DE2657299C2 - Anordnung zur analogen Verarbeitung der Signale einer Impulsradaranlage - Google Patents

Description

gen einen beträchtlichen Fortschritt gegenüber den zuvor erläuterten Vorschlägen. In den Ladungsverschiebeschaltungen können jedoch Drift- und Dämpfungserscheinungen auftreten, die sich im Betrieb sehr störend auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur analogen Verarbeitung der Signale einer Impulsradjranlage, durch die in der Ladangsverschiebespeicherschaltung auftrende Drifterscheinungen und Dämpfungen kompensiert werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs genannten Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ladungsverschiebespeicherschaltung eine Anzahl von Speicherzellen aufweist, die größer als die AnzaJil der Entfernungsfenster ist daß ein mit dem Ausgang der Speicherschaltung verbundenes Dämpfungsglied und Einrichtungen zur Speicherung eines Bezugssignals in den überschüssigen Speicherzellen, eine Schaltung zum Vergleichen des gespeicnertcn Bezugssigr.als in jeder Folgeperiode mit einem zweiten Bezugssignal und Einrichtungen zur Steuerung der Verstärkung in der Filterschleife entsprechend dem Vergleich vorgesehen sind.

Die Verwendung einer Anzahl von Zellen der Ladungsverschiebespeicherschaltung, die größer als die Anzahl der Entfernungsfenster ist ermöglicht eine Regelung des Verstärkungsfaktors zur Kompensation von Drift- und Dämpfungserscheinungen.

Die Codierungs- und Quantisierungsschaltungen der digitalen Lösung sind somit nicht mehr erforderlich, und es ist möglich, nur eine einzige Filterschaltung zu verwenden, die allen Entfernungsfenstern gemeinsam ist Außerdem kann die Speicherung des Inhalts aller Fenster in einer einzigen Ladungsverschiebeschaltung erfolgen, wodurch sich ein äußerst geringer Platzbedarf der Verarbeitungsschaltungen der Radaranlage ergibt. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungs'jeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung zur analogen Verarbeitung der Signale einer Impulsradaranlage,

F i g. 2 eine analoge Verarbeitungsanordnung nach der Erfindung,

Fig.3 dne Darstellung der an die Anordnung angelegten Signale, und

Fig. 4 die Steuersignale der Schaltungen der Anordnungen der F i g. 1 und 2.

Die von dem Empfänger der Radaranlage gelieferten Videosignale werden an den Eingang £der Anordnung angelegt. Die gefilterten Signale sind dann an dem Ausgang 5 verfügbar. Ein Eingang Y empfängt die Synchronisiersignale der Radaranlage. Die Synchronisiersignale sind insbesondere Impulsfolgen, welche den Anfang oder das Ende der Entfernungsfenster festlegen. Diese Impulse werden in jeder Folgeperiode reproduziert, damit die Verarbeitung eines Signals in einem Entfernungsfenster im Verlauf von mehreren Folgeperioden reproduziert werden kann.

Die Verarbeitung, die ausgeführt wird, ist eine Filterung von analogen Signalen in Echtzeit Der Eingang E ist mit einer Abtastschaltung in Form einer Spitzenwertdetektorschaltung 1 verbunden, die beispielsweise eine Diode 2 in Reihe zu dem Eingang E zum Aufladen einer Speicherkapazität 3 und einen Schalter 4 mit seiner Steuerung 5, der die Kapazität 3 am Ende jedes Entfernungsfensters kurzschließt enthält Die Steuersignale des Schalters 4 werden von einer Synchronisierschaltung 10 geliefert, die an einem Eingang 13 die an die Klemme Y der Radaranlage angelegten Synchronisiersignale empfängt

Der Spitzenwertdetektor 1 liefert ein wenig vor dem

ι⁵ Ende jedes Entfernungsfensters die maximale Amplitude des in diesem Fenster enthaltenen Signals. Dieses Signal wird an einen Verstärker 6 mit dem Verstärkungsfaktor C und dann an einen Addierer 7 angelegt Der andere Eingang des Addierers is' mit dem Ausgang eines Dämpfungsgliedes 9 verbunden, das einen Verstärkungsfaktor « hat Eine analoge Ladungsverschiebespeicherschaltung 8 ist mit dem Ausgang des Addierers 7 und mit dem Eingang des Dämpfungsgliedes 9 verbunden. Dieser Eingang ist außerdem mit dem Ausgang S der Anordnung verbunden. Die Ladungsverschiebespeicherschaltung 8 ist ein analoges Schieberegister mit K Zellen. Jede Zelle kann in einer integrierten Kapazität in der Schaltung eine analoge Spannung aufzeichnen. Zwei quadratische Steuersignale, die in bezug auf einander in Gegenphase sind und die von der Synchronisierschaltung 10 über Verbindungen 11 und 12 abgegeben werden, werden am Ende jedes Entfernungsfensters an das Register 8 angelegt um die Verschiebung der aufgezeichneten Informationen zu bewirken.

