DE2600661B2

DE2600661B2 - Bandkompressionsanordnung

Info

Publication number: DE2600661B2
Application number: DE2600661A
Authority: DE
Inventors: Roland Chatillon-Sous-Bagneux Carre
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1975-01-10
Filing date: 1976-01-09
Publication date: 1981-03-26
Also published as: FR2297517A1; FR2297517B1; DE2600661A1; DE2600661C3; GB1524271A; US4045798A

Description

Dir Erfindung bezieht sich auf eine Bandkompressionsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie findet Anwendung in einem Radar- oder Lidar-System.

Es ist bekannt, daß zur Unterscheidung eines Objekts mit kleiner wirksamer Oberflache, wie ein Periskop oder ein Schnorchel eines Unterseeboots, von seiner Störechos reflektierenden Umgebung das Auflösungsvermögen des Radars erhöht werden muß. Das μ Auflösungsvermögen wird insbesondere durch Reduzieren der Dauer der ausgesendeten Impulse erhöht. Dieses Verfahren ergibt das beste Verhältnis zwischen der Nuwsignalamplitude und der Amplitude der auf die Umgebung zurückzuführenden Störcheos, Ferner ergibt sie eine bessere Genauigkeit bei der Entfernungsortung. Jedoch ist die Bandbreite der vom Empfänger gelieferten Videosignale viel größer. Bei diesen Anwendungsfällen ist nicht das Präzisionsvermögen das angestrebte Ziel. Die Wahrscheinlichkeit, daß zwei im Strahlenbündel der Antenne vorhandene Objekte sehr nahe beieimnderliegen, ist praktisch gleich Null. Es wird nur ein ausreichender Kontrast zwischen den Cbjektechos und den Störechos der Umgebung angestrebt.

Damit dieses Kontrastvermögen erhalten wird, müssen die auf dem Empfänger folgenden Auswertungsanordnungen ein Durchlaßband haben, das wenigstens gleich der Bandbreite des Videosignals ist. Dies ist iir> allgemeinen nicht möglich, wenn die Anwendungsanorndung eine herkömmliche Kathodenstrahlanzeigevorrichtung oder irgendeine andere Vorrichtung ist, die dazu bestimmt ist, einer Bedienungsperson die Ergebnisse der Ortung darzustellen. Das Durchlaßband einer solchen Vorrichtung ist reduziert, und es ist notwendig, zwischen den Empfänger und die Anwendungsanordnung eine Bandkompressionsanordnung einzufügen, damit die Kontrastverluste vermieden werden, die aus einer Fehlanpassung resultieren wurden.

Aus der DE-OS 21 64 156 ist ein Radarempfänger bekannt, der ein Tieipabfilter und eine daran angeschlossene Schwellenwertschaltung enthält. Die Breite des Durchlaßbandes des Tiefpaßfilters ist unter Berücksichtigung der Beobachtungszeit derart einstellbar, daß einerseits eine Abstimmung der Einschwingdauer des Tiefpasses und andererseits eine Abstimmung der für den Einschwingvorgang zur Verfugung stehenden Zeit erzielt wird. Eine Anpassung der Signalbandbreite an die Bandbreite des zur Auswertung herangezogenen Geräts ist dabei nicht vorgesehen. Die Veränderung der Grenzfrequenz des Tiefpasses dient der Verbesserung der Signalauswertung, wobei durch Ansenken der oberen Schwellenwerte der Schwellenwertschaltung die zur Zielerkennung erforderliche Zeit herabgesetzt werden kann. Die eingesparte Zeit könnte dann beispielsweise dazu benutzt werden, die Antenne schnell auf ein anderes Ziel auszurichten.

Aus der DE-OS 2164 714 ist eine Anordnung bekannt, in der von einer Schwellenwerteinstellung in einer Schwellenwertschaltung in Abhängigkeit vom Mittelwert des im empfangenen Signal enthaltenden Rauschanteils Gebrauch gemacht wird. Eine Bandkompression findet dabei jedoch nicht statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bandkompressionsanordnung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, mit der eine optimale Anpassung der Bandbreite des empfangenen Signals an die Bandbreite der dieses Signal auswertenden Schaltungsvorrichtung erzielt wird, ohne daß der Kontrast zwischen den Objektechos und den Störechos verschlechtert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird das Eingangssignal zunächst dem Kleinsiwertbegrenzer zugeführt, der ein Ausgangssignal abgibt, bei dem die Störechos praktisch unterdrückt sind. Da sich bei dieser Begrenzung auch die Amplitude des Nutzechos verringert, wird das Ausgangssignal des Kleinstwertbegrenzers verstärkt, und es wird dann dem Tiefpaßfilter zugeführt, das die gleiche Bandbreite wie das von der

