DE2645545C3 - Schaltung zur Messung der zeitlichen Verzögerung zwischen zwei Signalen durch elektronische Korrelation - Google Patents
Schaltung zur Messung der zeitlichen Verzögerung zwischen zwei Signalen durch elektronische KorrelationInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Messung der zeitlichen Verzögerung zwischen zwei
zeitlich veränderlichen Signalen durch elektronische Korrelation entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Die Korrelation gestattet die Messung des Ähnlichkeits- oder Annäherungsgrades zwischen zwei Funktionen,
die einen gemeinsamen Parameter besitzen, wobei der hier betrachtete Parameter die Zeitveränderliche t
ist. Das Meßergebnis oder der Korrelationsfaktor charakterisiert Punkt für Punkt die £ hnlichkeit der zwei
Funktionen in einem zeitlich relativ festliegenden Zustand; dieser Faktor wird durch Errechnung des
Produkts der zwei Funktionen, gefolgt von einer Integration über einen bestimmten Integrationsbereich
und der Normierung des Ergebnisses entsprechend dem Produktmittelwert erhalten. Die Änderung dieses
Faktors drückt die Änderung des Ähnlichkeitsgrades aus; sie wird dadurch erhalten, daß man die zeitliche
Verschiebung zwischen den Funktionen verändert und bildet die fCorrelationsfunktion.
Werden die zu korrelierenden Funktionen oder Signale mit A(t) und B(t) bezeichnet, so ist der
Korrelationsfaktor gleich
wenn Θ1 die für A(t) vorgesehene Verzögerung in bezug
auf einen bestimmten, gleich Null gesetzten, zeitlichen Ursprung ist und wenn weiter θ die zunächst
unbekannte Verzögerung von Bit) in bezug auf diesen Ursprung ist, wird der Korrelationsfaktor zu
Β(ί+Θ).
Zur Messung der Verzögerung oder des zeitlichen Abstandes von zwei Signalen stellt man im allgemeinen
Autokorrelationsbedirtgüngen her, d. h., daß das der ersten Funktion, der sogenannten Bezugsfunktion
A(t+6\) entsprechende Signal übereinstimmt oder
zumindest vorhanden ist in dem die zweite Funktion, die
sogenannte zu korrelierende Funktion Β(ί+Θ) bildenden
Signal, wenn die Werte der zeitlichen Verschiebungen Θ1 und θ verschieden sind (vgl. zum Beispiel den
Aufsatz »Qu'est ce que la correlation?« in EMI, 1972, Nr. 155, S. 45 ff.).
Die Korrelation erfolgt vorzugsweise mit impulsförmigen
Signalen, die derart kodiert sind, daß eine ideale Autokorrelationsfunktion erzeugt wird, die eine
dreieckförmige Spitze großer Amplitude enthält und praktisch keine Nebenmaxima aufweist Eine solche
Funktion wird insbesondere durch Autokorrelation eines periodischen pseudozufälligen Kodes erhalten.
Schaltungen, die nach diesem Verfahren arbeiten, werden insbesondere innerhalb elektromagnetischer
Meßsysteme zur Ermittlung der Ablage oder Entfernung eines Objekts verwendet, wobei das Signal A(t)
der von einem Radargerät oder einem optischen Telemetriegerät gesendeten Welle entspricht, während
das von dem Objekt reflektierte, empfangene Echosignal das Signal Β{ί+θ) bildet. Das empfangene Signal
enthält das zeitlich verschobene Signal A(t), vermischt mit Rauschen und wird mit einem Bezugssigüdi
Α(ί+Θ\) korreliert, das im allgemeinen durch Verzögerung
des Sendesignals A(t) erzeugt wird.
