges entsprechende Phasendrehung vornimmt. Das ausgcsandlc Signal und das empfangene Signal werden jeweils auf einen der Eingänge eines Mischers 4 gegeben, der in Praxis eine Multiplikationsschaltungist.

Andererseits winl die den Oszillator 1 modulierende Bitfolge mit der um eine Zeit stn verzogenen gleichen Bitfolge in einer Multiplizierschaltung 7 multipliziert. Da man mit binären Einheiten arbeitet, kann die Multiplizierschaltung durch eine Addierschaltung gebildet

sein, die die Summe der Eingangssignale modulo 2 berechnet. Die Verzögerungszeit „To ist die Verzögerungszeit, für die die Korrelation durchgeführt werden soll. Die am Ausgang der Multiplizierschaltung 7 erhaltene Bitfolge wird zur Steuerung eines steuerbaren Umschalters 8 verwendet. Der letztere kann z. B. Umschaltdioden aufweisen und das Umschalten kann so erfolgen, daß die Bits »0« der von der Multiplizierschaltung 7 abgegebenen Bitfolge die vom Ausgang des Mischers 4 her anstehenden Signale auf einen Kanal I leiten und die

is Bits »!«diese Signale auf einen Kanal H leiten.

Die beiden Kanäle i und 11 weisen jeweils ein Filter 9, 10 auf, das die Integration der Dopplersignale vornimmt und zugleich die der Schwebung Fo — Fi entsprechenden Signale entfernt. Die von den Filtern 9,10 abgegebenen Signale werden dann z. B. durch Dioden 11, 12 gleichgerichtet und auf einen Differenzrechenkreis 13 gegeben, der auf einer Ausgangsleitung die Differenz dieser Signale bereitstellt. Das Signal auf der Ausgangslcitung 14 wird dann zur Auswertung des Abstandes und des Ortes des Zieles durch Schaltkreise ausgewertet, die nicht zur vorliegenden Erfindung gehören.

In F i g. 4 sind die Signale des Kanales 1 und in F i g. 5 die des Kanales Il dargestellt. F i g. 6 zeigt die sich insgesamt ergebende Korrelationsfunktion. In den Fi g. 4 bis

jo 6 sind die Ampli'.udenwerte auf die Anzahl η der bistabilen Kippschaltungen des Umlaufschieberegisters normiert. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß einer der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß der Punkt, an dem die Korrelationsfunktion die horizontale Achse schneidet, von der Spannung U, folglich also von der Amplitude des empfangenen Signales unabhängig ist.

Ein zweiter Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der, daß die Hyperfrequenzkreise gegenüber einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der eine binäre Phasenmodulation mit Phasensprüngen 0 oder „τ vorgenommen wird, erheblich vereinfacht sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung /ur Korrelicrung von Signalen bei Dopplerradaranlagcn mit einem Impulsgenerator, bestehend aus einem Umlaufschiebcregistcr und einem Taktgeber zur Erzeugung einer zyklischen Folge pseudostatistischcr binärer Impulse, die die Radaranlage steuern, wobei die Entfernungsmessung durch Vergleich des empfangenen Signales bewerkstelligt wird, gekennzeichnet durch einen Oszillator (1). der Radarsignale auf zwei unterschiedlichen Frequenzen aussenden kann und von dem Impulsgenerator (2, 3) derart gesteuert wird, daß gemäß jedem der Impulse der Folge ein Radarsignal der einen oder der anderen Frequenz ausgestrahlt wird, durch eine erste Multiplizierschaltung (7) mit zwei Eingängen, die mit den Impulsen des Impulsgenerators (2, 3) und davon abgeleiteten Impulsen, die um eine konstante Zeit verzögert sind, die gemäß dem vom Radar zu überstreichenden Entfernungsbereich gewählt ist, angesteuert wird, durch eine zweite Multiplizierschaitung (4) mit zwei Eingängen und Mittel, durch welche dieser das ausgesandte Radarsignal und das nach Reflexion am Ziel erhaltene dopplerverschobene Radarsignal zugeführt wird, und durch eine von den beiden Multiplizierschaltungen (4, 7) gesteuerte Umschaltcinrichtung (8), durch welche die empfangenen Signale entsprechend ihrer binären Wertigkeit 0 oder 1 auf ein erstes bzw. zweites von zwei Filtern (9,10) gegeben werden, die den Multiplizierschaltungen (4, 7) zugeordnet sind und zwei getrennte Kanäle (I, II) bilden, derart, daß eine zweifache Korrelation durchgeführt wird und letztlich die gesuchte Information über den Ort des Zieles erhalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (8). z. B. eine Anordnung von Umschaltdioden, mit dem empfangenen Signalen beaufschlagt wird, welche zuvor durch die zweite Multiplizierschaltung (4) hindurchgelaufen sind, und daß die Umschaltcinrichtung (8) von den Impulssignalen gesteuert wird, die durch die erste Multiplizierschaltung (7) hindurchgclaufen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Filter (9,10) die Integration der dopplerverschobenen Signale durchführen und gleichzeitig Schwebungen ausräumen, die durch Überlagerung der beiden Frequcn/.en des Oszillators (1) entstehen.