Bei jedem Obergang der Steuersignale wird die an dem Ausgang des Addierers 7 vorhandene Spannung in die erste Speicherzelle des Registers 8 verschoben, während die Inhalte der übrigen Zellen um eine Position zum Ausgang verschoben werden.

■»<· Ic jedem Zeitpunkt ist der Wert des Inhalts des betreffenden Fensters in der vorhergehenden Folgeperiode an dem Ausgang des Registers 8 vorhanden.

Wenn man mit £„das Signal an dem Eingang fund in der Folgeperiode π in einem bestimmte;; Entfevnungsfenster, mit S_n das Ausgangssignal der Anordnung in derselben Folgeperiode und mit S„-\ das Ausgangssignal der Anordnung in der vorhergehenden Folgeperiode bezeichnet, so realisiert die Anordnung folgende Gleichung:

S„=GE„+(xS_n-\
wobei für diese Gleichung geschrieben werden kann:

S_n = G[E_n +aE_n^ +a^zE„-₂ + ■ ■ ■ f a"E₀]

wobei es sich um eine Gleichung handelt, die an die eines Filters erster Ordnung anzunähern ist:

S_n =

Ii r -e"r J |

£„-

„-,

+ e

wobei τ die Zeitkonstante des Filters und '/"die Abtastperiode ist.
Die Entsprechung ist unmittelbar ersichtlich:

C = 1 - e

und

a = e

Die Anordnung nach der Erfindung, die sehr einfach aufgebaut ist, gestattet somit, eine komplexe Funktion

zu realisieren, die in binärer digitaler TTL-Technologie mehr als 50 integrierte Schaltungseinheiten erfordern würde.

Die große Verringerung des Platzbedarfes und des Gewichts der Anordnung nach der Erfindung, die wie in F i g. 1 aufgebaut ist, ist von besonderem Vorteil in dem Fall, in welchem sie an Bord eines selbstgesteuerten Gerätes oder eines fliegenden Gerätes benutzt wird.

Beispielsweise muß in einem selbstgesteuerten Gerät zum Erfassen eines Zieles die Radaranlage eine Suche in einem gewissen Unsicherheilsbereich ±ΔD ausführen. Der Unsicherheitsbereich erstreckt sich beiderseits einer bestimmten Entfernung D. Die Suche besteht darin, eine Gesamtanalyse des Unsicherheitsbereiches ±AD auszuführen, indem er in eine gewisse Anzahl (diese Anzahl sei Al) von Fenstern unterteilt wird. F i g. 3 zeigt einen Sendeimpuls /gefolgt von einer Empfangsperiode, von welcher ein Teil in K Fenster unterteilt ist. Die Gesamtheit dieser Fenster enthält die Echos, die in dem Unsicherheitsbereich ±AD liegen, dessen Mitte in der bestimmten Entfernung D liegt. In Fig.3 ist der Zeitmaßstab durch den Entfernungsmaßstab ersetzt, um das Verständnis zu erleichtern.

Die Verarbeitungsanordnung führt eine Filterung des Videosignals in jedem Fenster durch, um den Mittelwert dieses Signals in dem Fenster zu bilden, und zwar während einer ausreichenden Anzahl von Folgeperioden.

Nach der Filterung gestattet die Untersuchung des Inhalts jedes Fensters, dasjenige zu erkennen, das ein in Echo enthält

F i g. 2 zeigt eine Verarbeitungsanordnung nach der Erfindung. Durch Verwendung einer Anzahl von Zellen des Ladungsverschiebe-Schieberegisters, die größer als die Anzahl K ist, bei welcher es sich um die Anzahl der zu verarbeitenden Fenster handelt ist es möglich, eine Regelung des Verstärkungsfaktors « vorzunehmen, so daß die Drifterscheinungen und Dämpfungen, die in dem Register möglich sind, kompensiert werdea Der wesentliche Teil der Anordnung von F i g. 1 ist in F i g. 2 wieder enthalten. Für diesen Teil unterscheidet sich die Betriebsweise nicht von der oben bereits beschriebenen. Die in Fig.2 dargestellte Weiterbildung betrifft die Regelung des Verstärkungsfaktors λ des Dämpfungs^ gliedes 9. Bei diesem handelt es sich jetzt um ein veränderliches Dämpfungsglied, das einen Verstärkungssteuerungeingang 19 hat Dieser Eingang ist mit dem Ausgang eines Integrierers 18 mit festem Verstärkungsfaktor verbunden, an dessen Eingang ein Umschalter 16 angeordnet ist Dieser Umschalter 16 verbindet in der Ruhelage den Eingang des Integrierers 18 mit dem Nullpotential (Masse) und in der Arbeitslage mit einer Subtrahier- oder Vergleichsschaltung 20, die an ihren Eingängen einerseits eine Bezugsspannung an der Klemme 21 und andererseits die Ausgangsspannung des Registers 8 empfängt.