Das von dem Korrelator abgegebene Signal, der Korrelationsfaktor, muß unter Berücksichtigung der
Rausch-Störsignale und zutreffendenfalls der in der Korrelationsfunktion vorhandenen Nebenmaximasignale
detektiert werden. Fehldetektierungen oder die entsprechenden Fehlalarme werden im allgemeinen
mittels eines Vergleichs mit einer Schwelle mit einem bestimmten Niveau ausgeschaltet Die Gesamtanordnung
aus Korrelator und Schwellwertvergleicher erlaubt eine Verzögerungsmessung in einem begrenzten
Bereich.
In Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung und/oder der geforderten Genauigkeit der Messung
nach Betrag und Vorzeichen wurden verschiedene Korrelationstechniken bereits angewendet. So kann
beispielsweise der Forderung nach Messung über einen großen Zeitbereich durch Verwendung einer Vielzahl
von Korrelatoren entsprochen werden.
Bei einigen dieser Techniken wird eine Diskriminatoranordnung benutzt, die sich aus zwei
Korrelationskanälen zusammensetzt, die zeitverschoben arbeiten, so daß die Korrelationsfunktionen sich in
einem Bereich überlagern oder überlappen, der für die Messung herangezogen wird; die Korrelationsausgangssignale
werden einer Subtraktionsschaltung zugeführt, die ein Differenzsignal erzeugt, dessen Änderung
innerhalb des fraglichen Bereiches im wesentlichen linear verläuft und das in der Mitte dieses Bereiches den
Wert Null besitzt Eine Schaltung mit diesen Merkmalen fst aus der FR-PS 15 17 817 bekannt Weitere elektronische
Korrelationsschaltungen sind auch aus den FR-PS 15 04 656,20 73 232 und 20 41 579 bekannt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung dieser Art entsprechend dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 zu schaffen, die eine genaue Verzögerungsmessung durch ein hohes Signal/Rau-SQhen-Verhäitnis
ermöglicht bzw, auch bei schlechtem Signal/Rausch-Abstand noch exakt mißt und sich
insbesondere für die Durchführung der Verfolgung eines beweglichen Ziels mittels radioelektrischer oder
optischer Telemetrie eignet.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen.
In der Zeichnung ist die Schaltung nach der Erfindung
anhand einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht zusammen mit erläutern-
den Diagrammen dargestellt Es zeigt
F i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Verzögerungsmeßschaltung,
F i g. 2 und 3 Signaldiagramme,
Fig.4 bis 8 Blockschaltbilder, Schaltbilder und erläuternde Diagramme zu einem Ausführungsbeispiel
der Meßschaltung und
F i g. 9 ein Teilblockschaltbild einer anderen Ausführungsform.
F i g. 1 zeigt im Blockschaltbild die wesentlichen Baugruppen der Meßschaltung und dient der Erläuterung
des Arbeitsprinzips unter Zuhilfenahme der Diagramme entsprechend den F i g. 2 und 3.
Die Meßschaltung umfaßt Sendeeinrichtungen für ein digital kodiertes Signal, Empfangseinrichtungen, die
nach dem K.orrelationsprinzip arbeiten, und Meßeinrichtungen
für die Messung der zeitlir' „·;η Verschiebung
zwischen dem Sendesignai und dem Ev' piangsMgnai,
wobei diese zeitliche Verschiebung zurückzuführen ist auf die Übertragung des Sendesignals über ein
verzögerndes Element, das im allgemeinen das f-ortpflanzun^smedium
ist
Das Sendesignal ist vorzugsweise nach einem pseudozufälligen, sich periodisch wiederholenden Binärkode
kodiert da diese Art der Kodierung für die Verarbeitung durch Korrelation deutliche Vorteile hat;
dies bedeutet jedoch keineswegs, daß das Sendesignal nicht auch anders aufgebaut sein könnte. Die Diagramme
3b, 3d, 3e, 3f in F i g. 3 geben als Beispiel eine pseudozufällige Kodierung mit einer Länge von 15 Bit
wieder.
