DE2715819A1

DE2715819A1 - Frequenzerkennungsverfahren und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2715819A1
Application number: DE19772715819
Authority: DE
Inventors: John Douglas Outram
Original assignee: PLESSEY HANDEL und INVERSTMENTS AG; Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Overseas Ltd
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-04-07
Publication date: 1977-10-20
Also published as: FR2347690A1; GB1579329A; FR2347690B1; US4131890A

Description

Pi-ie ι anwälte

Dipl.-lng. O:,:>l.-Cf em. Dipl.-lng.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19 *- ! I -J O I

8 München 60

Unser Zeichen; P 2335 5.April 1977

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG Gartenstrasse 2
6300 Zug, Schweiz

Frequenzerkennungsverfahren und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf die Spektralanalyse und insbesondere auf ein Frequenzerkennungssystem für die Verwendung in mit Mikrowellen arbeitenden Doppler-Landesystemen.

Nach der Erfindung ist das Frequenzerkennungsverfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal mit unbekannter Frequenz mit ersten und zweiten, um 90 gegeneinander phasenverschobenen Funktionen eines Signals mit bekannter Frequenz abwechselnd für die Dauer einer vorbestimmten Periode gemischt wird , daß mehrere über die gesamte Periode des Produkts aus dem Signal mit unbekannter Frequenz und der ersten Funktion des Signals mit bekannter Frequenz abgenommene Abtastwerte gespeichert Schw/Ba

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werden, daß mehrere über die gesamte Periode des Produkt aus dem Signal mit unbekannter Frequenz und der zweiten Punktion des Signals mit bekannter Frequenz abgenommene Abtastwerte gespeichert werden, und daß die Abtastwerte so verarbeitet werden, daß die Gleichung

~ V sin πT (fo-fi) e"^JVW " 2^;sin ττΤ (fo+f 1) rrT U'o-f1) TrT (.fo+f1) ,

gelöst wird, in der sind:
fo;die unbekannte Frequenz,
f1:die bekannte Frequenz,
T :die vorbestimmte Periode und

a :die Amplitude des Signals mit der unbekannten Frequenz fo im Zeitpunkt T/2.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Ursprungs einer Mehrwegreflexion bezüglich eines Flugzeugs,

Fig.2 ein Diagramm des Verlaufs des Signals, das von einem geschwenkten Antennenfeld ausgesendet wird, das in einem mit Mikrowellen arbeitenden Doppier-Landesystem verwendet wird,

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Fig.3 ein Diagramm, das die Spektralverteilung des in Fig.2 dargestellten Signalverlaufs zeigt,

Fig.4 ein scheraatisches Blockschaltbild eines Empfängers eines mit Mikrowellen arbeitenden Doppler-Lande-· systems,

Fig.5 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung des Aufbaus von Signalen, die in einem mit Mikrowellen arbeitenden Doppler-Landesystem ausgesendet werden,

Fig.6 ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung mit einem Prozessor zur Verarbeitung von Signalen, die von einem Empfänger nach Fig.4 empfangen werden,

Fig.7 ein Blockschaltbild eines Teils des Prozessors von Fig.6,

Fig.8 ein Blockschaltbild weiterer Teile des in Fig.7 teilweise dargestellten Prozessors,

Fig.9 ein Blockschaltbild eines Teils der Ausgangsschaltungen nach Fig.6 , und

Fig.10 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Spektralverteilung eines Nutzsignals bei Anwesenheit eines Störsignals,

Mit Mikrowellen arbeitende Landesysterne, mit denen sich die Erfindung besonders befaßt, sind Systeme, bei denen vom Boden ausgesendete Signale von einem Flugzeug empfangen

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land so verarbeitet werden, daß eine Höhen- und Seitenwinkelanzeige des Flugzeugs bezüglich eines Purkts auf der Start - und Landebahn geliefert wird. Von einem Bordempfängersystem empfangene Führungsinformationen v/erden manchmal durch eine Mehrweginformation (Störinformation) verfälscht,.die sich der Direktweginformation (Nutzinformation) überlagert.

Wie Fig.1 zeigt, verläuft ein Direktwegsignal 1 von einer Sendeantenne 2 zu einem Flugzeug 3 in einem V/inkel θ zur Start-und Landebahn 4, während das Flugzeug auch über einen indirekten Weg 5 ein Signal empfängt,das in einem Winkel 0 bezüglich der Start- und Landebahn 4 abgestrahlt wird. In Fig.1 ist nur ein einziges Mehrwegsignal dargestellt, doch können natürlich bei Anwesenheit mehrerer großer Gebäude in der Nähe des Senders mehrere unterschiedliche Mehrwegsituationen vorhanden sein, die zu fehlerhaften Höhenwinkel-und/oder Seitenwinke!-Anzeigen im Flugzeug Anlaß geben können.