Der Umschalter 16 wird durch die Synchronisierschaltung 10 gleichzeitig mit einem Umschalter 15 gesteuert, der zwischen den Spitzenwertdetektor 1 und den Verstärker 6 eingefügt ist

Der Umschalter 15 verbindet in der Ruhelage den Ausgang des Detektors 1 mit dem Verstärker 6.

Eine Bezugsspannung, die gleiche, wie die, die an die Klemme 21 der Subtrahierschaltung 20 angelegt wird, wird an die Klemme 22 der Anordnung angelegt und in die überschüssigen Speicherzellen eingegeben, wenn der Umschalter 15 in der Arbeitslage ist Nach der Filterung wird die Ausgangsspannung des Registers für diese überschüssigen Speicherzellen mit der Bezugsspannung in der Subtrahier- oder Vergleichsschaltung 20 verglichen und die Abweichung wird dem Integierer 18 zugeführt, der den Wert des Verstärkungsfaktors 1% des Dämpfungsgliedes 9 gegebenenfalls im Sinne einer Vergrößerung oder einer Verringerung modifiziert Der in Synchronismus mit dem Umschalter 16 betätigte Umschalter 15 dient dem Zweck, die Eingangssignale während dieser Operation zu unterdrücken, damit allein die In bestimmten Zeitpunkten eingegebene Bezugsspannung von den überschüssigen Speicherzellen des Registers aufgezeichnet und gefiltert wird.

Anstelle des Dämpfungsgliedes 9 kann der Integrierer 18 auch die Verstärkung des Verstärkers 6 oder die Verstärkung eines weiteren Dämpfungsgliedes steuern, das in die Filterschleife 7—8—9 eingefügt ist, wobei die Verstärkung des Dämpfungsgliedes 9 dann fest ist.

F i g. 4 zeigt in Zeile (a) die Steuerimpulse, die dem Schalter 4 der Spiizenwertdetektorschaitung ober die Verbindung 5 zugeführt werden, und in den Zeilen (b) und (c) die Signale zur Steuerung des Registers 8 der Anordnung von Fig. I (Verbindungen It und 12). In dem Fall der Anordnung von F i g. 2, in welcher das Register einige überschüssige Speicherzellen enthält, greift ein Signal zur Steuerung des Umschalters 16 und des Umschalters 15 entweder am Anfang oder am Ende der Empfangsperiode des Unischerheitsbereiches ein. Dieses Signal ist in der Zeile (d) dargestellt Es wird über die Verbindungen 15 und 16 übertragen.

Die Erfindung findet Anwendung in Radaranlagen und insbesondere in Anlagen an Bord von fliegenden Geräten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur analogen Verarbeitung der Signale einer Impulsradaranlage, mit einer Einrichtung zur Abtastung der Empfangssignale, die im Verlauf jeder Folgeperiode aufeinanderfolgende Analogsignale liefern, weiche aufeinanderfolgenden, zu untersuchenden Entfernungsfenstern entsprechen, und mit wenigstens eine in Synchronismus mit den Verschiebungen der Entfernungsfenster gesteuerte analoge Ladungsverschiebespeicherschaltung mit vorgeschalteter Addierschaltung (7) enthaltenden Einrichtungen zur Filterung der in jedem Entfernungsfenster enthaltenen Signale während mehrerer aufeinanderfolgender Folgeperioden, um schwankende Rauscherscheinungen zu eliminieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsva-^chiebespeicherschaltung (8) eine Anzahl von Speicherzellen aufweist, die größer als die Anzahl der Entfernungsfenster ist, daß ein mit dem Ausgang der Speicherschaltung (8) verbundenes Dämpfungsglied (9) und Einrichtungen (15, 22) zur Speicherung eines Bezugssignals in den überschüssigen Speicherzellen, eine Schaltung (20) zum Vergleichen des gespeicherten Bezugssignals in jeder Folgeperiode mit einem zweiten Bezugssignal und Einrichtungen (16, 18) zur Steuerung der Verstärkung in der Filterschleife (7, 8, 9) entsprechend dem Vergleich vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (1) einen Detektor (2), der eine Speicherkapazität (3) im Verlauf eines Entfernungsfc.sters auflädt, einen Schalter (4) zum Entladen der Kapazität (3) am Ende jedes Entfernungsfensters und Einrichtungen (10,5) zur Steuerung des Schalters (4) enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (9) ein Dämpfungsglied mit veränderlicher Verstärkung ist und einen Verstärkungssteuereingang (19) hat, welcher mit den Verstärkungssteuereinrichtungen (16, 18) verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (15) der Addierschaltung (7) vorgeschaltet und mit zugeordneten Steuereinrichtungen (10, 17) zum Eingeben des Bezugssignals während bestimmter Aufzeichnungsund Leseperioden versehen ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (4) der Abtasteinrichtung (1) während der Aufzeichnungsund Leseperioden der das Bezugssignal enthaltenden Speicherzellen geschlossen gehalten ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtungen (16, 18) einen Umschalter (16) und einen Integrierer (18) enthalten und daß der Umschalter (16) den Ausgang der Vergleichsschaltung (20) mit dem Verstärkungssteuereingang (19) des Dämpfungsgliedes (9) über den Integrierer (18) während der Aufzeichnungs- und Leseperioden der das Bezugssignal enthaltenden Speicherzellen verbindet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur analogen Verarbeitung der Signale einer Impulsradaranlage, mit einer Einrichtung zur Abtastung der Empfangssignale, die im Verlauf jeder Folgeperiode aufeinanderfolgende Analogsignale liefern, welche aufeinanderfolgenden, zu untersuchenden Entfernungsfenstem entsprechen, und mit wenigstens eine in Synchronismus mit den Verschiebungen der Entfernungsfenster gesteuerte analoge Ladungsverschiebe- speicherschaltung mit vorgeschalteter Addierschaltung enthaltenden Einrichtungen zur Filterung der in jedem Entfernungsfensier enthaltenen Signale während mehrerer aufeinanderfolgender Folgeperioden, um schwankende Rauscherscheinungen zu eliminieren. Eine solche Anordnung ist aus »Electronics« 47 (1974), 22 (31. Oktober) 4E/6E, bekannt.