Die Sendeeinnchtungen sind durch einen Kodegenerator 1 angedeutet der von einer Synchronisierschaltung
2 synchronisiert wird, die ein Taktsignal HE (Diagramm 3a) mit der konstanten Periode 7"£I;;fert,
das die Dauer eines Bits des Kodes und die Breite der Autokorrelationsspitze in deren halben Höhe festlegt
Das kodierte Sendesignal Sl (Diagramm 3b) pflanzt sich in einem Fortpflanzungs- oder ubertragungsmedium
3 fort, in welchem es eine Verzögerung θ erfährt, die die gesuchte Meßgröße ist
Das von dem Übertragungsmedium i abgegebene Empfangssignal S2 (Diagramm 3f) wird einem Diskriminator
zugeführt, der aus zwei Korrelatoren 4 und 5 sowie einer Differenzschaltung 6 besteht Ein erster
Korrelator 4 erhält ein erstes Bezugssignal 53 (Diagramm 3d), das um einen Betrag θ 1 in bezug auf
das Sendesignal 51 verzögert ist und der zweite Korrelator 5 erhält ein zweites Bezugssignal S 4
(Fig. *s). das um einen Betrag θ 2 in bezug auf das
Signal 51 verzögert ist wobei der Wert θ 2 gleich θ 1
zuzüglich einer Periode des Bittaktes TEist Di-; sich aus
einer solchen Schaltung ergebende Autokorrelationsfunktion ist aus v i g. 2 zu erkennen, die die lineare
Änderung zeigt <?ie man in dem Verzögerungsbereich
von θ I bis θ 2 einält; das von der Differenz- oder
Subtraktionsschaltung 6 abgegebene Differenzsignal
55 besitzt in der Mitte dieses Bereiches entsprechend dem Wert θ 3 den Wert Null.
Die Bezugssignale 53 und 54 werden mittels eines zweiten Kodegenerators 7 erhalten, der durch eine
zweite Synchronisierscnaltung S synchronisiert wird, die ein Taktsignal HR (Diagramm 3c) liefert, dessen Periode
von der Amplitude des Differenzsignals 55 gesteuert
v/ird. Der Generator 7 erzeugt dieselbe Art von Kode
wie er für das Senden verwendet wird, also einem pseudozufälligen Kode zu 15 Bit im dargestellten
Beispiel. Die auf diese Weise hergestellte Verfolgungsoder Nachführschleife gestattet eine automatische
Verschiebung in den stabilen Betriebspunkt θ 3 dadurch, daß dieser Punkt zur Koinzidenz mit dem
Verzögerungswert Θ, den das Empfangssignai 52 repräsentiert, gebracht wird. In diesem Augenblick ist
die Bitperiode HR synchron mit derjenigen des Empfangssignals 52 Wenn man berücksichtigt, daß die
Fortpflanzung in dem Medium 3 den Parameter TE nicht ändert, entspricht die Bitperiode in diesem
Augenblick der sendeseitigen Bitperiode TE. F i g. 2 zeigt, daß das selbsttätige Halten oder Rasten eintritt,
sobald der zu messende Verzögerungswert θ in dem linearen Änderungsbereich von θ 1 bis θ 2 enthalten ist.