Es sind im wesentlichen zwei Formen von Mikrowellen-Landesystemen zu betrachten. Beim ersten System, bei dem ein schmaler Strahl durch den Raum geschwenkt wird, ergibt sich die Führung des Flugzeugs, auf der Grundlage der Zeit, die zwischen dem Empfang eines richtwirkungsfrei abgestrahlten Bezugsimpulses und des geschwenkten Strahls verstreicht. Das zweite System, das sogenannte Doppier-Mikrowellenlande system arbeitet dadurch, daß im Falle des Höhenwinkels die Bewegung einer Strahlungsquelle längs des Bodens oder im Falle des Höhenwinkels die Bewegung einerStrahlungsquelle in der vertikalen Ebene simuliert

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wird. Diese simulierte Bewegung wird dadurch erreicht, daß ein Signal an einem Antennenfeld von einem Strahlerelement zum nächsten Strahlerelement so umgeschaltet wird, daß der Strahlungspunkt längs des Antennenfeldes geschwenkt wird. Dabei sind zwei Antennenfelder vorgesehen, nämlich eines für das Höhenwinkelsignal und eines für das Seitenwinkelsignal; in jedem Fall wird ein Bezugssignal ausgesendet, und vom Flugzeug wird die Dopplerverschiebung des geschwenkten Signals bezüglich des Bezugssignals festgestellt, damit eine Anzeige der Höhenwinkel und der Seitenwinkel erhalten wird. Es ist zu erkennen, daß ein im Flugzeug empfangenes HF-Signal, das vom geschwenkten Antennenfeld stammt, bezüglich des Bezugssignals eine Dopplerverschiebung aufweist, die der Bewegungsgeschwindigkeit der Quelle gegen das Flugzeug in Wellenlängen entspricht. Das Schwenkstrahlsystem und das Doppler-Mikrawellenlandesystem zeigen ein ähnliches Grundverhalten, und die Breite der Hauptkeule des festgestellten Signals hängt im Grunde von der Antennenlänge ab. Beim Doppler-Mikrowellenlandesystem bestimmt die Antennenlänge, wie lange sich die simulierte bewegende Quelle in einer gegebenen Richtung bewegen kann, ehe bei einer festen Bewegungsgeschwindigkeit eine wesentliche Änderung eintreten muß.

In Fig.2 ist der Verlauf eines vom geschwenkten Antennenfeld abgestrahlten Signals dargestellt, der sich für eine Zeitperiode T ergibt. Eine Fourier-Analyse des Signalverlaufes ergibt:

sin TfT(fo-fi) e ~^^θ "-Ψ simr T(f_o+f 1) T Uo-f1) ⁺ π T (fo+f1) ~~ *

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Dies sind (sin χ)/χ-Ausdrücke, bei denen χ bei fo und auch bei -fo gleich uT(fo + f1) ist und bei denen gemäß Fig.3 bei T/2 die Amplitude den Wert a hat.

Da -fo eine negative Frequenz ist und für den hier in Betracht zu ziehenden Zweck nicht existiert, genügt es, nur diejenigen Komponenten dieses Ausdrucks zu betrachten, die in der positiven Hälfte der Frequenzebene liegen und die die gefalteten Frequenzkomponenten genannt werden. Das zusammengesetzte Signal der positiven Hälfte der Frequenzebene hat den in Fig.3 für θ = ττ/2 angegebenen Verlauf. Aus dem obigen Ausdruck für G(f1) ist offensichtlich, daß sowohl die Hauptfrequenzkomponenten als auch die gefalteten Frequenzkoraponenten periodisch längs der Frequenzachse verlaufen und daß die Abstände zwischen Nullstellen für jedes Signal mit Ausnahme der Hauptkeule den V/ert 1/T haben. Decodierer von Doppler-Mikrowellenlandesystemen arbeiten mit diesem Grundbandsignal, dessen Spektralverteilung die in Fig.3 dargestellte Form (sin x)/x hat. Das Problem besteht darin, die Größe fo zu identifizieren und zu messen.

Zum Messen der Größe fo sind verschiedene Verfahren bekannt; bei ihnen wird allgemein ein Schutz gegen Mehrwegeffekte durch Filterung erzielt. Bei allen bekannten Systemen wird ein einziger Parameter des Eingangssignals gemessen, und eine Verfälschung des gemessenen Parameters, die beispielsweise die Frequenz sein kann, bei der die Spitze des Spektrums auftritt, führt zu einer Verfälschung des Ausgangssignals und bei solchen Systemen liegt oft keine Anzeige dafür vor, daß eine Verfälschung vorhanden ist.