26 OO

erfindungsgemäßen Bandkompressionsanordnung zu speisende Auswertungsgerät hau Somit wird in der erfindungsgemäßen Anordnung eine Anpassung der verschiedenen Bandbreiten des Empfangsgeräts und des Auswertungsgeräts erzielt, ohne daß das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert Es zeigt ι η

F i g. 1 eine Bandkompressionsanordnung nach der Erfindung,

Fig.2 den Verlauf von Signalen an verschiedenen Schaltungspunkten,

Fig.3 ein Ausführungsheispiel eines Tiefpaßfilter- is Verstärkers,

F i g. 4 eine weitere Ausgesialtung der Bandkompressionsanordnung,

F i g. 5 ein Beispiel der Steuerschaltung und

Fig.6 den Verlauf der Signale in der Verstärkerschaltung.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung enthält nacheinander einen Eingang 1 und dann in Serie einer. Kleinstwertbegrenzer 2 mit einem Schwellenwertsteuereingang 3, einen Verstärker 4, ein Tiefpaßfilter 5 und einen Ausgang 6. Mit gestrichelten Linien sind vor dem Eingang 1 ein Radarempfänger 7 und nach dem Ausgang 6 eine Anzeigevorrichtung 8 mit Kathodenstrahlröhre dargestellt

Der Kleinstwertbegrenzer 2 weist ein Durchlaßband mit der gleichen Breite B wie die Bandbreite der vom Empfänger 7 gelieferten Signale auf. Dieser Kleinstwertbegrenzer unterdrückt alle Signale, deren Amplitude unterhalb eines Bezugsschwellenwerts liegt, der an die Klemme 3 angelegt ist Er läßt diejenigen Signale unverändert, deren Amplitude über diesem Schwellenwert liegt. Der Kleinstwertbegrenzer 2 kann ein mit geeignet vorgespannten Dioden oder Transistoren versehener Kleinstwertbegrenzer sein. Er kann mit dem Verstärker 4 kombiniert sein.

Der Schwellenwert ist derart eingestellt, daß das gefilterte Rauschen an der Ausgangsklemme 6 nahezu eine normale Verteilung hat, d. h. keine große Kleinstwertbegrenzung aufweist. Das Tiefpaßfilter 5 kann mit dem Verstärker kombiniert sein, damit ein *i aktives Filter entsteht, wie es beispielsweise im Zusammenhang mit Fig.3 beschrieben wird. Es kann jedoch auch von einem einfachen RC-Glied gebildet werden, wenn ein Abfall von 6 dB pro Oktave ausreichend ist. oder es kann von einem komplizierteren RCL-Glied zweiter Ordnung gebildet sein, wenn ein Abfall von 12 dB pro Oktave erforderlich ist. Die Bandbreite des Filters ist gleich der Bandbreite b der Anzeigevorrichtung 8.

F i g. 2 zeigt den Verlauf der Signale an verschiedenen Punkten der Schaltungen.

Das Signal (a) repräsentiert das Signal, das der Empfänger während einer kurzen Zeitdauer abgibt, in der gerade ein Nutzechoimpuls empfangen wird. Dieser Impuls hebt sich von den Störechos ab, deren Amplituden deutlich kleiner als die des Nutzechos sind.

Das Ausgangssignal des Kleinstwertbegrenzers ist bei (b) dargestellt. Die Amplitude des Nutzsignals ist zwar verkleinert, doch sind die Störechos praktisch unterdrückt. Dieses Signal wird verstärkt und gefiltert. »>'> und am Ausgang 6 erscheint das vom Tiefpaßfilter verbreiterte Signal (c), dessen Bandbreite kleiner als die des Eingangssignals ist.

Fig,3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines aktiven Tiefpaßfilters, Es enthält einen Verstärker 10, an dessen Eingang zwei zur Aufnahme des Ausgangssignals des [Cleinstwerttegrenzers 2 bestimmte, in Serie liegende Widerstände 11 und 12 sowie ein Kondensator 13 angeschlossen sind, dessen anderer Anschluß an Masse liegt Ein zweiter Kondensator 14 ist zwischen den Verbindungspunkt der Widerstand» 11 und 12 und den Ausgang des Verstärkers geschaltet

Die Werte der Schaltungselemente sind so bestimmt, daß die Grenzfrequenz des Filters gleich b ist. Zur Verwirklichung einer Bandkompressionsanordnung der geschilderten Art würden sich auch andere dem Fachmann bekannte aktive Tiefpaßfilter eignen.