Solange der zu messende Wert θ sich von θ 3 um einen größeren Betrag als + 7772 unterscheidet, jedoch
innerhalb des Gesamtbereiches der Autokorrelation, der zwischen dem Minimalwert θ m (F i g. 2) liegt,
bleibt, kann das Nachstellen durch die Nachführschleife noch durchgeführt werden, ist jedoch abhängig vom
Rauschpegel; das Nachstellen oder Nachführen erfolgt gewöhnlich für Ablagen, die sehr nahe den den mittleren
Bereich begrenzenden Werten θ 1 und θ 2 liegen, d. h, wenn das Signal 55 eine ausreichende Amplitude
besitzt Wenn schließlich der Wert θ außerhalb des Gesamtbereiches θ m bis θ M liegt, ist die Nachführschleife
unwirksam. Es ist folglich notwendig, eine Such- oder Fangphase vorzuschalten, wenn die Verschiebung
zwischen dem zu messenden Wert θ und dem mittleren Bereich θ 1 bis θ 2 sich als zu groß erweist, um die
automatische Nachführung zuzulassen. Der Such- oder Fangvorgang wird durch Verschiebung der S-förmigen
Autokorrelationskurve längs der Achse der Verzögerungen erreicht, wobei diese Kurvenverschiebung so
lange andauert, bis die Zeitverschiebung hinreichend verringert ist, um das Arbeiten der Nachführschleife
zuzulassen, die den Wert θ 3 zur Koinzidenz mit dem zu messenden Wert θ bringt Die Synchronisierschaltung 8
ist so ausgelegt, daß sie erforderlichenfalls die vorherige Such- oder Fangphase erzeugt
Die Messung der Verzögerung θ erfolgt über Messung des Zeitintervalls, das den Sendezeitpunkt
eines beliebigen Bits des kodierten Signals 51 von dem
Empfangszeitpunkt desselben Bits des kodierten Signals
52 trennt Es versteht sich von selbst, daß bei dem Konzept sich wiederholender Kodes der maximale
Verzögerungsbereich die Dauer TC des Kodes (Diagramm 3b) nicht überschreiten darf. Die Verzögerungsmeßschaltung
umfaßt zwei Dekoder 9 und 10 und eine Meßschaltung 11. Ein erster Dekoder 9 erzeugt aus dem
kodierten Signal 51 ein Signal 56 (Diagramm 3g), das
aus einem Impuls besteht, der jedesmal dann auftritt,
wenn der Sendekode einen bestimmten Zustand besitzt, dem ein bestimmtes, gesendetes Bit entspricht Der
zweite Dekoder 10 erzeugt ebenso ausgehend von dem Signal 53 ein Signal 57 (Diagramm 3h), das aus einem
Impuls besteht, der jedesmal dann auftritt, wenn das
kodierte Signal 53 diesen selben Zustand besitzt, dem nach dem Rasten der Nachführschleife der Empfang
desselben Bits im Signal 52 entspricht Dies ist exakt bis auf die Verschiebung von TE/2, die zwischen dem Signal
53 und dem Signal 52 besteht, sobald die Nachführung
arbeitet LJm dieser Verschiebung Rechnung zu tragen, wird eine Verzögerung TE/2 mittels beispielsweise
eines Verzögerungselements 12 erzeugt, das dem Ausgang des Dekoders 10 nachgeschaltet wird. Die
Meßschaltung 11 mißt das die jeweiligen Impulse der Signale 56 und 58 (Diagramm 3i) trennende Zeitintervall,
wobei das letztere Signal sich aus der durch die Verzögerungsschaltung 12 bewirkten Verzögerung
ergibt. Die genaue Messung erfolgt durch Zählen der Impulse eines Taktsignals Hm (Diagramm 3j) mit der
Periode TESm1 die in einem ganzzahligen Teilerverhältnis
zu der Periode TE steht Dieses Taktsignal Hm wird wie das Taktsignal HEvon der Synchronisierschaltung 1
geliefert. Die Meßinformation 59 am Auseang der Meßschaltung 11 bildet das für eine nachfolgende, durch
den Block 13 symbolisierte Auswerteschaltung bestimmte Nutzsignal. Das Signal 59 wird dort in
Abhängigkeit von der vorgesehenen Ausv/ertung verwendet, beispielsweise zur Sichtbarmachung oder
zur Verarbeitung mittels eines Rechners.
Fig.4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels der MeQxrhallung.