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Bei einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur eindeutigen Ableitung der Größe fo wird eine Gruppe von Abtastv/erten der Funktion G(fi) gemäß der obigen Gleichung erzeugt, indem das empfangene Eingangssignal digital mit einem örtlich erzeugten Signal korreliert wird, das so gewählt ist, daß es etwa in der richtigen Frequenzgrößenordnung liegt, und indem die Abtastwerte zur Lösung der oben angegebenen Gleichung nach fo verarbeitet werden. Eine Möglichkeit zur Durchführung dieses Verfahrens wird nun unter Eezugnahmc auf die Figuren bis 9 der Zeichnung beechrieben.

Das vom Sendeantennenfeld abgestrahlte Signal umfaßt ein Bezugssignal mit einer Frequenz von 5 GHz, wobei das geschwenkte Signal gegenüber dem Bezugssignal um eine Nennabweichung von 83,2 kHz versetzt ist. Die tatsächliche Frequenz des geschwenkten Signals bezüglich der Frequenz des Bezugssignals hangt von der Dopplerverschiebung ab, und die Dopplerverschiebung hängt ihrerseits vom Sendewinkel ab. In der Praxis entspricht ein Sendewinkel von 30° einer Dopplerverschiebung von 21,67 kHz für den Fall des Höhenwinkels. Da die Schwenkbewegung in beiden Richtungen durchgeführt wird, hat die Dopplerverschiebung für 30° den Viert 82,2 kHz + 21,67 kHz. Da die Dopplerverschiebung ein Maß für den Winkel θ ist, der in Fig.1 angegeben ist, besteht der Hauptzweck des nachfolgend beschriebenen Verfahrens darin, die genaue Frequenz der Dopplerverschiebung zu bestimmen. Zusätzlich zu den zuvor erwähnten Signalen, die grundsätzlich aus dem Bezugssignal und dem geschwenkten Signal bestehen, werden auch Datensignale mit einer Frequenz von 5 GHz +41,6 kHz ausgesendet, die zur Identifizierung des empfangenen

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- ar-

Bingangssignals benutzt werden. Die Datensignale kennzeichnen, ob sich das Eingangssignal auf den Höhenwinkel oder den Seitenwinkel beziehen,wobei die Höhenwinkel- und Seitenwinke!signale abwechselnd ausgesendet werden.

Die zuvor beschriebenen Eingangssignale werden einem in Fig.4 dargestellten Empfänger zugeführt, der eine Antenne 6 enthält, die eine Baueinheit 7 mit einem ersten Verstärker und einem Mischer speist. Die Verstärker/Mischer-Einheit 7 speist eine Baueinheit 8 mit zweiten und dritten Mischern sowie mit ZF-Verstärkern, wobei den Mischern in den Einheiten 7 und 8 Überlagerungsoszillatorsignale aus einem Frequenzgenerator 9 zugeführt werden.Die Ausgangsfrequenz des ersten Mischers betragt 56I MHz, und die Ausgangsfrequenz der zweiten und dritten Mischer beträgt 3 MHz, die einem Detektor 10 zugeführt wird. Ein Ausgangssignal aus dem Detektor 10 wird an einen Verstärker 11 mit automatischer Verstärkungsregelung (AVR) angelegt, der zur Erzielung einer automatischen Verstärkungsregelung für die in der Baueinheit 8 enthaltenen ZF-Verstärker benutzt wird. Das Ausgangssignal des Detektors 10 wird über eine Leitung 12 einem in Fig.6 dargestellten Prozessor zugeführt.

Das Eingangssignal ist in Fig.5 schematisch dargestellt; es besteht aus einer Dateninformation 13, auf das ein Signal "\k mit- der Zeitdauer T folgt, das die sich auf den Höhenwinkel beziehende Winkelinformation bildet, woran sich eine Schutzzeit 15 anschließt, die zur Prozessorrückstellung benutztwird. Der Zyklus wird dann mit der Dateninformation 16, der sich auf den Seitenwinkel beziehenden Winkelinformation 17, einer Schutz-

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zeit 17a und einer weiteren Bateninfoirmatlon 18 mrlederholt, Wie bereits erläutert vordem 1st, bestellen die Signale, die für die Zeitdauer T ausgesendet werden land sich entweder auf die Hohenwinfeelinformation oder auf die Seitenwinkel information beziehen, jeweils ans eimern Signal mit einer Frequenz von etwa 5 GHz, die eindeutig gemessen werden muß, so daß die Dopplerverschiebung bestimmt werden kann. In der Praxis beträgt die Zeitdauer T etwa 1,2 ms..

