DE2716488A1

DE2716488A1 - Empfangseinrichtung

Info

Publication number: DE2716488A1
Application number: DE19772716488
Authority: DE
Inventors: James L Roberts
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1976-04-19
Filing date: 1977-04-14
Publication date: 1977-11-03
Also published as: US4038540A; NL7704269A; JPS52127741A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalempfangseinrichtung und insbesondere auf eine Einrichtung, die unter Anwendung der Quadiaturkorrelation Signalimpulse innerhalb eines verrauschten Empfangssignales feststellt.

Signalimpulse bekannter Frequenz und bekannter Breite werden in vielen Fällen für eine Nachrichtenübertragung, eine Objektortung usw. benutzt. Solange die Signalimpulse verhältnismäßig ungestört sind und eine bedeutend höhere Amplitude als irgendein Rauschsignal im Hintergrund aufweisen, können diese Signalinpulse verhältnismäßig einfach ermittelt werden. Es gibt jedoch viele Fälle, in denen die Rauschkomponente gegenüber dem festzustellenden Signal . eine beträchtliche Komponente aufweist, sei es, daß das Signal " bei seiner Übertragung eine beträchtliche Schwächung erfährt oder die Rauschsignale aufgrund irgendeiner Rauschquelle einen beträchtlichen Pegel aufweisen. In diesen Fällen führt eine einfache Amplituden- und/oder Frequenztrennung nicht zu einem befriedigenden Empfang des Signales und es müssen ausgefeiltere Empfangstechniken angewendet werden.

Eine bekannte verbesserte Signalempfangstechnik macht von der Korrelation zweier Signale Gebrauch, wobei eines der beiden Signale ein Bezugssignal darstellt. Es sind sowohl analoge als auch digitale Anordnungen zur Signalkorrelation bekannt. Beispielsweise ist in der US-PS 3 346 862 ein analoges Autokorrelationssystem beschrieben, das der Feststellung der Zeitdifferenz zwischen einem Paar von Impulssignalen gemeinsamen Ursprungs dient. Das System verwendet Bewertungsfilter zur Modifikation des Leistungsspektrums der Impulssignale, um die Autokorrelationsfunktion zu optimieren, weiterhin wird in der US-PS 3 6 46 334 ein hybrides Analog/Digitalsystem beschrieben, bei welchem zwei zu korrelierende Eingangs Signa Ie abgetastet werden, <iie Abtastwerte eines der Signale in einen Umlaufspeicher-Zeitkompressor eingegeben werden, das Ausgangssignal dieses Speichers mit dem anderen Signal multipliziert wird

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und das Produktsignal gemittelt wird, um die Korrelation der Eingangssignale festzustellen.

Andere bekannte Verbesserungen der Korrelationstechnik beinhalten die Multiplikation des Eingangssignales mit den Quadraturkomponenten eines Bezugssignales. Die Produktsignale werden integriert, um Real-und Imaginärkomponenten der Korrelation des Eingangssignalesmit den Bezugssignalen zu bilden. Die Real- und Imaginärkomponenten werden gemäß dem Lehrsatz des Pythagoras miteinander kombiniert, um die Korrelation der Signale anzuzeigen. Eine Variation dieses Verfahrens ist in einer Signalverarbeitungseinheit gemäß der US-PS 3 878 526 beschrieben. Wie bei allen herkömmlichen Quadratur-Demodulations- und Signalempfangssystemen handelt es sich auch bei diesem bekannten System um ein analoges System.

Es ist bekannt, daß Digitalsysteme gegenüber Analogsysteinen gewisse Vorzüge aufweisen. Einige dieser Vorzüge sind in der US-PS 3 039 094 beschrieben, wobei das dortige Digitalsystem der Strahlsteuerung einer festen Ubertragungsanordnung dient. Ein dort offenbartes Ausführungsbeispiel benutzt für die Strahlsteuerung Schieberegisterspeicher,

Unter den zahlreichen Vorteilen digitaler Systeme spielt insbesondere die Kompatibilität der erzeugten digitalen Signale hinsichtlich verwendeter Digitalrechner eine große Rolle, wodurch sich eine große Flexibilität und eine große Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Signalverarbeitung ergibt. Die An wendung der digital^Signalverarbeitung führt ferner zu einem normierten Ausgangssignal mit zwei Zuständen entsprechend "1" und "0" im Hinblick auf das Verhältnis zwischen Signalkomponente und Rauschkomponente anstelle einer Zuordnung zu dem Signal bzw. Rauschsignal allein. Durch diese Normierung werden die Anforderungen an den dynamischen Bereich der Komponenten und Schaltkreise innerhalb des Systems reduziert, da Veränderungen

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im Hintergrundrauschen das Ausgangssignal des Bezugsrauschens in dem System nicht verändern. Ferner sind digitale Systemenahezu unabhängig von Kalibrieränderungen und Fehlern, die durch die Alterung der Komponenten und die Veränderungen der Betriebsparameter hervorgerufen werden.

Wie ferner in der US-PS 3 039 09 4 erläutert wird, enthält in vielen Fällen die Polarität eines bandbegrenzten Signales nahezu gleichviel Information wie das vollständige Analogsignal- Dieses Prinzip kann mit Vorteil angewendet werden, indem ein interessierendes analoges Eingangssignal in zwei durch seine momentane Polarität festgelegte Klassen unterteilt wird und indem es durch eine zeitliche Folge zweier möglicher Spannungszustände dargestellt wird. Dieses begrenzte Signal kann in einfacher Weise durch eine Amplitudenbegrenzungseinrichtung erzeugt werden. Der Begrenzungspegel kann auf eine gewünschte Grenze eingestellt werden, die für eine nachfolgende digitale Signalverarbeitung zweckmäßig ist und den Spannungszuständen können die Werte +1 und -1 zugeordnet werden.

Wie ferner in der US-PS 3 039 09 4 beschrieben, kann das bandbegrenzte Signal durch eine Folge individueller Amplitudenabtastwerte dargestellt werden, wobei Voraussetzung ist, daß die Abtastfrequenz gleich oder größer als die zweifache höchste Signalfrequenz ist. Dieses Prinzip und das zuvor erwähnte Prinzip können miteinander kombiniert werden, wodurch sich das Eingangssignal durch eine Gruppe binärer Zahlen darstellen läßt und jeder Abtastwert den Wert +1 oder -1 besitzt, jenachdem welche Polarität das Eingangssignal im Abtastaugenblick aufweist.

Ausgehend von dgn eingangs erwähnten Systemen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Signalempfangseinrichtung anzugeben, die die Feststellung von Signalen in einem verrauschten Empfangssignal mit höchster Wirksamkeit gestattet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

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Es wurde insbesondere festgestellt, daß die Vorteile der Quadraturkorrelation und der digitalen Signalverarbeitung unter Verwendung von amplitudenbegrenzten Signalen miteinander kombiniert werden können, um eine höchst effektive Signalempfangseinrichtung zu schaffen. Die auf diese Weise gebildete Empfangseinrichtung besitzt Merkmale, die zu einer besonders vorteilhaften Anwendung für eine höchst genaue Phasenbestimmung führen.

Der erfindungsgemäße Signalempfänger weist eine Begrenzungseinrichtung und einen Bezugssignalgenerator auf, um das Eingangsimpulssignal bekannter frequenz zu beschneiden und erste und zweite quadraturbezogene Rechteckwellensignale zu erzeugen, von denen jedes eine der Signalfrequenz entsprechende Wiederholungsfrequenz aufweist. Das beschnittene Eingangssignal und jedes der Rechteckwellensignale werden durch digitale Multiplikationseinrichtungen miteinander multipliziert, um erste und zweite Produktsignale zu bilden, von denen jedes erste oder zweite Momentanwerte aufweist, die von den relativen augenblicklichen Amplituden des beschnittenen Signales und der Rechteckwellensignale abhängig sind. Abtasteinrichtungen sind vorgesehen, um die Produktsignale abzutasten und die Abtastwerte an Gleitfensterzähler zu liefern, die ein gleitendes Korrelationssignal erzeugen, das der Summe der Differenzen der Anzahl der Abtastungen mit ersten und zweiten Wer ten in jedem der Impuls züge entspricht. Das gleitende Korrelationssignal wird mit einem Schwellwertbezugssignal verglichen, um ein Hinweisimpulssignal zu erzeugen, wenn der Korrelationsschwellwert überschritten wird. Ein Maximumdetektor kann vorgesehen sein, um ein Maximum-Detektorsignal in Abhängigkeit vom höchsten Wert des gleitenden Korrelationssignals bei Überschreitung der Korrelationsschwelle zu erzeugen.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockdiagrainm eines Tonimpulsempfängers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a und 2b den Tonimpulsempfanger gemäß der vorliegenden Erfindung in näheren Einzelheiten;

Fig. 3 Mein Impulsdiagramm der an verschiedenen Punkten des Tonimpulsempfängers auftretenden Signale und

Fig. 4 die Beziehung zwischen einem idealen Eingangsimpulszug und dem daraus resultierenden gleitenden Korrelationssignal .