Die Generatoren 1 und 2 zur Erzeugung der Pseudozufallskodes sind in bekannter Weise mittels
eines Sihieberegisters mit einer Gegenkopplungsschleife
und einem EXKLUSIV-ODER-Glied realisiert. Die
Stufenzahl η des Registers bestimmt die maximale L:>i'ge N=2"-\ des Kodes. Für das der Fig.3b
zugrunde gelegte Beispiel umfaßt der Kode N = 15 Bits und das Register π - 4 Stufen. Die Signale 53 und 54
entsprechen den zu korrelierenden Bezugskodes werden
an den jeweiligen Ausgängen von zwei aufeinanderfolgenden Stufen des Registers 7 erhalten.
Der Sender umfaßt eine Pilotschaltung 20, die eine hochfrequente Trägerwelle erzeugt, welche einer
Modulations- und Sendeschaltung 21 zugeführt wird, die als modulierendes Signal das kodierte Sendesignal 51
erhält Die Pilotschaltung kann mittels eines Taktgebersignals Hp mit der Periode TE/p als ganzzahligem Teiler
derjenigen des Taktgebersignals HE im Falle einer kohärenten Modulation synchronisiert werden. Die
Synchronisierschaltung 2 umfaßt einen Oszillator mit der Frequenz p/TE Frequenzteilerschaltungen und
Signalformerschaltungen zur Lieferung der die Signale Hp, Hm und He bildenden Impulszüge. Ein Strahler 22
strahlt die modulierte Trägerwelle ab.
Der Empfänger umfaßt umgekehrt eine Empfangsantenne 25 und Empfangs- und Demodulationsschaltungen
26 zur Rückgewinnung des kodierten Empfangssignals 52. Die Korrelatoren bestehen aus zwei
Multiplizierschaltungen 27 und 28, die der Differenzoder Subtrahierschaltung 6 vorgeschaltet sind; weiterhin
ist noch eine Integrierschaltung 29, beispielsweise ein Filter, am Ausgang der Differenzschalu..ig 6
vorgesehen. Das Signal 55 wird am Ausgang der Filterschaltung 29 abgenommen, deren Bandbreite
unter Berücksichtigung der Dauer TC und der Bitkodebreite TE, der benötigten Genauigkeit und der
maximalen Rastzeit der Schleife festgelegt ist Die Schaltung 6 kann ein Differenzverstärker sein.
Die Synchronisierschaltung 8 umfaßt einen Oszillator 30 des spannungsgesteuerten Typs (Voltage Controlled
Oscillator oder VCO), dessen Frequenz innerhalb eines bestimmten Bereiches mit dem Mittenwert UTE der
Sendefrequenz regelbar ist Ein Impulsformer 31 erzeugt aus dem Sinusausgangssignal des Oszillators 30
einen Impulszug, der das Synchronisiersignal HR bildet, das während der Nachführphase dem Generator 7
zugeführt wird. Eine etwaige Such- oder Fangphase
wird mittels Schaltungen 32 erzeugt, die noch anhand der F i g. 5 und 6 beschrieben werden.
Die Dekoder 9 und 10 erhalten die zu dekodierenden Signale 51 bzw. 53 von den Parallelausgängen der
Register 1 bzw. 7 und können jeweils aus einem logischen Zustandsdekoder bestehen, der einen Impuls
liefert, sobald der festgelegte Binärzustand vorliegt.