Nach Fig.6 werden die Signale an der Leitung 12 iron Fig.5 einer Leitung 19 zugeführt, die ein Filter 20 und einen Datenprozessor 21 speist. Das Filter 20, das ein Bandfilter ist, versorgt einen Änalog-Digital-iümsetzer 22, der seinerseits einen Prozessor 23 versorgt. Signale aus dem Datenprozessor 21 werden dem Prozessor 23 üiber die Leitung 24 für die Funkt ions Identität, die LeHtsmg für die Schwenklänge, die Leitung 26 für das Vorhandensein des ¥inkelsignals und die Leitung 21 für den Start der Schwenkbewegung zugeführt. Somit kennzeichnet der Batenprozessor die bestimmte Funktion der dem Filter zugeführten Signale, d.h. je nach Fall die Höhenwinkelsigmale oder die Seitenwinkelsignale,. Ferner zeigt der Datenprozessor den Beginn und das Ende des Scliwenkvorgangs sowie das Vorhandensein eines sich auf einen Winkel beziehenden Signals an. Signale aus dem Prozessort 23 werden Ausgangsschaltungen 28 zugeführt, die den Hohemwinkel, den Seitenwinkel sowie Gültigkeitskennzelchen angebende Signale liefern. Die Gültigkeitskennzeichen sind Signale die geliefert werden, damit die Gültigkeit der Seitenwinkel- und Höhenwinke !signals angezeigt wird.

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Die Ausgangsschaltungen liefern das Seitenwinkelsignal an der Leitung 29, das HöhenwinkeIsignal an der Leitung und die Gültigkeitssignale an den Leitungen 31 und 32. Der Analog-Digital-Umsetzer 22 und der Prozessor 23, die innerhalb der gestrichelten Linie 33 dargestellt sind, werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren 7» 8 und 9 genauer beschrieben.

Nech Fig.7 -wird ein Signal aus dem Filter 20 dem Analog-Digital-Umsetzer 22 zugeführt, der eine Multipliziereinheit speist, so daß ein an der Leitung 35 der Multipliziereinheit 34 zugeführtes Signal ein digitales Signal in Binärform ist, das der Schwebungsfrequenz zwischen der Frequenz des ausgesendeten Bezugssignals und der Frequenz des geschwenkten Signals entspricht. Der Multiplitiereinheit 34 wird über die Leitung 36 aus einem digitalen Oszillator 37 auch ein Signal mitder Frequenz f1 zugeführt, wobei an Leitungen 38 und 39 die Sinus- bzw. Cosinusfunktionen des Signals mit der Frequenz f1 geliefert werden; diese zwei um 90° gegeneinander phasenverschobenen Signale werden mit Hilfe eines Schalters ausgewählt und der Multipliziereinheit 34 über die Leitung 36 zugeführt. Der digitale Oszillator kann ein bekannter Oszillator sein, der aus einem geeigneten Speicher, beispielsweise einem Festspeicher, Winkeldaten in binärer Form liefert. Der digitale Oszillator wird mittels eines Zeitgeber- und Taktoszillators 41 und mittels eines an der Leitung 42 zugeführten Signals gesteuert. Das Ausgangssignal des digitalen Oszillators an der Leitung 43 wird über einen Schalter 44 digitalen Speichern 45, 46, 47 und 48 zugeführt. Die Schalter 40

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und 44 sind unter der Steuerung durch den Zeitgeber- und Taktoszillator 41 so gekoppelt, daß dann, wenn das Eingangssignal an der Leitung 35 mit der Sinusfunktion gemischt wird, das Ergebnissignal an der Leitung 43 in die Speicher 45 oder 46 eingegeben wird, während dann, wenn das Eingangssignal an der Leitung 35 mit der Cosinusfunktion an der Leitung 39 gemischt wird, das Ergebnissignal an der Leitung 43 in die Speicher 47 und 48 eingegeben wird. Die Speicher 45 und 47 sind so ausgebildet, daß sie mit Hilfe von Schaltern 49 und 50, die unter der Steuerung durch den Zeitgeber-und Taktoczillator 41 betätigt werden, während der ersten Hälfte während jedes Schwenks wirksam werden, während die Speicher 46 und 48 so ausgebildet sind, daß sie durch eine entsprechende Betätigung der Schalter 51 und 52 während der zweiten Hälfte jedes Schwenks wirksam werden. Semit ist zu erkennen, daß während der ersten Hälfte jedes Schwenks nur die Schalter 49 und 50 geschlossen sind, während im Verlauf der zweiten Hälfte jedes Schwenks nur die Schalter 51 und 52 geschlossen sind, wodurch das Ergebnis der Mischung des Eingangssignals mit den Sinus- und Cosinusfunktionen während der ersten und zweiten Hälften des Schwenks getrennt integriert wird. Wie oben beschrieben wurde, hat die Schwenkzeit den Wert T; der Speicher 45 wird somit für die Sinusfunktion in der Zeitperiode zwischen -T/2 und 0 verwendet, der Speicher 46 wird für die Sinusfunktion in der Zeitperiode zwischen 0 und T/2 verwendet, der Speicher 47 wird für die Cc inusfunktion in der Zeitperiode zwischen -T/2 und 0 verwendet und der Speicher 48 wird für die Cosinusfunktion in der Zeitperiode zwischen 0 und T/2 verwendet.