Gemäß Fig.1 liefert eine Eingangssignalquelle 11 ein beschnittenes EingangssignalS (t)[_an die nachgeschalteten Teile des Tonimpulsempfängers. Das beschnittene Eingangssignal kann von einem Signal abgeleitet werden, das beispielsweise von einer Antenne empfangen wird. Es sei angenommen, daß das Empfangssignal interessierende Impulse gemäß Fig. 4(a) sowie überlagerte Rauschsignale aufweist. Die interessierenden Impulse weisen eine bekannte Trägerfrequenz und eine bekannte Impulsdauer auf. Sie können ferner in einem bekannten gleichförmigen Impulswiederholungsintervall auftreten.

Die Eingangssignalquelle 11 enthält Einrichtungen, die in näheren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt sind und die der Nomierung der Amplitude des empfangenen Signals durch Begrenzen oder Beschneiden auf einen vorgegebenen Pegel dienen. Durch die Begrenzung wird die Information bewahrt, die in den Nulldurchgängen des empfangenen Signals enthalten ist. Das beschnittene EingangssignalS (t)L besitzt eine Reckeckform mit vorbestimmten oberen und unteren Amplituden. Ferner kann dieses Signal zweckmäßigerweise in ein binäres Signal umgewandelt werden, das für eine bekannte digitale Verarbeitung und für nachgeschaltete logische Elemente geeignet ist. Die Umwandlung kann erfolgen, indem die Signalspannung in einfacher Weise so verschoben wird, daß die obere und untere Amplitude dem Systemspannungspegel entsprechend "1" und "0^M entspricht. Im Hin blick auf die folgende Beschreibung sei angenommen, daß die oberen und unteren Amplituden des beschnittenen Eingangssignales die Werte "1" und "O¹¹ darstellen.

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Unter Annahme des Idealzustandes, in welchem kein Rauschsignal vorhanden ist, weist das Eingangssignal J S(t)L während des Empfangs eines Impulses obere und untere Teile von gleichmäßiger Länge auf, wie dies anhand des Impulszuges 70 in Fig. 3 dargestellt ist. Dieses Rechteckwellensignal besitzt eine Wiederholungsfrequenz, die der Trägerfrequenz des Signalimpulses entspricht.

In einem realistischeren Fall, in welchem Rauschsignale vorliegen, tritt in den Intervallen des beschnittenen Eingangssignales -Js (t)L zwischen den Impulsen ein Rechteckwellensignal auf, bei dem die oberen und unteren Teile eine willkürliche Dauer aufweisen. Ferner wird,auch wenn ein Signalimpuls vorliegt, für den Fall, daß die Amplitude des Rauschsignals die Impulsamplitude übersteigt, die Regelmäßigkeit der Reckteckwellenform momentan verändert.

Das beschnittene EingangssignalJs(t)L wird einem Paar digitaler Multipliziereinrichtungen 12 und 15 zugeführt. Der Multiplizierer 12 besitzt eine erste Eingangsklemme 13, der das beschnittene Eingangssignal zugeführt wird,sowie eine zweite Eingangsklemme 14 unaÄusgangsklemme. In gleicher Weise besitzt der digitale Multiplizierer 15 eine erste Eingangsklemme 16, der das beschnittene Eingangssignal zugeführt wird _{ sowie eine zweite Eingangsklemme 17 und eine Ausgangsklemme.

Eine Quadratur-Referenzsignalquelle 18 erzeugt erste und zweite Rechteckwellensignale J cos vu It) I und -I sinU> (t) L . Wie ersicht lich, sind diese Rechteckwellensignale um 90 phasenverschoben, d.h. sie stehen in einer Quadraturbeziehung zueinander. Diese Rechteckwellensignale besitzen ebenfalls eine Wiederholungsfre quenz, die der Trägerfrequenz des Tonimpulssignales entspricht und sie besitzen obere und untere Werte entsprechend "1" und "0". Die ersten und zweiten Rechteckwellensignale können als Quadraturkomponenten eines Rechteckwellen-Bezugssignales betrachtet werden.

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Die ersten und zeiten Rechteckwellensignale v/erden Eingängen 14 und 17 der digitalen Multiplizierer 12 und 15 zugeführt. Die Multiplizierer 12 und 15 erzeugen erste und zweite Produktsignale in Form von Rechteckwellensignalen, wie sie anhand der Impulszüge 73 und 74 gemäß Fig. 3 dargestellt sind. Die Impulszüge 73 und 74 stellen Impulse dar, die erzeugt werden können,· indem die digitalen Multiplizierer 12 und 15 durch Exklusiv-ODER-Schaltkreise verwirklicht werden. Derartige Schaltkreise erzeugen ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel nur dann, wenn beide Eingänge einander entsprechende Amplituden aufweisen, d.h. wenn beide Eingänge entweder den Wert "1" oder den Wert "0" besitzen. Es sei jedoch darauf verwiesen, daß die Multiplizierfunktion auf vielerlei Weise verwirklicht werden kann, wobei dies ebenfalls zu anderen Signalformen führen kann. Die wesentliche Betriebsweise besteht lediglich darin, daß ein charakteristisches Ausgangssignal nur dann erzeugt wird, wenn beide Eingangssignale einander entsprechende Werte aufweisen.

Die ersten und zweiten Produktsignale werden Abtastgattern 20 und 23 zugeführt. Das Abtastgatter 20 besitzt eine Eingangsklemme 21,an die das erste Produktsignal angeschlossen ist,sowie einen Steuereingang und eine Ausgangsklemme. In gleicher Weise besitzt das Abtastgatter 23 eine Eingangsklemme 24, an die das zweite Produktsignal angeschlossen ist₍sowie einen Steuereingang und eine Ausgangsklemme. Die Abtastgatter 20 und 23 werden zur Abtastung der Produktsignale mit einer Abtastfrequenz veranlaßt, die so gewählt ist, daß die gewünschte Information in den Eingangssignalimpulsen erhalten bleibt und sie erzeugen erste und zweite Abtastimpulszüge an ihren entsprechenden Ausgangsklemmen. Die Abtastfrequenz wird durch einen Taktgenerator 25 und einen Frequenzteiler 26 vorgegeben, die einen Taktimpulszug auf der Leitung 27 zum Takten und Synchronisieren verschiedener Teile des Impulsdetektors vorgeben. Wie aus Fig. 1 entnehmbar, werden die Abtastgatter 20 und 23 durch Taktimpulse gesteuert, die an ihre entsprechenden Steuereingänge angelegt sind.

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Die Abtastimpulszüge die aus Impulsen kurzer Dauer mit gleichmäßigem Abstand bestehen, besitzen Werte entsprechend "1" bzw. "O" und werden Gattern 28 und 31 zugeführt, die als Betriebsaus lösegatter bezeichnet sind. Das Gatter 28 besitzt eine erste Eingangsklemme 29, an die der erste Impulszug angeschlossen ist, eine zweite Eingangsklemme 30, einen Steuereingang und eine Ausgangsklemme. In gleicher Weise besitzt das Gatter 31 eine erste Eingangsklemme 32, an die der zweite Abtastimpuls zug angeschlossen ist, eine zweite Eingangsklemme 33, einen Steuereingang und eine Ausgangsklemme. Jedes der Gatter 28 und 31 arbeitet in der Weise, daß ein geeignetes Signal an seinem Steuereingang die Übertragung des Signales an einer seiner Eingangsklemmen zu der Ausgangsklemme hervorruft.

Für die nachfolgende Beschreibung sei angenommen, daß die Gatter 28 und 31 in der Weise arbeiten, daß bei Abwesenheit eines Signales am Steuereingang der Abtastimpulszug an der ersten Eingangsklemme zu der Ausgangsklemme übertragen wird. Umgekehrt wird, wenn ein Signal am Steuereingang vorliegt, das Signal an der zweiten Eingangsklemme zu der Ausgangsklemme übertragen. Die Signale an den Steuereingängen werden von logischen Schaltkreisen, die noch näher zu beschreiben sein werden, über Leitungen 34 zugeführt. Während der aktuellen Impulsfeststellung liegt auf der Leitung 34 kein Signal vor, wodurch die ersten und zweiten Abtastimpulszüge an den Ausgangsklemmen der Gatter 28 und 31 ausgegeben werden.

Die zweiten Eingangsklemmen der Gatter 28 und 31 sind mit dem Ausgang eines "1"-"0"-Generators 35 verbunden, dem Taktsignale über eine Leitung 27 zugeführt werden und der einen Impulszug mit wechselnden Amplituden erzeugt. Während der periodischen Initialisierung des Tonimpulsdetektors wird ein Signal den Steuereingängen der Gatter 28 und 31 zugeführt, wodurch die Gatter einen Impulszug mit wechselnden Amplitudenwerten erzeugen, wobei die Widerholungsfrequenz der halben Abtastfrequenz entspricht.