Fig.6 zeigt Signaldiagramme zur Erläuterung der
Arbeitsweise der in F i g. 5 wiedergegebenen Such- oder
Fangschaltung. In einem Vergleicher 33 wird das Differenzsignal 55 mit zwei bestimmten Schwellwerk
+ VS Und — KS verglichen, um der positiven oder negativen Polarität des Signals 55 (Fig.?) sowie des
Mittelwertes des Rauschens Rechnung tragen. Sofern der zu messende Verzögerungswert θ außerhalb des
Bereiches θ 4 bis θ 5 (F i g. 2) liegt, was durch diesen Schwellwertvergleich bestimmt wird, wird die Suchphase
auf folgendem Weg erzeugt: Das von dem Impulsformer 31 abgegebene Signal HR (Diagramm 6a)
wird einem Teiler 35 mit dem Teilerfaktor MK zugeführt, der nach jeweils K Impulsen HR einen Impuls
S10 (Diagramm 6c) liefert. Der Teiler 35 kann aus einer
logischen Schaltung oder aus einem Vorwärtszähler, der bis K /äh!: jn Verbindung mit einem ebensolchen
Rückwärtszähler, der den Vorwärtszähler auf Null stellt, bestehen. Das Signal 510 gelangt nach Invertierung in
einem Inverter 36 zusammen mit dem Signal HR auf ein UND-Glied 37, dessen Ausgangssignal 511 (Diagramm
6d) daher dem Signal HR, jedoch mit Unterdrückung jeweils eines Impulses nach K Impulsen, entspricht.
Dieses Signal 511 wird zur Führung des Kodegenerators 7, dem es über ein UND-Glied 38 und ein
ODER-Glied 39 zugeführt wird, benutzt. Diese Impulsunterdrückung bewirkt jedesmal eine Verschiebung der
Kodierung um ein Bit In dem in Diagramm 6f dargestellten Beispiel ist der Wert K gleich dem Wert
N = 15 des Kodes gewählt; die zunehmende Verschiebung des Kodes ergibt sich anhand des Diagramms 6g,
das denselben, sich wiederholenden Kode ohne Verschiebung wiedergibt. Dies führt zu einer Verschiebung
der Autokorrelationsfunktion 55 längs der Achse der Verzögerungen und zur vollständigen Abtastung
des größtmöglichen Meßbereiches TC nach Ablauf von N Perioden TC. Sobald der zu messende Wert θ sich
innerhalb des Detektionsbereiches θ 4 bis θ 5 findet, hört die Abtastung in Folge Änderung des Wertes am
Ausgang des Vergleichers 33 auf. Das Vergleicherausgangssignal bildet nach Normierung in einer Triggerschaltung 40 das Signal 512 (Diagramm 6b), das bei
Anliegen an dem UND-Glied 38 die Unterbrechung der Übertragung des Synchronisiersignals 511 bewirkt.
Andererseits wird das Signal 512 nach Invertierung in
einem Inverter 41 und einem UND-Glied 42 zugeführt, das auch das Signal HR erhält und dessen Ausgang mit
einem ODER-Glied 3S verbunden ist und somit das Synchronisiersignal HR auf den Kodegenerator 7
gelangen läßt, um die automatische Nachführung und das Rasten der Schleife auszulösen. Das Diagramm 6e
gibt die aufeinanderfolgenden Synchronisiersignale am Ausgang des ODER-Gliedes 39 wieder.
F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Meßschaltung 11 der F i g. 1 und F i g. 8 gibt deren Arbeitsweise
veranschaulichende Signaldiagramme wieder. Zwei monostabile Kippschaltungen 50 und 51 erzeugen
jeweils aus den Signalen 56 (Diagramm 8b) und 58 (Diagramm 8g), d'ns von der Ztistandsdekodierung
stammen, kurze Impulse 515 (Diagramm 8c) bzw. S18
(Diagramm 8h), von denen jeder dazu dient, mittels eines UND-Gliedes 52 bzw. 53 einen Impuls aus dem
Signal Hm (Diagramm 8d) abzutrennen. Das die abgetrennten f/A/-Impulse 516 (Diagramm 8e) bzw.
519 (Diagramm 8i) trennende Zeitintervall entspricht
bis auf eine Periode TE/m der zu messenden Verzögerungsdauer i9. Diese Messung geschieht durch
Zählung der Impulse Hm in einem Zähler 56 während dieser Dauer mittels eines UND-Gliedes 55, das das
Signal Hm und das Ausgangssignal 517 (Diagramm 8f)
einer Kippschaltung erhält, die durch den Impuls 516
gekippt wird und duirch den Impuls 519 zurückgesetzt
wird. Dieser letztere Impuls steuert auch das Nullstellen des Zählers 56.