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Die anfänglich in dem digitalen Oszillator 57 eingegebene Frequenz f^ wird ursprünglich so ausgew'ihlt, daB sie in der richtigen Größenordnung liegt, und daß sie das Ergebnis von später noch zu beschreibenden Operationen ist, was dadurch erreicht wird, daß die gespeicherten Signalwert^e in den Speichern 45, 46, 47 und 48 nach jedem Schwenk benutzt werden, wobei die aus dem digitalen Oszillator abgegebene Frequenz aktualisiert wird und der Aktualisierungsvorgang mit Hilfe des dem digitalen Oszillator über die Leitung zugeführten Signals bewirkt wird.

Der Ursprung und die Ableitung des Signals an der Leitung 42 werden nun unter Bezugnahme auf Fig.8 erläuterte Ausgangssignale aus den Speichern 45, 46, 47 und 48 werden an Leitungen 53, 54, 55 bzw. 56 geliefert. Die Sum-Be der Signale an den Leitungen 53 und 54 wird in einer Summiere inhe it 57 gebildet, und die Differenz der Signale an den Leitungen 53 und 54 wird in einer Subtraktionseinheit 5β bestimmt. In der gleichen Weise wird die Summe der Signale an den Leitungen 55 und »it Hilfe einer Summiereinheit 59 erzeugt, und die Differenz zwischen den Signalen an den Leitungen 55 und 56 wird in einer Subtraktionseinheit 60 bestimmt. Die Ausgangssignale der Subtraktionseinheit 6θ und der Sunaaiereinheit 57 werden einer Multipliziereinheit zugeführt, und die Ausgangs signale der subtraktionseinheit 58 und der Summiereinheit 59 werden einer Multipliziereinheit 62 zugeführt. Die Ausgangssignale der Multipliziere inhe i ten 61 und 62 werden an eine Subtraktionseinheit 63 angelegt, deren Ausgangssignal an eine Divisionsschaltung 64 angelegt wird. Die Ausgangssignale der Suramiereinheiten 57 und 59 werden durch Quadriereinheiten 65 bzw. 66 geleitet, deren Ausgangs-

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signale in einer Summiereinheit 67 addiert werden, die auch die Divisionseinheit 64 speist. Das Ausgangssignal der Divisionseinheit an der Leitung 68 ist tatsächlich der normierte Fehler, d.h. die Größe (f1-f2)T; dieser Ausdruck ist als wichtiges Teil der die Funktion G(f1) repräsentierenden Gleichung zu erkennen.Dieses Signal wird über eine Rückstell- und Verstärkerschaltung 69 unter der Steuerung durch das dieser Schaltung über die Leitung 70 zugeführte Taktsignal an die Leitung 42 zur Rückstellung des digitalen Oszillators angelegt. Das normierte Fehlersignal an der Leitung 68 wird auch einer weiteren Divisionseinheit 71 zugeführt, die eine Division durch T durchführt ; das Ausgangssignal dieser Divisionseinheit wird an eine Subtraktionseinheit 72 angelegt, die die Frequenz f1 subtrahiert, die vom digitalen Oszillator kommt, so daß an der Leitung 73 das Ausgangssignal zurückbleibt, das die Frequenz fo repräsentiert, die das gewünschte unbekannte Signal darstellt. Es ist jedoch zu erkennen, daß mehrere datenwürdige Schwenkvorgänge erforderlich sein können, ehe das Ausgangssignal richtig eingestellt ist, so daß es der Frequenz fo entspricht, da die Frequenz f1 aus dem digitalen Oszillator nach jedem Schwenkvorgang durch das Signal an der Leitung 42 aktualisiert wird.

Nach Fig.9 wird das der Frequenz fo entsprechende Signal an der Leitung 73 einer weiteren Subtraktionseinheit zugeführt, in der eine Frequenzkonstante FK subtrahiert wird. Im vorliegenden Beispiel entspricht die Frequenzkonstante der Frequenz 83,2 kHz, die die Differenz zwischen der Schwenkfrequenz und der Bezugsfrequenz ist. Dieser Subtraktionsvorgang wird in der Subtraktionseinheit 74 durch-

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geführt, deren Ausgangssignal an eine Multiplizie reinheit angelegt wird,die die ihr an der Leitung 76 zugeführte Dopplerverschiebungsfrequenz fD mit einer Codierungskonstante multipliziert. Das Ausgangssignal der Multipliziere inhe it 75 wird dann über die Leitung 77 einer (sin" )-Einheit 78 zugeführt, aus der ein wahres, eine Frequenz repräsentierendes digitales Ausgangssignal an der Leitung 79 erhalten wird. Das Signal wird dann entsprechend der speziellen erforderlichen Wiedergabe verarbeitet und im vorliegenden Fall einer Subtraktionseinheit 80 zugeführt, die mit Nutzwinkeldaten gespeist wird, so daß ein Abweichungs-Ausgangssignal aus einem von der Subtraktionseinheit 80 gespeisten Digital-Analog-Umsetzer 81 erhalten werden kann.