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Die Ausgangssignale der Gatter 28 und 31 werden entsprechenden Gleitfenster-Akkumulatoren 36 und 37 zugeführt. Die Gleitfenster-Akkumulatoren, die Schieberegister umfassen können, besitzen jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Speicherplätzen und sie werden durch das Taktsignal auf der Leitung 27 gesteuert, um im vorgegebenen Takt die Ausgangssignale der Gatter 28 und 31 aufzunehmen und die Signale der Reihe nach zu verschieben und am Ausgang auszugeben. Die Akkumulatoren 36 und 37 dienen somit der Festlegung eines Fensters von fester Dauer, das durch die Anzahl der enthaltenen Speicherplätze und die Verschiebefrequenz der Signale vorgegeben ist.

Jedem der Akkumulatoren 36 und 37 ist eine Logik zugeordnet, die ein Signal erzeugt, wenn die einlaufenden und die ausgegebenen Abtastungen hinsichtlich des Akkumulators einen verschiedenen Wert aufweisen. Anders ausgedrückt, erzeugt die jedem Schieberegister zugeordnete Logik ein Signal nur dann, wenn sich die relative Anzahl von "1"- und "O"-Werten in dem Schieberegister verändert. Es sei ferner darauf verwiesen, daß eine Veränderung der relativen Anzhl der "1"- und "O"-Werte in jedem Schieberegister eine Veränderung des Korrelationsgrades zwischen dem Impulsdetektor-Eingangssignal und einer der Quadraturkomponenten des KechtedweOen-Impulssignals anzeigt.

Die Ausgangssignale der Akkumulatoren 36 und 37 stellen Abtastimpulszüge dar mit Werten von "1" bzw., ¹¹O". Diese Abtastwerte werden reversiblen Zählern 38 und 39 zugeführt, von denen jeder eine Dateneingangsklemme, einen Freigabeeingang, einen Rückstelleingang und eine Ausgangsklemme aufweist. Die Zähler 38 und 39 erzeugen Zählstände, die durch die Datensignale erhöht bzw. vermindert werden. Beispielsweise kann jeder Zähler, wenn er zum Zählen freigegeben ist, so betrachtet werden, daß der in ihm enthaltene Zählstand um eine Einheit durch ein Datensignal mit dem Wert "1" fortgeschaltet und um eine Einheit durch ein Daten signal mit dem Wert "0" zurückgezählt wird.

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Die Freigabesignale für die Zähler werden durch die zuvor im Zusammenhang mit den Akkumulatoren 36 und 37 erwähnten Logikschaltkreise erzeugt. Die Größe des Zählstandes in dem Zähler 38 entspricht somit der Differenz zwischen der Anzahl der Abtastwerte im Akkumulator 36 mit dem Wert "1" und mit dem Wert ¹¹O". Dieser Zählstand zeigt den Korrelationsgrad zwischen dem Impulsdetektor-Eingangssignal und der Komponente J cosCü (t)L des Referenzsignals an. In gleicher Weise ist die Größe des Zählstands des Zählers 39 ein Maß für die Differenz hinsichtlich der Anzahl der Abtastwerte in dem Akkumulator 37 mit den Werten "1" und ¹¹O". Der Zählstand des Zählers 39 zeigt somit den Korrelationsgrad zwischen dem Impulsdetektor-Eingangssignal und der Komponente J cosU) (t) [.des Impulsbezugssignales an.

Was die Betriebsweise der Akkumulatoren 36 und 37 anbelangt, so ist festzustellen, daß das Rauschsignal mit dem Bezugssignal in einer zufälligen Weise korreliert, was zu einem Abtastimpulszug von "1"- und "O"-Werten in einer zufälligen Reihenfolge führt. Dementsprechend kann die Differenz aus der Anzahl der "1"- und "O"-Werte in den Akkumulatoren leicht mit der Zeit variieren; im Durchschnitt ergibt sich jedoch keine Differenz hinsichtlich der Anzahl der "3"- und "O"-Werte in den Akkumulatoren aufgrund des Rauschsignals. Dementsprechend weisen die Zähler 38 und 39 aufgrund des Rauschsignals einen mittleren Zählstand von Null auf. Da jedoch das Eingangssignal Komponenten enthält, die mit dem Bezugssignal enger korreliert sind, tritt eine vorherrschende Anzahl von "1"- bzw. "O"-Werten in jedem Akkumulator auf. Diese Vorherrschaft drückt sich durch einen entsprechenden Zählstand der Zähler aus.

Die Zählstände der Zähler 38 und 39 werden einem Addierer 40 zugeführt, der die Zählstände addiert und ein gleitendes Korrelationssignal erzeugt, das den Korrelationsgrad zwischen dem Eingangssignal und dem Bezugssignal anzeigt. Bei nicht vorhandenem Rauschen im Eingangssignal besitzt die Korrelationsfunktion eine Form

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wie sie durch die ausgezogene Kurve 75 in Fig. 4(b) veranschaulicht ist. Es ist ersichtlich, daß, wenn ein Signalimpuls sich in das Impulsdetektorfenster bewegt, die Korrelations funktion linear bis zu einem Spitzenwert ansteigt und anschließend bei der Herausbewegung aus dem Fenster wiederum linear abfällt. Ein Rauschsignal innerhalb des Eingangssignales verursacht eine Abrundung der Korrelationsfunktion, wie dies durch die gestrichelte Kurve 76 in Fig. 4(b) dargestellt ist. Die gestrichelte Linie 77 stellt den Korrelationsschwellwert dar, oberhalb dem ein Korrelationspegel die Anwesenheit eines Eingangsimpulssignales anzeigt. Obgleich die Kurven75 und 76 als glatte Kurven dargestellt sind, ist darauf zu verweisen, daß Rauschspitzen Unregelmäßigkeiten in Form von Mehrfachmaximas und/oder Mehrfachdurchschreitungen des Korrelationsschwellwertes hervorrufen können, die behandelt werden müssen, um den zeitlichen Auftritt des Signalimpulses genau feststellen zu können.

Das gleitende Korrelationssignal wird einem Vergleicher 41 über eine erste Eingangsklemme 42 zugeführt. Der Vergleicher 41 besitzt eine zweite Eingangsklemme 43, der ein Bezugssignal entsprechend dem Korrelationsschwellwert zugeführt wird, wobei dieser Schwellwert den minimalen gewählten Korrelationsgrad vorgibt, der gerade ausreichend ist, um das Vorhandensein eines Eingangsimpulses zu erkennen. Der Vergleicher 41 vergleicht die Signale an den Eingangsklemmen 42 und 43 und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das gleitende Korrelationssignal das Schwellwertbezugssignal überschreitet.

Das gleitende Korrelationssignal wird ferner einem Verzögerungsregister 44 über eine Eingangskiemine 45 zugeführt. Das Verzöge-, rungsregister 44 besitzt einen Steuereingang 46, einen Taktein gang und eine Ausgangsklemme. Das Register 44 erhält Taktimpulse über die Leitung 27 zugeführt und es verzögert um einen Takt impuls das an der Eingangsklemme 45 zugeführte Signal, vorausgesetzt, daß ein Freigabesignal an dem Steuereingang 46 anliegt. Liegt das Freigabesignal am Steuereingang 46 vor, so tritt das

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verzögerte Signal an der Ausgangsklemme auf. Liegt ein Freigabeöignal an dem Steuereingang 46 nicht an, so wird das zuletzt an der Ausgangsklemme anstehende Signal aufrechterhalten.

Das unverzögerte gleitende Korrelationssignal und das durch das Verzögerungsregister 44 verzögerte gleitende Korrelationssignal werden Eingangsklemmen 48 und 49 eines zweiten Vergleichers 47 zugeführt. Der Vergleicher 47 besitzt eine Ausgangsklemme, an der ein Signal erzeugt wird, das anzeigt, ob das unverzögerte gleitende Korrelationssignal größer oder kleiner als das verzögerte gleitende Korrelationssignal ist, wodurch Maximaa hinsichtlich des Korrelationssignals feststellbar sind.

Eine Sperrlogik 50 besitzt eine Eingangsklemme 51, der das Ausgangssignal des Vergleichers 41 zugeführt wird und eine Eingangsklemme 52, der das Ausgangssignal des Vergleichers 47 zugeführt wird. Ferner besitzt die Sperrlogik 50 eine Eingangsklemme 53, der ein Fensterimpulssignal zugeführt wird und eine Ausgangsklemme, die ein Signal an den Steuereingang 46 des Verzögerungsregisters 44 liefert. Die Sperrlogik 50 erzeugt ein Ausgangssignal, welches das Register 44 nur dann sperrt, wenn ein Impulsfenstersignal an der Eingangsklemme 53 vorliegt und wenn die durch die Vergleicher 41 und 47 gelieferteh Signale anzeigen, daß das gleitende Korrelationssignal das Korrelationsschwellwertsignal überschreitet und das unverzögerte gleitende Korrelationssignal kleiner als das verzögerte gleitende Korrelationssignal ist. Dementsprechend stellt das Register 44 das während eines Impulsdetektorfensters auftretende maximale Korrelationssignal fest und speichert dieses.