Bei dem anhand der Fig.4 bis 8 beschriebenen Beispiel kann die Modulation eine Amplituden-,
Frequenz- oder Phasenmodulation sein und kohärent oder inkohärent durchgeführt werden, wozu ein
entsprechend angepaßtes Modulationsverfahren gewählt wird. Das modulierte Signal wird für die
Übertragung verstärkt, und das Videoempfangssignal, das den mit Rauschen vermischten Kode enthält, wird
verstärkt und in einem Begrenzerverstärker vor Demodulation geschnitten.
Die Nachführschleife ermöglicht die Wiederherstellung einer pseudozufälligen Kodierung, die synchron
mit derjenigen des demodulierten Signals ist und einen hohen Rauschabstand besitzt.
Die Verwendung in Verbindung mit einem elektromagnetischen Deteklionssystem, das mit Funkstrahlung
oder Lichtstrahlung (beispielsweise Laserstrahlung) arbeiten kann, ermöglicht eine sehr genaue Messung der
zwei feste oder bewegliche Punkte trennenden Entfernung, da der kleinste Meßschritt gleich dem festgelegten
Bruchteil Mm der Bitdauer TE ist. Die Wahl des Kodes (mit den Parametern Bitzahl N und Bitbreite TE) erfolgt
unter Berücksichtigung der Größe bzw. Breite des zu messenden Verzögerungsbereiches und der gewünschten
Genauigkeit.
Die Suchphase kann auch anders als im beschriebenen Beispiel erhalten werden, beispielsweise durch
Erzeugung einer kontinuierlichen Regelabweichung oder Ablage durch Betrieb mit offener Schleife, wobei
das Differenzsignal S'5 an dem Schwellwertvergleicher 33 anliegt und der spannungsgesteuerte Oszillator 30 an
seinem Steuereingang eine Festspannung Vo über eine Schalteinrichtung 60 erhält, wie sie in dem Teilschaltbild
der Fig.9 angedeutet ist. Sobald das Fehler- oder Differenzsignal 55 den vorgesehenen Schwellwert
er·'eicht, löst dieser das Kippen des Schalters 60 und den
weiteren Betrieb der Nachführschleife wie vorher beschrieben aus. Der Schalter 60 kann beispielsweise
aus einem Feldeffekttransistor oder einer Diodenanordnung bestehen.
Die beschriebene Schaltung ermöglicht eine sehr genaue Messung der Verzögerung durch Wahl des
Parameters m und IiLBt sich besonders vorteilhaft für optische oder radioelektrische Telemetriesysteme zur
Messung der Ablage oder Entfernung eines beweglichen Ziels verwenden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Schaltung zur Messung der zeitlichen Verzögerung zwischen zwei zeitlich veränderlichen Signalen
durch elektronische Korrelation, mit einem ersten Generator für ein digital kodiertes Signal, mit einer
Einrichtung zum Senden dieses Signals in ein Übertragungsmediiim, einer Empfangseinrichtung
für das in dem Übertragungsmedium übertragene, kodierte Signal, einem Diskriminator mit zwei
Korrelationsschaltungen zum Korrelieren des kodierten Empfangssignais mit jeweils einem von zwei
entsprechend dem Sendekode kodierten Bezugssignalen, die zeitlich derart verschoben sind, daß ihre
jeweiligen Autokorrelationsfunktionen sich in einem gemeinsamen Meßbereich teilweise überlagern,
einer Differenzschaltung zur Gewinnung eines Differenzsignals aus den Korrelatorausgangssignalen
und einer ersten Synchronisierschaltung zur Synchronism rung des ersten Generators, dadurch
gekennzeichnet, daß ein zweiter
Generator (7) die Bezugssignale (S3, 54) erzeugt, daß eine zweite Synchronisierschaltung (8) den
zweiten Generator (7) durch ein Synchronisiersignal (7//y synchronisiert, dessen Frequenz der Amplitude
des Differenzsignals (55) nachgeführt wird, und
Verzögerungsmeßschaltungen mit zwei Zustandsdekodern (9,10) vorgesehen sind, die an ihren mit einer