Bekanntlich wird in einer Impulsradas anlage im Verlauf jeder Folgeperiode die Empfangsperiode oder ein Teil dieser Periode in gleiche Teil unterteilt, die als

μ »Entfernungsfenster« bezeichnet werden. Ein Ziel im Raum ergibt ein Echo in einem dieser Entfernungsfenster, und dieses Echo wiederholt sich im Verlauf einer Anzahl von Folgeperioden, die von der Ablenkgeschwindigkeit der Antenne sowie von der Wiederholpe- riode der ausgesandten Impulse und von der öffnung des Antennendiagramms abhängig ist Da die Nutzechos mit Rauschen vermischt sind, ist es erforderlich, eine geeignete Filterung der Signale in sämtlichen oder in einem Teil von sämtlichen Folgeperioden durchzu-

» führen, die dieses Zielecho enthalten.

In dem besonderen Fall von mit Impulsen arbeitenden selbstgeführten Geräten soll die Radaranlage zum Erfassen eines Zieles eine Suche in einem gewissen Entfernungssicherheitsbereich ausführen, dessen Aus-

J5 dehnung von Bestimmungsfehlern abhängig ist.

Die Suche wird parallel in einer gewissen Anzahl von Entfernungsfenstern ausgeführt, die diesen Unsicherheitsbereich überdecken. Sie besteht darin, eine Filterung des Videosignals in jedem Fenster vorzuneh-

ίο men, um den Mittelwert der entsprechenden Signale zu bilden, und zwar während einer ausreichenden Anzahl von Folgeperioden. Nach der Filterung gestattet die Überprüfung des Inhalts jedes Fensters, dasjenige oder diejenigen Fenster zu erkennen, die ein Echo enthalten.

*5 Zur Durchführung einer Filterung in jedem Entfernungsfenster gibt es mehrere Lösungen.

Eine erste Lösung besteht darin, die den verschiedenen Entfernungsfenstern entsprechenden Signale voneinander zu trennen und ihren Inhalt auf ebenso viele

so unterschiedliche Kanäle und ebenso viele Filter zu verzweigen. Eine solche Lösung ist aufgrund ihrer Komplexität mit den zwangsläufig beschränkten Abmessungen eines selbstgeführten Gerätes kompatibel. Eine weitere Lösung besteht darin, das von dem Empfänger gelieferte Videosignal in jedem Fenster zu quantisieren und es dann in Speichern zu speichern, was dann gestattet, eine digitale Filterung durchzuführen. Da die Information in digitaler Form gespeichert wird, benötigen die Filterschaltungen weniger Platz als bei

*o der analogen Lösung, erfordern aber indessen eine große Anzahl von Speichern und von Analog-Digital-Codierschaltungen, die immer die schwächsten Punkte der Verarbeitungsschaltungen und außerdem die Ursache für Rauschen (Quantisierungsrauschen) sind.

Die in der eingangs erwähnten Druckschrift vorgeschlagene Lösung, zur Filterung Ladungsverschiebespeicherschaltungen zu verwenden, bedeutet wegen des geringen Platzbedarfs der Ladungsverschiebeschaltun-