Eine Impulsdetektorlogik besitzt eine Eingangsklemme 55, der das Ausgangssignal des Vergleichers 41 zugeführt wird, eine Eingangsklemme 56, der das Ausgangssignal der Sperrlogik 50 zugeführt wird und eine Ausgangsklemme 57. Die Detektorlogik 54 arbeitet in der Weise, daß sie,nachdem die maximale Korrelation während eines

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Impulsdetektorfensters aufgetreten und das gleitende Korrelationssignal unter den Schwellwert gefallen ist, tatsächlich anzeigt, daß der Eingangssignalimpuls aus dem Impulsdetektorfenster herausgetreten ist und das Impulsdetektorsignal am Ausgang 57 erzeugt worden ist. Dieses Impulsdetektorsignal wird über eine Leitung 58 einer geeigneten Auswerteeinrichtung zugeführt. Es wird ferner einem Impulszeitgeber 60 über eine Eingangsklemme zugeführt. Der Impulszeitgeber 60 besitzt ferner eine Eingangsklemme 61, der die Taktsignale des Frequenzteilers 26 über die Leitung 27 zugeführt sind.

Der Impuls zeitgeber 60 erzeugt ein Impulsfenstersignal auf der Leitung 63. Das Impulsfenstersignal besitzt eine Dauer entsprechend der Dauer des Impulsdetektorfensters und es beginnt zu einem Zeitpunkt, der gegenüber dem letzten festgestellten Impuls entsprechend einem Impulsdetektorsignal an der Eingangsklemme um einen bestimmten Betrag verschoben ist. über die Leitung 6 3 wird das Impulsfenstersignal auf die Eingangsklemme 53 der Sperrlogik 50 und auf den Logikschaltkreis 6 4 gegeben, der als Korrelator lös chlogik bezeichnet ist.

Der Logikschaltkreis 64 liefert Signale an die Gatter 28 und 31 und an die Zähler 38 und 39 über die Leitungen 34. Er arbeitet in der Weise, daß nach der Feststellung eines Eingangssignalimpulses ein Signal von hinreichender Dauer an die Gatter 28 und 31 angelegt wird, um die Akkumulatoren 36 und 37 durch den "1"-^H0"-Generator 35 mit einem Impuls zug, bestehend aus abwechseln-,den "1¹¹- und "O"-Werten zu füllen. Das von dem Logikschaltkreis 64 abgegebene Signal wird ferner an die Rückstelleingänge der Zähler 38 und 39 angelegt, wodurch deren Zählstände auf Null gesetzt werden. Dieser Zustand zusammen mit der Auffüllung der Akkumulatoren 36 und 37 mit einer identischen Anzahl von "1"- und "O"-Werten versetzt die Tonimpuls-Empfangsschaltung in ihren Anfangszustand, so daß sie unmittelbar bereit ist, die Korrelation zwischen dem Eingangssignal und dem Bezugssignal zu ermitteln. Es sei jedoch festgestellt, daß in dem Fall, wo das

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Rauschsignal statistisch verteilt ist, der Tonimpulsempfänger den Anfangszustand beibehält, und eine Löschung verbleibender Signale innerhalb der Akkumulatoren und Zähler nicht erforderlich ist.

Gemäß den Figuren 2a und 2b weist eine Signalquelle 80 einen Wandler 81, einen Vorverstärker 82, ein Bandpaßfilter 83, einen Begrenzungsverstärker 84, eine Treiberschaltung 85, eine übertragungsleitung 86 und einen Leitungsempfänger 87 auf. Der Wandler 81, der als ein Hydrophon dargestellt ist, erfaßt ein Eingangsimpulssignal, das aus Tonimpulsen bekannter Dauer und Trägerfrequenz besteht. Ein im wesentlichen statistisches Rauscnsignal kann in dem aufgenommenen Signal vorhanden sein. Das aufgenommene Signal wird dem Vorverstärker 82 und sodann dem Bandpaßfilter 83 zugeführt, das innerhalb eines interessierenden Frequenzbandes das Signal passieren läßt. Das gefiltere Signal wird durch den Begrenzungsverstärker 84 beschnitten, um ein Rechteckwellensignal zu erzeugen, das zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt einen bestimmten Amplitudenwert aufweist. Das beschnittene Signal wird dem Leitungstreiber 85 aufgeschaltet, um es über die übertragungsleitung 86 zu übertragen und durch den Leitungsempfänger 87 zu empfangen. Das Ausgangssignal des Verstärkers kann als binäres Rechteckwellensignal angenommen werden, das einen oberen Wert entsprechend "1" und einen unteren Wert entsprechend "0" aufweist. Dieses Signal ist mit JS(t)L bezeichnet und in Fig. 3 als Impulszug 70 dargestellt. Das Signal Js (t)L wird einem ersten Exklusiv-ODER-Schaltkreis 90 an einer Eingangs· klemme 91 und einem zweiten Exklusiv-ODER-Schaltkreis 92 an einer ersten Eingangsklemme 93 zugeführt. Die ExklusIv-ODER-Schaltkreise 90 und 92 arbeiten als digitale Multiplizierer und sie multiplizieren das Signal J S ft) L mit Quadraturkomponenten eines Rechteckwellen-Bezugssignales, das an zweite Eingangsklemmen und 96 der Multiplizirer angelegt wird.

Eine Referenzsignalquelle 94 erzeugt erste und zweite Rechteckwellensignale, die durch die Quadraturkomponenten J cos CU (t)L

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und J sinUi (t)Leines 'Itechteckwellen-Bezugssignales gebildet werden und die in Fig. 3 in Form der Impulszüge 71 und 72 dargestellt sind. Die Signalquelle 94 weistein Paar über Kreuz gekoppelter JK-Flip-Flops 105 und 106 auf, wobei die Anschlüsse J, Q, K und K des Flip-Flops 105 mit den Anschlüssen Q, J, Q und K des Flip-Flops 106 verbunden sind. Das Rechteckwellensignal JcosU) (t)L wird an der Verbindung der AnschlifeseJ und Q der Flip-Flops 10b und 106 erzeugt und dem Exklusiv-ODER-Schaltkreis 90 über eine Leitung 107 zugeführt. Das Rechteckwellensignal JsinCo(t)L wird an der Verbindung der Anschlüsse Q und K der Flip-Flops und 106 erzeugt und über eine Leitung 108 dem Exklusiv-ODER-Schaltkreis 92 zugeführt.

Die Takteingänge der Flip-Flops 105 und 106 werden mit einem Taktimpulszug beaufschlagt, der seinen Ursprung in dem Taktgenerator 100 hat.Die Wiederholungsfrequenz der Taktsignale am Ausgang des Taktgenerators 100 wird, sofern erforderlich, durch einen frequenzteiler 101 dividiert und einer Frequenzauswahlschaltung 103 zugeführt. Die Auswahlschaltung 103 erlaubt die Einstellung der Wiederholungsfrequenz des Impulsbezugssignales auf irgendeinen beliebigen Wert, so daß Tonimpuls-Eingangssignale mit irgendeiner Trägerfrequenz empfangen werden können. Die Wiederholungsfrequenz des Taktimpulszuges, der durch die Auswahlschaltung 103 geliefert wird, kann durch ein Frequenzauswahlsignal auf einer Leitung 104 verändert werden. Die Auswahlschaltung 103 kann hierbei irgendeinen bekannten Aufbau aufweisen. Eine zufriedenstellend arbeitende Schaltungsanordnung umfaßt einen programmierbaren Dividierer, einen Fehlerspannungsgenerator und einen spannungsgesteuerten Oszillator in einer Phasenverriegelungsschleife. In der US-PS 3 889 186 ist eine digital verwirklichte Phasenverriegelungsschleife zweiter Ordnung dargestellt und beschrieben, von der die Frequenzauswahlschaltung 103 Gebrauch machen kann.

Die ersten und zweiten von den Exklusiv-ODER-Schaltkreisen 90 und 92 erzeugten Produktsignale, die in Fig. 3 durch die Impuls- ztige 73 und 74 dargestellt sind, werden den Eingängen D von

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flankengetriggerten Flip-Flops 110 und 111 zugeführt. Die Flip-Flops 110 und 111 dienen der Abtastung der Produktsignale mit einer Frequenz, die durch ein Taktsignal an den Takteingängen

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der Flip-Flops vorgegeben'und sie liefern Abtastimpulszüge entsprechend den Amplituden ("1" oder "0") der Produktsignale im Abtastzeitpunkt. Wie zuvor bereits angedeutet, muß die Abtastfrequenz entsprechend gewählt sein, um die gesuchte Information in dem Tonimpuls-Eingangssignal zu erhalten.

Die Takteingänge der Flip-Flops 110 und 111 werden an einenTaktiropulszug angelegt, der seinen Ursprung in dem Taktgeber 100 hat. Die Wiederholungsfrequenz des Taktimpulszuges wird in der notwendigen Weise durch einen Dividierer 102 reduziert und über Taktleitungen 112 zugeführt, wobei diese Taktleitungen

auch für Taktung und Synchronisation verschiedener anderer Teile des Tonimpulsempfängers verwendet werden. Es sei darauf verwiesen, daß obgleich nur eine Leitung 112 dargestellt ist, der Tonimpulsempfänger Taktsignale verschiedener Phasen und/oder Zeitverzögerungen für einen optimalen Betrieb erfordern kann. Demgemäß stellen der Dividierer 102 und die Leitung 112 Einrichtungen dar, die für die geforderte Erzeugung der Takt- und Synchronisationssignale geeignet sind.