Die obige Beschreibung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ableitung der Frequenz fo unter Verwendung einer einzigen vom digitalen Oszillator 37 gelieferten Frequenz f1, indem während jeder Periode T/2 mehrere Abtastwerte abgenommen werden, die in geeigneter Weise gespeichert werden. Nach jedem Schwenkvorgang wird die vom digitalen Oszillator 37 benutzte Frequenz entsprechend dem an der Leitung 42 gelieferten Signal aktualisiert, das abhängig vom normierten Fehler an der Leitung 68 bestimmt wird. In einem Ausführungsbeispiel werden während jeder Schwenkzeit T von etwa 1,2 Millisekunden insgesamt 336 Abtastwerte abgenommen, wobei jeder Abtastwert eine Dauer von etwa 3,5 Mikrosekunden hat. Im oben beschriebenen Beispiel werden sinus-und cosinusbezogene Abtastwerte abwechselnd sowohl während der ersten als auch während der zweiten Hälfte jedes Schwenkvorgangs abgenommen. Es sei jedoch bemerkt, daß eine Anordnung

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zur Verarbeitung des Schwenkvorgangs in zwei Hälften hier nur als Beispiel und nur zur Vereinfachung der Beschreibung erläutert wird. In der Praxis muß der Schwenkvorgang nicht aufgeteilt v/erden, oder er kann in Viertel oder beliebige kleinere Bruchteile aufgespalten werden. Überdies ist die Verwendung einer einzigen Frequenz f1 der einfachste Fall.

In einer Alternativausführung können jedoch zwei Frequenzen f1 und f2 verwendet werden, wobei die Frequenz f2 in der für die Frequenz f1 angewendeten Weise unter Verwendung von Sinus- und Cosinussignalen in Bezug auf f2 zur Erzeugung gespeicherter Abtastwerte für f2 behandelt werden kann. Bei einer solchen Anordnung wurden die Frequenzen f1 und f2 abwechselnd in Bezug auf ihre Sinus- und Cosinusfunktionen abgetastet. Auf diese Weise können Daten gesammelt v/erden, die zu zwei Gleichungen gehören, wobei sich eine auf die Funktion G (f1) und die andere auf die Funktion G(f2) bezieht; somit können zwei Gleichungen erzeugt werden, und eine simultane Gleichung kann für die unbekannte Frequenz sowie für die Amplitude a gelöst v/erden. Dadurch wird mit größerer Sicherheit ein eindeutiges Ergebnis erzielt, und die Frequenz fo kann auch dann aufgelöst werden, wenn die Frequenzen um mehr als eine Wellenlänge von der Nutzfrequenz fo entfernt liegen. Die Hardware zur Lösung dieser Simultangleichung ist hier nicht beschrieben, doch ist zu erkennen, daß eine solche Aufgabe vom Fachmann durchgeführt werden kann. In der Praxis kann die Hardware, die oben zur Lösung

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der Gleichung bezüglich der Frequenz f1 beschrieben wurde, in einem Mikroprozessor verwirklicht werden, und bei der Verwendung von zwei Frequenzen könnte der Mikroprozessor ebensogut zur Erzeugung des Ergebnisses eingesetzt werden. Aus der obigen Erklärung ist zu erkennen, da6 die spezielle Auswahl der einen oder der mehreren vo#. digitalen Oszillator 37 gelieferten Frequenzen eine einzelne, das Eingangssignal bildende Komponente identifiziert werden kann. Alle im empfangenen Eingangssignal enthaltenen kohärenten Signale können so betrachtet werden» als erzeugten sie ähnliche Komponenten wie G(f1), die auf Grund der Regeln der Fourier-Analyse zur Erzeugung eines komplexen Gesamtspektrums und verschiedener Werte für die Frequenz fo beitragen, die in jedem Fall von der Position reflektierender Objekte usw. abhängen, die die Mehrwegstörung ergeben. Unter der Annahme, daß nur ein Störsignal vorhanden ist, weist dieses Störsignal auf Grund der Tatsache, daß es die gleiche Form (sin x)/x wie das Nutzsignal hat, in seinem Amplitudenspektruia Nullstellen auf, die mit 1/T periodisch sind. Bei Anwendung der oben beschriebenen Hardware werden die Nullstellen des Störsignals im Frequenzbereich im Gegensatz ztDB Zeitbereich identifiziert, so daß das Nutzsignal einfach und genau identifiziert werden kann.