Die Herstellungskosten der beschriebenen Anordnung sind niedrig, doch verschlechtert sich das Verhältnis von Signal zu Rauschen nach der Kompression merklich, wenn der angestrebte Kompressionsgrad über 5 liegt.

Es ist trotzdem möglich, Kompressionsgrade über 5 mit einem annehmbaren Verhältnis von Signal zu Rauschen zu erhalten, indem die betriebene Bandkompressionsanordnung mit der in jer DE-OS 24 01 755 beschriebenen Anordnung kombiniert wird. Diese Anordnung besteht im wesentlichen aus einer Verzögerungsleitung mit Anzapfungen sowie aus einer an alle Anzapfungen angeschlossenen ODER-Schaltung. Die Verzögerung zwischen zwei Anzapfungen ist im wesentlichen gleich der Dauer der zu verlängernden Impulse, und der Kompressionsgrad ist gleich gleich der Anzahl der Anzapfungen der Verzögerungsleitung (einschließlich der Eingangs- und Ausgangsanzapl'ungen). Am Ausgang der ODER-Schaltung bewirkt ein Tiefpaßfilter die Anpassung zwischen der Kompressionsanordnung und der Anwendungsanordnung.

Die Kompressionsanordnung mit Verzögerungsleitung ergibt zwar höhere Herstellungskosten als die Anordnung mi: Kleinstwertbegrenzung, doch ist ihr Leistungsvermögen bezüglich des Verhältnisses von Signal zu Rauschen besser.

Fig.4 zeigt eine Kombination der zwei Anordnungen.

Dit an den Eingang 1 angelegten Eingangssignale werden zu einem Verstärker 20 mit dem Durchlaßband B (beispielsweise einem Zwischenfrequenzverstärker) übertragen. Die Ausgangssignale des Verstärkers 20 werden an einen Hüllkurvendetektor 21 und dann an einen Additionsverstärker 22 angelegt, dessen Ausgang die mit Anzapfungen versehene Verzögerungsleitung 23 speist (bei der die Anzahl der Anzapfungen gleich N einschließlich der Endanzapfungen am Eingang und am Ausgang ist). Das Durchlaßband der Schaltungseinheiten 20 bis 23 hat die Breite B. Die Anzapfungen der Verzögerungsleitung sind an eine ODER-Schaltung mit Dioden DX, D2,... DN angeschlossen. Diese Dioden sind mit einem Widerstand R und mit einem Tiefpaßfilter-Verstärker 24 verbunden, dessen Ausgang die komprimierten Signale an den Ausgang 6 abgibt.

Die Kleinstwertbegrenzung wird mit Hilfe der Dioden der ODER-Schaltung mittels einer Spannung erzielt, die an die Dioden über die Verzögerungsleitung 23 und den Verstärker 22 von einem Kleinstwertbegrenzungs-Spannungsgenerator 26 angelegt wird. Der Verstärker 22, der die Videosignale und die Kleinstbewertungsspannung empfangt, weist zwei F.ingänge auf. Die Dioden werden mit einer Spannung vorgespannt, deren Polarität der Polarität der an den Anzapfungen der Verzögerungsleitung abgrcifbaren

26 OO 661

Signale entgegengesetzt ist. Der Verstärker 24 mil dem Durchlaßband b verstärkt die vom Widerstand R gesammelten Signale.

Die Kleinstwertbegrcnzungsanordniing von F-" i g. 1 wird somit hier von den Dioden D 1 bid D/Vgebildet,die über die Verzögerungsleitung vorgespannt werden. Das Ausgangs-Tiefpaßfilter gehört zu beiden Kompressionsanordnungen. Die Kleinslwertbegrenzung wird dadurch erzielt, daß beim Verstärker 22 eine Spannung hinzugefügt wird. Dieser Verstärker 22 kann ein Verstärker mit Differenzeingängen sein.

Die in Γ i g. 4 dargestellte Anordnung enthält außerdem eine Steuerschaltung 25, die zusammen mit dem Spannungsgenerator 26 ermöglicht, ein konstantes Fehlalarmverhältnis zu erzielen. Da sich die Störsignale in großen Verhältnissen ändern (falls es sich um ein Radar handelt, hängen sie vom Seitenwinkel der Antenne und dem Abstanf von der Radarstation ab), ist es vorteilhaft, mit einer automatischen Steuerung der an den Verstärker 22 angelegten Kleinstwertbegrenzungsspannung zu arbeiten. Die vom Generator 26 erzeugte Kleinslwertbegrenzungsspannung wird von der Steuerschaltung 25 gesteuert, tue die Ausgangssignale der Konipressionsanordnung empfängt.