Der von dem Flip-Flop 110 erzeugte Abtastimpulszug wird an einer ersten Eingangsklemme 115 einem ersten Auswahlgatter 114 zugeführt. Das Auswahlgatter 114 besitzt eine zweite Eingangsklemme 116, einen Steuereingang 117 und eine Ausgangsklemme. In gleicher Weise wird der durch das Flip-Flop 111 erzeugte Abtastimpulszug einer ersten Eingangsklemme 121 eines zweiten Auswahlgatters zugeführt. Das Gatter 120 besitzt ferner eine zweite Eingangsklemme 122, einen Steuereingang 123 und eine Ausgangsklemme.

Die Gatter 114 und 120 können durch integrierte Schaltkreise vorgegeben sein, wie sie von der Firma Texas Instruments Inc. als Baustein unter der Typnummer 74LS51 vertrieben werden. Diese Bausteine arbeiten in der Weise, daß die Abtastimpulszüge an den ersten Eingangsklemmen nach der Ausgangsklemme übertragen werden,

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falls kein Signal am Steuereingang anliegt. Liegt ein Signal am Steuereingang an, so werden die Signale an den zweiten Eingangsklemmen zu den Ausgangsklemmen übertragen.

Das Signal an den zweiten Eingangsklemmen 116 und 122 der Gatter 114 und 120 besteht aus einer Rechteckwelle mit der halben Wiederholungsfrequenz des Taktsignales auf der Taktleitung 112 und wird, wie noch näher zu beschreiben sein wird, dazu benutzt, um einen eindeutigen Ausgangszustand hinsichtlich gewisser Teile des Tonimpulsempfängers herzustellen. Das den zweiten Eingangsklemmen 116 und 122 der Gatter 114 und 120 zugeführte Signal wird durch ein flankengetriggertes Flip-Flop 124 erzeugt, das mit seinem Takteingang^ie Taktleitung 112 und mit seinem Ausgang Q über eine Leitung 125 an die Gatter angeschlossen ist.

Die Ausgangssignale der Gatter 114 und 120 werden den Eingangsklemmen von Schieberegistern 130 und 132 zugeführt. Bei einem zufriedenstellend arbeitenden Ausführungsbeispiel des Tonimpulsempfängers weisen die Schieberegister 130 und 132 jeweils 76 8 Speicherplätze auf, durch die die über die Gatter 115 und 120 zugeführten Abtastimpulszüge zwischen Ein- und Ausgang der Reihe nach hindurchgeschoben werden. Der Schiebetakt wird durch den Taktimpulszug auf der Leitung 112 vorgegeben und entspricht der Abtastfrequenz. Die Schieberegister 130 und 132 definieren ein Impulsdetektorfenster, dessen Dauer von der Taktimpulsfrequenz und der Anzahl der Speicherplätze der Schieberegister abhängt.

Ein Exklusiv-ODER-Schaltkreis 134 weist erste und zweite Eingangsklemmen 135 und 136 auf, die mit dem Eingang und dem Aus-.gang des Schieberegisters 130 verbunden sind. In gleicher Weise weist ein Exklusiv-ODER-Schaltkreis 137 Eingangsklemmen 138 und 139 auf, die jeweils mit dem Eingang und Ausgang des Schieberegisters 132 verbunden sind. Die Exklusiv-ODER-Schaltkreise und 137 erzeugen jeweils ein Ausgangssignal mit hohem Pegel, wenn beide Eingangssignale den gleichen Wert aufweisen, d.h. entweder den Wert "1" oder den Wert "0". Es wird dementsprechend ein

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Ausgangssignal mit hohem Pegel dann erzeugt, wenn ein in das zugeordnete Schieberegister eingeschobener Abtastwert den gleichen Wert wie der am Ausgang herausgeschobene Abtastwert auf weist. Es ist ferner ersichtlich, daß jeder Exklusiv-ODER-Schaltkreis nur ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die relative Anzahl der Abtastwert mit dem Wert "1" und "0" innerhalb des zugeordneten Schieberegisters sich nicht verändert.

Ein erster reversibler Zähler 140 dient der Zählung der Differenz zwischen der Anzahl der Abtastwerte mit dem Wert ¹M" und der Anzahl der Abtastwerte mit dem Wert "0" innerhalb des Schieberegisters 130. Die Zähleinrichtung 140 umfaßt einen Zähler 141 mit einem Steuereingang 142 zur Zuführung eines Signales, das die Zählrichtung festlegt, einen Freigabeeingang 143, der beim Anlegen eines Freigabesignales eine Zähloperation des Zählers gestattet, eine erste Ausgangsklemme 144, an der ein Signal er zeugt wird, wenn der Zähler nach unten zählt und der Zählstand den Wert Null erreicht, einen Rückstelleingang 145 zur Zuführung eines Signales, um den Zählstand auf Null zustellen, einen Takt eingang zur Zuführung eines Taktimpulses, der jedesmal eine Ver änderung des Zählstandes um 1 bewirkt und eine zweite Ausgangs klemmen an der ein Signal erzeugt wird, das den Zählstand des Zählers anzeigt.

Ein Logikschaltkreis 148 dient der Steuerung der Zählrichtung des Zählers 142. Dieser umfaßt einen Inverter 150, erste und zweite NAND-Schaltkreise 151 und 152 mit drei Eingängen, ein Paar über Kreuz gekoppelter NAND-Schaltkreise 153 und 154 mit jeweils zwei Eingängen, ein Paar von UND-Schaltkreisen 155 und 156 und ein NOR-Schaltkreis 157. Der nicht-invertierte und der invertierte Abtastimpulszug des Schieberegisters 130 wird dem NOR-Schaltkreis 151 und dem UND-Schaltkreis 156 sowie dem NOR-Schaltkreis 152 und dem UND-Schaltkreis 155 aufgeschaltet. Den NAND-Schaltkreisen 151 und 152 wird ferner das Ausgangssignal an der ersten Ausgangsklemme 144 des Zählers 141 zugeführt. Die Ausgangssignale der NAND-Schaltkreise 151 und 152 werden den über Kreuz gekoppel*· ten NAND-Schaltkreisen 153 und 154 aufgeschaltet, die ein Signal

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mit hohem Pegel zu jedem Zeitpunkt nur einem der beiden Eingangskleminen der UND-Schaltkreise 155 und 156 zuführen. Ein Ausgangssignal mit hohem Pegel von irgendeinem der UND-Schaltkreise 155 oder 156 wird durch den NOR-Schaltkreis 157 invertiert und an den Steuereingang 142 des Zählers 141 abgegeben, wodurch der Zähler zu einer Aufwärtszählung veranlaßt wird. Wenn dagegen die Ausgangssignale der beiden UND-Schaltkreise den niedrigen Pegel aufweisen, so wird der Zähler zu einer Abwärtszählung veranlaßt.

Der Schaltkreis 148 und der Exklusiv-ODER-Schaltkreis 134 arbeiten in Abhängigkeit von den Eingangs- und Ausgangssignalen des Schieberegisters 130 und dem Signal an der Eingangsklemme 144 des Zählers 141 in der Weise, daß der von dem Zähler 141 auf der Leitung 146 erzeugte Zählstand der Hälfte der Differenz zwischen der Anzahl der Abtastungen mit dem Wert "1" und "O" im Schieberegister 130 entspricht. Insbesondere weist das dem Steuereingang 142 des Zählers 414 zugeführte Signal den niedrigen Pegel auf, wenn die Richtung der vorangegangenen oder gerade auftretenden Differenzgrößenänderung im Register 130 einen Anstieg anzeigt, wodurch der Zähler zum Aufwärtszählen veranlaßt wird. Umgekehrt weist das dem Steuereingang 142 zugeführte Signal den hohen Pegel auf, wenn die Richtung der zuletzt aufgetretenen oder gerade auftretenden Differenzgrößenänderung nach unten zeigt, wodurch der Zähler zum Abwärtszählen veranlaßt wird.

Die NAND-Schaltkreise 151 und 152 erfassen die Differenz in der Anzahl der "1"- und ¹¹O"-Abtastungen im Register 130, wenn diese Differenz sich verändert. Wenn die Anzahl der "0"-Abtastungen vorherrschend wird, so erzeugt der NAND-Schaltkreis 151 ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel. Auf der anderen Seite erzeugt der NAND-Schaltkreis 152 ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel, wenn die Anzahl der "!"-Abtastungen vorherrschend wird.