Venn die einfache Annahme gemacht wird, daß die Verläufe der Seitenkeulen aus Mehrwegsignalen, die die Hauptkeule des Nutzsignals durchlaufen, jeweils an eine Sinuswelle !Bit der Periode 2/T angenähert sind, dann kann auch das sich ergebende Störsignal als eine einzige Sinuswelle

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mit unbekannter Amplitude und mit der Periodendauer 2/T beschrieben werden. Es sei bemerkt, daß die gefalteten Frequenzkomponenten der verschiedenen Signale in diese resultierende Sinuswelle einbezogen werden können. Durch Abnahme von drei in Zeitintervallen im Abstand von 1/T liegenden Abtastwerten al, a2 und a3 der Gesamtfunktion G(f), die das Nutzsignal enthält,ist es möglich und ziemlich einfach, die zwei Parameter zu berechnen, die das Nutzsignal identifizieren, das die Form (sin x)/x aufweist, sowie auch die Amplitude der Sinuswellenkomponente zu berechnen.

Wenn nach Fig.10 der Wert C die Amplitude der Sinuswelle ist und wenn al, a2, a3 die Gesamtabtastwertamplitudensind, dann ist a1-C die Amplitude des Verlaufs (sin x)/x. Wenn eine zweite Gruppe von Abtastwerten abgenommen wird, die die Amplitude der Sinuswelle an einem Punkt, beispielsweise in der Mitte zwischen den Frequenzwerten f1 und f2 ergibt, dann kann die ungefähre Lage der Nullstellen der Sinuswellen beispielsweise mit Hilfe einer Arcus-Tangens-Funktion in einem Mikroprozessor berechnet werden. Eine weitere Gruppe von Abtastwerten, die möglicherweise aus weiteren eingangs informationswürdigen Schwenkvorgängen erhalten werden, könnte so gelegt werden, daß die Abtastwerte an den Nulls teilen der Sinuswerte sitzen, so daß mit Hilfe eines iterativen Vorgangs Messungen des Nutzsignals erhalten werden können, die durch Störungen nicht verfälscht sind, wobei die einzigen Einschränkungen tatsächlich darin bestehen, daß das Störsignal Nullstellen hat, die periodisch mit 1/T liegen. Wenn die Abtastfrequenzen bei diesen Nullstellen liegen, dann spielt es keine Rolle, daß die Annahme einer Sinuswelle nur näherungsweise gilt.

Wenn die Hauptkeule des Störsignals innerhalb der Hauptkeule des Nutzsignals liegt, dann kann zur Erfüllung der

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obigen Anforderung innerhalb der Nutzsignal-Hauptkeule nur einer der Abtastwerte anstelle von zwei Abtastwerten im optimalen Fall liegen.

Es ist daher offensichtlich, daß die Abtastung ausreichend sein muß, um Nullstellen des Störsignals zu identifizieren, damit eine genaue Messung des Nutzsignals erleichtert wird.

Der Lösungsweg kann natürlich beispielsweise durch die Annahme von zwei (sin χ)/x-Verteilungen in einer einzigen Sinuswelle erweitert werden, was zur Erkennung anstelle der drei zuvor erwähnten Abtastwerte wenigstens fünf Abtastwerte erfordern würde; die Berechnung würde jedoch komplizierter, und sie könnte in praktischen Fällen nicht gerechtfertigt sein.

Im Rahmen der Erfindung können verschiedene Abwandlungen des oben beschriebenen Systems ausgeführt werden.

Die Frequenzmessung wird in der oben beschriebenen Weise durch Korrelieren eines digital erzeugten Überlagerungsoszillatorsignals mit dem Eingangssignal erhalten.

Im Normalbetrieb wird das digital erzeugte Überlagerungsoszillatorsignal der Eingangssignalfrequenz nachgeführt. In einem begrenzten Umfang können andere Signale als das Nutzsignal (beispielsweise Mehrwegsignale) immer noch stören, und eine bessere Messung des Nutzsignals kann manchmal dadurch erhalten werden, daß die Uberlagerungsoszillatorfrequenz in Bezug auf die vorli egende Eingangssignalfrequenz versetzt wird. Für die Anwendung der besten Versetzungsgesetzmässigkeit gibt es mehrere Auswahlmöglichkeiten; ebenso wie die Anwendung des Signals "Störsignal

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vorhanden" kann auch die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von Störsignalen einbezogen werden, damit ein weiterer Schutz erhalten wird. Diese Wahrscheinlichkeit steht beispielsweise in einer engen Beziehung zur Winkelposition; insbesondere treten die Störsignale in einem Höhenwinkelsystem wahrscheinlich, (winkelmässig) unterhalb der Nutzsignalposition auf.