Meßschaltung (Jl) verbundenen Ausgängen jedesmal dann einen impuls liefern, wenn an ihren jeweils
mit den Generatoren (I1 7) verbundenen Eingängen
ein festgelegter Binärzustand vorhanden ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Generatoren einen sich wiederholenden Zufallskode erzeugen um. die erste Synchronisierschaltung
(2) ein erstes Bit-Taktgebersignal (HE) zur Führung des ersten Generators (1) und ein
zweites Meß-Taktgebersignal (Hm) mit einer Periode, die in einem ganzzahligen Teilerverhältnis zu
derjenigen des Bit-Taktes (TE) steht, erzeugt, um die Impulse in der Meßschaltung zu zählen und daß die
zweite Synchronisierschaltung einen durch das Differenzsignal frequenzgeregelten Oszillator (30)
umfaßt, dessen Mittenfrequenz derjenigen des ersten Taktgebersignals entspricht und daß der
gemeinsame Korrelationsbereich eine Erstreckung entsprechend der Bitperiode der Bezugssigriale
besitzt.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelatoren zwei Multiplizierschaltungen
(27, 28) enthalten, die gleichzeitig das kodierte Empfangssignal (52) und jeweils eines der
Bezugssignale (53, 54) erhalten und deren Ausgänge mit der Differenzschaltung (6) verbunden sind, auf
die eine Filterschaltung (29) erfolgt, deren Ausgangssijnal
(5 5) den Oszillator (30) frequenzsteuert.
4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Synchronisierschaltung
eine Such- oder Fangschaltung (32) umfaßt, die das Differenzsignal und einen Impulszug entsprechend
dem Ausgangssignal des spannungsgesteiierten Oszillators (30) nach Durchlaufen eines Impulsformer
(31) erhält und deren Ausgang mit dem zweiten Generator (7) verbunden ist und die eine
Nachstellung der zeitlichen Verschiebung zwischen dem kodierten Empfangssignal und den Bezugssignalen
vornimmt, bis die Amplitude des Differenzsi-
gnals einen bestimmten Schwellwert erreicht, der die Frequenzregelung bzw. -steuerung zuläßt und
die Fangschaltung einen Schwellwertvergleicher (33) für das Differenzsignal enthält.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fangschaltung einen Teiler (35) für ein Teilerverhältnis K und eine Anordnung aus
UN D-ODER-Gliedern umfaßt, die während der Suchphase ein Synchronisiersignal (5Ii) erzeugen,
bestehend aus dem Impulszug, bei dem alle K Impulse ein Impuls unterdrückt ist.
6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangschaltung einen Schalter (60)
umfaßt, der während der Suchphase den Steuerspannungseingang des Oszillators auf eine bestimmte
Festspannung (Vo) umschaltet.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (11)
eine Schaltungsanordnung (12,50 bis 55) umfaßt, die,
ausgehend von den Ausgangssignalen (56, 57) der Zustandsdekoder, einen Rechteckimpuls mit einer
Impuiiidauer entsprechend der zu messenden Verzögerung
erzeugt und daß während der Dauer dieses Impulses ein Zähler (56) das zweite Taktsignal (Hm)
erhält.
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FR7531123A FR2327553A1 (fr) | 1975-10-10 | 1975-10-10 | Dispositif de mesure par correlation electronique du retard entre deux signaux temporels et systemes comportant un tel dispositif |
Publications (3)
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---|---|
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DE (1) | DE2645545C3 (de) |
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GB (1) | GB1514039A (de) |
Families Citing this family (17)
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