Die NAND-Schaltkreise 153 und 154 sind über Kreuz gekoppelt, um einen Speicherschaltkreis mit zwei Zuständen zu bilden, der festhält, ob der Zähler in der Richtung einer größeren Anzahl von

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"!"-Abtastungen oder in einer Richtung einer größeren Anzahl von "0"-Abtastungen zählt. Wenn der NAND-Schaltkreis 151 als letzter ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel erzeugt hat, so ist das Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 154 auf dem hohen Pegel und das Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 153 weist den niedrigen Pegel auf, wodurch eine größere Anzahl von "0"-Abtastungen angezeigt wird. Wenn der NAND-Schaltkreis 152 zuletzt ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel erzeugt hat, so befindet sich das Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 153 auf dem hohen Pegel und das Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 154 weist den niedrigen Pegel auf, wodurch eine größere Anzahl von "!"-Abtastungen angezeigt wird. Die ÜND-Schaltkreise 155 und 156 und das NOR-Gatter 157 entscheiden aufgrund des logischen Zustandes des Speicherschaltkreisesund des Ausgangssignales des Schieberegisters 130, ob der Zähler 141 aufwärts oder abwärts zählen soll,. Wenn die , letzte Änderung hinsichtlich der Differenz in der Anzahl der Abtastungen von "1" und "0" in die Richtung einer größeren Anzahl von "1"-Abtastungen gezeigt hat und eine "O"-Abtastung am Ausgang des Schieberegisters 130 vorliegt, so weist das Ausgangssignal des UND-Schaltkreises 155 den hohen Pegel auf und das Ausgangssignal des NOR-Schaltkreises 157 besitzt den niedrigen Pegel, wodurch der Zähler 141 aufwärts zählt. In gleicher Weise wird, wenn die letzte Änderung in Richtung einer größeren Anzahl von "O"-Abtastungen ging und eine "1"-Abtastung am Ausgang des Schieberegisters 130 vorliegt, das Ausgangssignal des UND-Schaltkreises 156 den hohen Pegel einnehmen, was erneut zu einem Aufwärtezählbefehl führt. Umgekehrt führen eine größere Anzahl von "0"-Abtastungen und eine "1"-Abtastung am Ausgang des Schieberegisters 130 oder eine größere Anzahl von "O"-Abtastungen und eine "0"-Abtastung am Ausgang des Schieberegisters 130 zu einem Abwärts zäh lbe fehl. Dementsprechend ist ersichtlich, daß der Ausgangszählstand des Zählers 141 auf der Leitung 146 die Größe der Differenz zwischen der Anzahl der "1" und "0"-Abtastungen im Schieberegister 130 darstellt.

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Eine zweite reversible Zähleinrichtung 160 entspricht vollständig der reversiblen Zähleinrichtung 140. Die reversible Zähleinrichtung 160 dient der Zählung der Differenz hinsichtlich der Anzahl von "1"-und "O"-Abtastungen innerhalb des Schieberegisters 132. Die Zähleinrichtung 160 weist einen Zähler 16Ί mit einem Steuereingang 162, einem Freigabeeingang 163, einer ersten Ausgansklemme 164, einem Rückstelleingang 165, einem Takteingang und einer an die Leitung 166 angeschlossenen Ausgangsklemme auf. Dem Steuereingang 162 wird ein Signal vom Logikschaltkreis 168 zugeführt, der die Zählrichtung des Zählers 161 steuert. Der !Schaltkreis 168 entspricht vollständig dem Schaltkreis 148 und umfaßt einen Inverter 170, erste und zweite NAND-Schaltkreise 171 und 172 mit drei Eingängen, ein Paar über Kreuz gekoppelter NAND-Schaltkreise 173 und 174 mit zwei Eingängen, ein Paar von UND-Schaltkreisen 175 und 176 mit zwei Eingängen und einen NOR-Schaltkreis 177. Die Komponenten 170 bis 177 sind in der gleichen Weise miteinander verbunden und sie wirken in der gleichen Weise miteinander zusammen, wie dies anhand des Schaltkreises 148 beschrieben wurde. Dementsprechend erzeugt der Zähler 161 einen Ausgangszählstand auf der Leitung 166, der die Differenz hinsichtlich der Anzahl von "1"- und "0"-Abtastungen in dem Schieberegister 132 anzeigt.

Die Zählstände auf den Leitungen 146 und 166 werden einem Addierer 180 über Eingangsklemmeη 181 und 182 zugeführt. Der Addierer 180, der aus dem im Handel erhältlichen Baustein 74LS283 der Firma Texas Instruments Inc. bestehen kann, erzeugt ein Signal an der Ausgangsklemme 183, das der Summe der Zählstände auf den Leitungen 146 und 166 entspricht. Dieses Signal stellt ein gleitendes Korrelationssignal dar, das den Grad der Korrelation zwischen dem Impulsdetektor-Eingangssignal und dem Rechteckwellen-Bezugssignal anzeigt. Dieses Signal läßt sich durch die in Fig. 4 (b) dargestellte Korrelationsfunktion darstellen.

Das gleitende Korrelationssignal wird einem ersten Vergleicher 184 zugeführt, dem an einer ersten Eingangsklemme 185 ein Bezugssignal entsprechend einer Korrelationsschwelle zugeführt wird

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und der eine zweite Eingangsklemme 186 aufweist, der mittels einer Leitung 187 das gleitende Korrelationssignal zugeführt wird. Eine erste Ausgangsklemme 188 des ersten Vergleichers gibt ein Signal aus, wenn das gleitende Korrelationssignal kleiner als das Schwellwertbezugssignal ist, und eine zweite Ausgangsklemrne 189 gibt ein Signal aus, wenn das gleitende Korrelationssignal größer als das Schwellwertbezugssignal ist. Dementsprechend bildet das Signal an den Ausgangsklemmen 188 und 189 ein Hinweisimpulssignal, da es einen Korrelationsgrad anzeigt, der größer als die Korrelationsschwelle ist.

Das gleitende Korrelationssignal wird ferner einem zweiten Vergleicher 191 und einem Verzögerungsregister 192 zugeführt. Der Vergleicher 191 besitzt eine erste Eingangsklemme 194, der das gleitende Korrelationssignal zugeführt wird und eine zweite Eingangsklemme 195, die an das Ausgangssignal des Verzögerungsregisters 192 angeschlossen ist. Ferner besitzt der zweite Vergleicher 191 erste und zweite Ausgangsklemmen 196 und 197, an denen Signale erzeugt werden, je nachdem ob das gleitende Korrelationssignal größer oder kleiner als das von dem Verzögerungsregister 192 erhaltene Signal ist. Die Vergleicher 184 und 191 können aus im Handel erhältlichen Bausteinen 74LS85 der Firma Texas Instruments Inc. bestehen.

Das Verzögerungsregister 192 besitzt eine Eingangsklemme 198, der das gleitende Korrelationssignal zugeführt wird, eine Ausgangsklemme, die mit der Eingangsklemme 195 des Vergleichers verbunden ist, einen Takteingang und einen Steuereingang 199. Das Verzögerungsregister 192 arbeitet in der Weise, daß das Eingangssignal vor seinem Erscheinen an der Ausgangsklemme um einen Taktimpuls verzögert wird, sofern kein Signal an dem Steuereingang 199 anliegt. Wird ein Signal dem Steuereingang 199 zugeführt, so beibt das zuletzt ausgegebene Signal an der Ausgangsklemme erhalten. Das Verzögerungsregister 192 dient somit der Feststellung und der Speicherung des maximalen . Wertes hinsichtlich des gleitenden Korrelationssignales. Die Signale an den Ausgangsklemmen 196 und 197 des Vergleichers 191 stellen somit Maximum-Detektorsignale dar, die Maximas hinsichtlich der glei-

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tenden Korrelationsfunktion anzeigen.

Eine Sperrlogik 193 liefert Signale an den Steuereingang 199 des Verzögerungsregisters 192. Der Schaltkreis 193 umfaßt einen ersten NAND-Schaltkrcis 200 mit vier Eingängen, einen NAND-Schaltkreis 202 mit zwei Eingängen, einen zweiten NAND-Schaltkreis 203 mit vier Eingängen und ein Paar von NAND-Schaltkreisen 204 und 205 mit drei Eingängen. Einem ersten Eingang des NAND-Schaltkreises 200 wird über eine Leitung 201 das Signal an der Ausgangsklemme 189 des Vergleichers 184 zugeführt. Einen» zweiten Eingang des NAND-Schaltkreises 200 wird das Signal an der Ausgangsklemme 197 des Vergleichers 191 zugeführt. Einer dritten Eingangsklemme ist das Taktsignal aufgeschaltet und die vierte Eingangsklemme erthält ein Signal von dem NAND-Schaltkreis 205, der mit dem NAND-Schaltkreis 202 über Kreuz gekoppelt ist, so daß deren Ausgangssignale jeweils den entgegengesetzten Zustand auf v/eisen. Einem ersten Eingang des NAND-Schaltkreises 204 wird ein Signal von dem NAND-Schaltkreis 202 zugeführt, ein zweiter Eingang ist mit dem Taktsignal verbunden und ein dritter Eingang erhält ein Impulsfenstersignal zugeführt, was noch näher beschrieben wird.

Der NAND-Schaltkreis 203 ist mit einem ersten Eingang an den Ausgang 189 des Vergleichers 184, mit einem zweiten Eingang an den Ausgang 196 des Vergleichers 191, mit einem dritten Eingang an das Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 202 und mit einem vierten Eingang an das Taktsignal angeschlossen.