Das Doppler-System , auf das sich die Erfindung insbesondere bezieht, kann so abgewandelt werden, daß von einer im Bordempfänger angewendeten Strahlungsdiagrarnmformung Gebrauch gemacht wird. Die Strahlungsdiagrammforniung kann amplituden-und/oder phasenmässig durchgeführt werden, Solche Strahlungsdiagrammformungen beeinflussen das Eingarigssignalspektrum; folglich können die Nullstellen des Störsignalspektrums nach Y/unsch bewegt v/erden, v/ie es von der Transformierten der Strahlungsdiagrammformungsfunktion vorgeschrieben wird.

Da die Strahlungsdiagrammformung "Off-Line" im Empfänger angewendet werden kann, ist es möglich, sie so durchzuführen, daß sie sich automatisch anpaßt, was einen weiteren Vorteil für das System mit sich bringt.

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L e e r s e i t e

Claims

P-itc rtc.nwält 3

Oipl.-lng. OpL-Cnem. Dipl.-lng. L I λ

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsberger strar.se 19

8 München 60

Unser Zeichen: P 2335 5.April 1977

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG
Gartenstrasse 2
6300 Zug, Schweiz

Patentansprüche

Frequenzerkennungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal mit unbekannter Frequenz mit ersten und zweiten, um 90° gegeneinander phasenverschobenen Funktionen eines Signals mit bekannter Frequenz abwechselnd für die Dauer einer vorbestimmten Periode gemischt wird , daß mehrere über die gesamte Periode des Produkts aus dem Signal mit unbekannter Frequenz und der ersten Funktion des Signals mit bekannter Frequenz abgenommene Abtastwerte gespeichert werden, daß mehrere über die gesamte Periode des Produkts aus dem Signal mit unbekannter Frequenz und der zweiten Funktion des Signals mit bekannter Frequenz abgenommene Abtastwerte gespeichert werden, und daß die Abtastwerte so verarbeitet werden, daß die Gleichung

G(fi)= ^aT ( ^e^^(Q " ^ simrT(fo-fi) ₊ e~3(^g " τ) sinn T(fo+f1) ^" TiT (fo-fi) IT (fo+fi)

gelöst wird, in der sind :

fo die unbekannte Frequenz,
f1 die bekannte Frequenz,
T die vorbestimmte Periode und

a die Amplitude des Signals mit der unbekannten Frequenz fo im Zeitpunkt T/2.

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ORIGINAL INSPECTED

Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch zur Erkennung eines für eine vorbestimmte Periode vorhandenen unbekannten Signals, gekennzeichnet durch einen Analog-Digital-Umsetzer, dem das unbekannte Signal zugeführt wird, eine multiplikative digitale Mischeinheit, die vom Analog-Digital-Unsetzer versorgt v/ird , einen digitalen Oszillator, der so ausgebildet ist, daß er der Mischeinheit abwechselnd aus einem Signal mit bekannter Frequenz abgeleitete digitale Sinus- und Cosinussignale zuführt, eine erste digitale Speichervorrichtung, der ein digitales Srgebnissignal zugeführt v/ird, das das Produkt aus der Sinus funkt ion des bekannten Signals und des unbekannten Signais darstellt, eine zweite digitale Speichervorrichtung, der ein digitales Srgebnissignal zugeführt v/ird, das das Produkt aus der Cosinusfunktion des bekannten Signals und des unbekannten Signals darstellt, und einen Mikroprozessor, der abhängig von den digitalen Signalen in den Speichervorrichtungen ein Ausgangssignal liefert, das die Frequenz des unbekannten Signals angibt.

Anordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,daß die ersten uü zweiten digitalen Speichorvorrichtungen jeweils mehrere Abschnitte enthalten,die jeweils einen vorbestimmten Teil der vorbestimmten Periode speichern, wobei der Mikroprozessor abhängig von den in den Abschnitten gespeicherten digitalen Signalen das Ausgangssignal liefert.

Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß von dem digitalen Oszillator Sinus- und Cosinusfunktionen mehrerer verschiedener Frequenzen erzeugt werden, die nacheinander mit dem unbekannten Signal gemischt werden, und daß nacheinander Abtastwerte abgenommen und in den Speichervorrichtungen gespeichert v/erden, die ihrerseits vom Mikroprozessor zur Erzeugung des Aur.gangssignals abgetastet v/erden.,

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5. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal des Mikroprozessors zum digitalen Oszillator zurückgeleitet und zur Aktualisierung der von ihm erzeugten Signale verwendet wird, so daß ein Fehlerausgangssignal aus dem Mikroprozessor gegen Null geführt wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Empfänger zum Empfang von Doppler-Mikrowellenlandesystemsignalen kombiniert ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Doppler-Mikrowellen-,landesystemverwendet wird.

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