Die Hinzelheitcn der Steuerschaltung 25 sind in F i g. 5 angegeben.

Der Ausgang des Verstärkers 24 ist an den Hingang eines F.ntfernsingsfensiers 30 gelegt, das mit einem Begrenzungsverstärker 31 verbunden ist. Die Ausgangssignale des Hegrenzungsvcrstärkcrs werden in einem Bandpaßfilter 32 gefiltert und integriert, das beispiels- > weise von einem RC-Glied gebildet ist. Das Ausgangssignal des Filters 32 und eine Bezugsspannung VR, die die Höhe der zulässigen Fehlalarme festlegt, werden in einem Komparator 33 miteinander verglichen. Das Differenzsignal wird einem Verstärker 34 zugeführt.

in dessen Ausgang mit dem Steiiereingang des Generators 26 verbunden ist.

Die Lage des Fntfernungsfenslers in der Radarfolgeperiode sowie seine Dauer weiden abhängig von der Fntfernung gemäß der Größenverteilung der Störsignai Iu festgelegt. Dieses Fenster hat den Zweck, die Signale mit großer Amplitude am Beginn der Folgeperiode, die nahen Hindernisse entsprechen, sowie die Signale am Fndc der Folgeperiode. deren Amplitude im Gegensatz zu den erstgenannten Signalen /ii schwach ist. /u

in eliminieren.

F i g. b zeigt den Verlauf der Signale am Ausgang des Begrenzungsverstärkers 31. Im ausgeglichenen Zustand ist die Rc/ugsspaniuing VR gleich dem Produkt aus der Begrcnziingsspannung Vl. und dem »Füllverhältnisoder

:. Signale, d.h. gleich dem Mittelwert der Signale am Ausgang des Filters 32.

Hierzu 2 Blatt 7-cichnungcn

Claims

Patentansprüche·.

1. Bandkompressionsanordnung mit einem Eingang für den Empfang von Signalen mit der ■> Bandbreite Bund einem Ausgang zum Abgeben von Signalen mit der Bandbreite b, die kleiner als die Bandbreite β ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale, daß zwischen den Eingang (1) und den Ausgang (6) hintereinander der Reihe nach ein Kleinstwertbegrenzer (2) mit einstellbarem Schwellenwert und einem Durchlaßband B, der Signale mit einer unter dem Schwellenwert liegenden Amplitude unterdrückt und Signale mit einer über dem Schwellenwert liegenden Amplitude unbeeinflußt läßt, ein Verstärker (4) und ein Tiefpaßfilter (5) mit dem Durchlaßband b zur Nutzsignalverbreiterung geschaltet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker und das Tiefpaßfilter von einem ,Rechenverstärker (10), zwei Widerständen (11. 12) s/i Serie zum Eingang des Verstärkers (10), einem ersten Kondensator (13) zwischen dem Eingang des Verstärkers und Masse und einem zweiten Kondensator (14) zwischen dem Verbindungspunkt der zwei Widerstände und dem Ausgang des Verstärkers gebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleinstwertbegrenzer einen Hüllkurvendetektor (21), einen Additionsverstärker (22), der das Ausgangssignal des Detektors und eine Bezugsspannung, empfängt, eine an den Ausgang des Verstärkers (22) angeschlossene Verzögerungsleitung (23) mit Ausführungen unJ eine mit jeweils an die Anzapfungen der Verzögerungsleitung ange- J5 schlossenen Dioden (Di, D2. .DN) versehene ODER-Schaltung enthält, wobei der Ausgang der ODER-Schaltung an die Verstärker- und Filterschaltungen der Kompressionsanordnung angeschlossen ist. *o

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung von einem Spannungsgenerator (26) erzeugt wird, der von einer Steuerschaltung (25) vom Ausgangssignal der Kompressionsanordnung aus zur Erzielung eines « konstanten Fehlalarmverhältnisses gesteuert wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (25) in einer Serienschaltung ein Entfernungsfenster (30), einen Begrenzungsverstärker (31), ein Bandpaßfilter (32), Vt einen Komparator (33) mit einer Bezugsspannung (VR)una einen Verstärker(34) enthält.