Die Sperrlogik 193 hat die Aufgabe, ein Sperssignal an den Steuereingang 199 des Verzögerungsregisters 192 beim Auftreten von Maxia$as in dem gleitenden Xorrelationssignal während eines Impulsdetektorfensters zu liefern. Es sei angenoüunen, daß die Korrelation ausreichend ist und das gleitende Korrelationssignal die Korrelationsschwelle überschreitet* In diesem Fall wird ein Signal mit hohem Pegel von der Ausgangsklenane 189 des Vergleichers 184 an die NAND-Schaltkreise 200 und 203 geliefert. Wenn ein

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Maximum in dem gleitenden Korrelationssignal festgestellt wird,

197 was durch ein Signal mit hohem Pegel am Ausgang des Vergleichers 191 angezeigt wird, so v/eisen alle Eingangssignale des NAND-Schaltkreises 200 den hohen Pegel auf, so daß ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel erzeugt wird und der NAND-Schaltkreis 202 erzeugt ein Ausgangssignal mit hohem Pegel. Das Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 202 wird dem Steuereingang 199 des Verzögerungsregisters 192 zugeführt, worauf das Verzögerungsregister den zuletzt ausgegebenen Wert an seiner Ausgangsklemme aufrecht erhält.

Eine Iinpulsdetektorlogik 208 weist ein erstes JK-Flip-Flop auf, das in Abhängigkeit von über die Leitungen 212 und 213 angelegten Signalen ein· Impulsdetektorsignal auf der Leitung erzeugt. Insbesondere besitzt ein zweites JK-Flip-Flop 215 einen Voreinstelleingang, der über die Leitung 212 an das Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 202 angeschlossen ist und einen Löscheingang, der über die Leitung 213 mit dem Ausgangssignal des NAND-Schaltkreises 203 verbunden ist. Der Impulsdetektorschaltkreis 208 umfaßt ferner einen NAND-Schaltkreis 216 mit drei Eingängen, ein drittes JK-Flip-Flop 217, ein Monoflop 218 und einen NAND-Schaltkreis 21.9 mit zwei Eingängen.

Ein Signal an dem.Voreinstelleingang des Flip-Flops 215 ruft an der Ausgangsklemme Q ein Signal mit hohem Pegel hervor, das einem Eingang des NAND-Schaltkreises 216 zugeführt wird. Die anderen Eingänge des NAND-Schaltkreises 216 werden durch den Ausgang des Vergleichers 184, der die Überschreitung des Schwellwertbezugssignales durch das gleitende Korrelationssignal anzeigt und ein Taktsignal vorgegeben. Ein Signal mit hohem Pegel am Ausgang Q des Flip-Flops 215 zeigt an, daß ein Maximum festgestellt worden ist und im Verzögerungsregister 192 gespeichert wird. Das gleichzeitige Auftreten dieses Hinweises auf die Maximum-Feststellung und eines Signales das anzeigt, daß das gleitende Korrelationssignal unter den Schwellwert gefallen ist und sich somit aus dem Impulsdetektorfenster herausbewegt, verursacht ein

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Ausgangssignal mit niedrigem Pegel am NAND-Schaltkreis 216. Der NAND-Scnaltkreis 219 verhindert jedoch das Anlegen eines Voreinstellsignales an das Flip-Flop 210 während einer kurzen Zeitperiode, indem das Flip-Flop 217 und das Monoflop 218 betätigt werden. Der Zweck dieser kurzen Verzögerung besteht darin, eine ungewollte Anzeige einer Infpulsfeststellung zu verhindern, die durch momentane hohe Rauschpegel des Eingangssignales hervorgerufen werden könnte. Wenn das Ausgangssignal mit niedrigem Pegel am NAND-Schaltkreis 216 auch nach Ablauf der kurzen Verzögerungszeit ansteht, so ist dies ein Hinweis auf die Feststellung eines echten Tonimpulses und ein Voreinstellsignal ruft am Ausgang Q des Flip-Flops 210 ein Signal mit hohem Pegel hervor. Dieses Signal wird auf der Leitung 211 als festgestelltes Impulssignal entnommen.

Das Impulsdetektorsignal wird einem Impulszeitgeberschaltkreis

220 zugeführt, der aus ersten und zweiten in Reihe geschalteten Zählern 221 und 223 besteht. Der Zähler 221 weist einen Rückstelleingang 222, eine Eingangsklemme, an die die Taktsignale angeschlossen sind und eine Ausgangsklemme auf.Der Zähler 223 besitzt einen Rückstelleingang 224, eine Eingangsklemme 225 für die Aufschaltung eines Signales zwecks Einstellung eines Zeitintervalles, eine Eingangsklemme, die mit der Ausgangsklemme des Zählers 221 verbunden ist, eine erste Ausgangsklemme 226, an der das zuvor erwähnte Impulsfenstersignal periodisch erzeugt und über die Leitung 227 zu dem NAND-Schaltkreis 204 übertragen wird und eine zweite Ausgangsklemme, an der nach Ablauf eines jeden Impulsdetektorfensters ein Signal erzeugt wird. Als Zähler

221 und 223 können im Handel erhältliche Zähler verwendet werden, die von der Firma Texas Instruments Inc. unter der Typnummer 74LS163 vertrieben werden. Der Impulszeitgeberschaltkreis 220 umfaßt ferner einen NOR-Schaltkreis 229 mit drei Eingängen und einen NOR-Schaltkreis 230 mit zwei Eingängen.

Der Zähler 221 und der NOR-Schaltkreis 229 erzeugen zusammen einen Taktimpulszug mit geringerer Wiederholungsfrequenz als das

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Taktsignal auf der Leitung 112. Der Zähler 221 erhält ein Taktsignal über die Leitung 112 und erzeugt ein Ausgangssignal nach einer vorbestimmten Anzahl von Taktimpulsen. Dieses Ausgangssignal verursacht eine Änderung des Ausgangssignales des NOR-Schaltkreises 229, wodurch der Zähler 221 zurückgestellt wird und ein neuer Zählzyklus ausgelöst wird. Der Zähler 221 kann auch bei Feststellung eines Impulses auf der Leitung 231 oder durch ein Signal zurückgestellt werden, welches an der Ausgangs·- klemme 228 des Zählers 223 erzeugt wird.

Der durch den Zähler 221 erzeugte Taktimpuls zug wird mittels des Zählers 223 unterteilt, wobei der Teilungsfaktor durch ein Intervall-Einstellsignal an dem Steuereingang 225 vorgegeben wird. Nach der Feststellung eines Impulses gibt der Zähler 223 ein durch das Signal an dem Steuereingang 225 vorgegebenes Zeitintervall aus und erzeugt dementsprechend ein Impulsfenstersignal an der Ausgangsklemme 226. Die Dauer des Impulsfenstersignals entspricht der Dauer des Impulsdetektorfensters. Nach Beendigung des Impulsfenstersignales wird von der Ausgangsklemme ein Signal an die NOR-Schaltkreise 229 und 230 über die Leitungen 232 ausgegeben. Wie zuvor erwähnt, stellt dieses Signal den Zähler 221 zurück und synchronisiert somit seine Operation mit dem Ende des Impulsfenstersignales. Der Zähler 223 wird entweder durch das Impulsdetektorsignai oder das Signal zurückgestellt, das das Ende eines Impulsdetektorfensters anzeigt und das über den NOR-Schaltkreis 230 angelegt wird.

Das Ausgangssignal des NOR-Schaltkreises 230 wird über die Leitung 236 an den Eingang K des Flip-Flops 234 angelegt, wodurch ein Korrelatorlöschsignal zur Errichtung eines Ausgangszustandes in den Schieberegistern 130 und 132 und in den Zählern 141 und 161 erzeugt wird. Ein Signal mit hohem Pegel an dem Eingang K des Flip-Flops 234 ruft ein Signal mit hohem Pegel an der Ausgangsklemme Q hervor. Dieses Signal wird über die Leitung 237 den Steuereingängen 117 und 123 der Gatter 114 und 120 zugeführt und ferner den Rückstelleingängen 145 und 165 der Zähler 141 und 161

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auf geschaltot. Hierdurch werden die Schieberegister mit eintjr abwechselnden Reihe von "1"- und "O"-Werten aufgefüllt und die Zählstände der Zähler 141 und 161 werden auf 0 gesetzt. Das Korrelatorlöschsignal verschwindet am Ausgang Q des Flip-Flops 234, wenn das Ausgangssignal des Zählers 221 über die Leitung an den Eingang J des Flip-Flops angelegt wird.

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Leerseite

Claims

Honeywell inc. 12. April 1977

Honeywell Plaza O *7 1 r / η

Minneapolis, Minn. USA 4/16488 1006063 Ge

Empfangseinrichtung

Patentansprüche:

,X Einrichtung zum Empfang von Signalen bekannter Frequenz./ in einen verrauschten Signal, gekennzei chnet durch

eine Eingangseinrichtung (81) zur Lieferung eines Eingangssignales, in welchem ein Signal festzustellen ist; eine Amplitudenbegrenzungs^inrichtung (84) zur Begrenzung des Eingangssignales, so daß dieses zu jedem Zeitpunkt entweder eine hohe oder eine niedrige Amplitude aufweist; einen Bezugssignalgenerator (18,94) zur Erzeugung erster und zweiter RechtecJcwellensignale mit einer der Signalfrequenz entsprechenden Wiederholfrequenz und einer quadratischen Phasenbeziehung zueinander, wobei diese beiden zu jedem Zeitpunkt entweder eine hohe oder eine niedrige Amplitude aufweisenden Rechteckwellensignale Impulsreferenzsignale darstellen; eine digitale Multiplikationseinrichtung (12,15,90,92) zur Multiplikation des begrenzten Eingangssignales mit jedem der Rechteckwrellensignale, um erste und zweite Produktsignale zu erzeugen, die einen ersten Wert aufweisen, wenn die Multiplikanten einander entsprechende momentane Amplituden besitzen und die einen zweiten Wert aufweisen, wenn die Multiplikanten unterschiedliche Amplituden besitzen;

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ORIGINAL INSPECTED

Abtasteinrichtungen (20,23,110,111) zur Abtastung der ersten und zweiten Produktsignale mit einer gegenüber der Signalfrequenz erhöhten Abtastfrequenz zur Erzeugung erster und zweiter Abtastimpulszüge ,-Gleitfenster-Zähleinrichtungen (36-40, 130-180), um ein gleitendes Korrelationssignal zu erzeugen, das während eines gleitenden Zeitintervalles von vorbestimmter Dauer der unterschiedlichen Anzahl von Abtastungen mit hohem und niedrigem Pegel in jedem der beiden Abtastimpulsszüge entspricht, wobei das gleitende Korrelationssignal den Korrelationsgrad zwischen dem Eingangssignal und dem Impulsreferenzsignal anzeigt; und eine erste Vergleichseinrichtung (41,184), um das gleitende Korrelationssignal mit einem Schwellwertbezugssignal entsprechend einem Korrelationsschwellwert zu vergleichen und ein Hinweisimpulssignal zu erzeugen, wenn das gleitende Korrelationssignal eine Korrelation anzeigt, die größer als der Korrelationsschwellwert ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfenster-Zähleinrichtung aufweist: erste und zweite reversible Zähler (38,39,140,160) mit einer Dateneingangsklemme zum Empfang binärer Daten und einer Freigabeklemme zum Empfang eines Signales, das das Zählen der binären Daten auslöst, wobei die Zählrichtung vom Wert eines jeden Datenbits abhängt;

erste und zweite Schieberegister (36,37,130,132), denen an Eingangsklemmen die ersten und zweiten Impulsabtastzüge zugeführt werden und von denen jedes eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen speichern und an der Ausgangsklemme der Reihe nach mit der Abtastfrequenz der Abtasteinrichtung ausgeben kann; eine Verbindung der Ausgangsklemmen der ersten und zweiten Schieberegister mit den Dateneingangsklemmen der ersten und zweiten reversiblen Zähler;

eine Einricltung (143,163) zur Erzeugung von Signalen an den Freigabeeingängen der ersten und zweiten reversiblen Zähler nur dann, wenn die Abtastwerte an den Eingangs- und Ausgangsklemmen der Schieberegister unterschiedliche Werte aufweisen, wobei der Zähl-

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stand eines jeden Zählers den Unterschied in der Anzahl von Abtastungen mit hohem und niedrigem Wert in einem der beiden Schieberegister anzeigt; und

einen Addierer (40,180) zur Addition der Zählstände der beiden reversiblen Zähler, um das gleitende Korrelationssignal zu erzeugen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzei chne t durch

eine Maximum-Detektoreinrichtung (44,47,190,192) zur Erzeugung eines Signales in Abhängigkeit von Maximas in dem Hinweisimpulssignal; und

eine Impuls -Detektoreinrichtung (54,208), der die Hinweisimpulse und Maximumsignale zugeführt werden und die ein Impulsdetektorsignal in Abhängigkeit von dem größten Maximumsignal im gleitenden Korrelationscignal während eines Impulsdetektorfensters vorbestimmter Dauer erzeugt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

einen Impulszeitgeber (60,220), dem das Impulsdetektorsignal zugeführt wird und dar ein Impulsfenstersignal erzeugt, welches eine dem Impulsdetektorfenster entsprechende maximale Dauer aufweist und das mit einer vorgegebenen Verschiebung im Hinblick auf den zuletzt festgestellten Impuls beginnt,und wobei die Maximum-Detektoreinrichtung (44,47,50,190,192,193) in Abhängigkeit von dem Impulsfenstersignal die Erzeugung eines Maximumsignales nur gestattet, wenn das Impulsfenstersignal vorliegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximum-Detektoreinrichtung aufweist: einen zweiten Vergleicher (47) zum Vergleichen von Signalen an ersten und zweiten Eingangsklemmen, der erste und zweite Ausgangssignale erzeugt, wenn das Signal an der ersten Eingangsklemme größer oder kleiner als das Signal an der zweiten Eingangsklemme ist;

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ein Verzögerungsregister (44,192) mit Ein- und Ausgangsklemmen und einer Steuerklemme/ das Signale zwischen Ein- und Ausgang um eine Abtastperiode verzögert und die verzögerten Signale an der Ausgangsklemme beim Vorliegen eines Freigabesignales an der Steuerklemme ausgibt sowie das zuletzt ausgegebene Signal beim Vorliegen eines Sperrsignales an der Steuerklemme beibehält;

eine Aufschaltung (48,183,194) des gleitenden Korrelationssignales auf die erste Eingangsklemme des zweiten Vergleichers und die Eingangsklemme des Verzögerungsregisters; eine Verbindung (49,195) der Ausgangsklernme des Verzögerungsregisters mit der zweiten Eingangsklemme des zweiten Vergleichers, wobei erste und zweite Ausgangssignale erzeugt werden, wenn das unverzögerte gleitende Korrelationssignal größer oder kleiner als das verzögerte gleitende Korrelationssignal ist; und

eine Sperrlogik (50,193), der die ersten und zweiten Ausgangssignale des Vergleichers und das Hinweisimpulssignal zugeführt werden und das ein Sperrsignal an der Steuerklemme des Verzögerungsregisterserzeugt, wenn das Hinweisimpulssignal und erste und zweite Ausgangssignale des zweiten Vergleichers vorliegen und damit anzeigen, daß das nicht-verzögerte gleitende Korrelationssignal kleiner als das verzögerte gleitende Korrelationssignal ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,gekennzeichnet durch

eine Rückstell-Eingangsklemme des Impuls Zeitgebers (60,220) zum Empfang eines Signales zwecks Auslösung eines Taktzyklus; Anschlüsse (57,62,211,231), um das Impulsdetektorsignal an die Rückstell-Eingangsklemme des Impulszeitgebers anzuschließen, wodurch ein Impulsfenstersignal eine vorbestinunte Zeitdauer nach dem zuletzt festgestellten Impuls erzeugt wird; Anschlüsse (53,193), um die Sperrlogik und dementsprechend die Steuereingangsklemme des Verzögerungsregisters an das Impulse fenstersignal anzuschließen; und

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Anschlüsse (63,112), um die erste Ausgangsklemme des Impulszeitgebers mit der Eingangsklemme der Sperrlogik zu verbinden, wobei die Sperrlogik das Verzögerungsregister zur Aufrechterhaltung des zuletzt übertragenen Signales am Ausgang veranlaßt, solange das Impulsfenstersignal vorliegt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzei chnet durch

eine Löschklemme (145,165) an jedem der beiden reversiblen Zähler zum Anlegen eines Löschsignales, wodurch ein vorbestimmter Anfangszählstand vorgegeben wird; einen Generator (35,124) zur Erzeugung eines Binärsignales mit einer Wiederholungsfrequenz entsprechend der halben Abtastfrequenz und abwechselnden Werten entsprechend den ersten und zweiten Werten der Produktsignale; erste und zweite Gatter (28,31,114,120) mit ersten an die Abtastimpulszüge angeschlossenen Eingängen, mit zweiten an das Binärsignal angeschlossenen Eingängen, mit Ausgängen, die an die Eingänge der beiden Schieberegister angeschlossen sind und mit Steuereingängen zur Zuführung eines Löschsignales, wobei die Gatter den Abtastimpulszug beim Fehlen eines Löschsignales und das Binärsignal beim Vorliegen eines Löschsignales übertragen;

eine Löschlogik (64,234), die bei Beendigung des Impulsfenstersignales ein Löschsignal erzeugt; und Anschlüsse (34,237), um das Löschsignal an die Steuereingänge der beiden Gatter und die Löscheingänge der beiden reversiblen Zähler zu liefern.
8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impuis-Detektoreinrichtung Einrichtungen (217,218,219) aufweist, die eine Erzeugung des Impulsdetektorsignales nur gestatten, wenn das Hinweisimpulssignal für eine betimmte Zeitdauer vorlag, so daß falsche Impulsdetektorsignale aufgrund von zufälligen Korrelationswerten über der Korrelationsschwelle verhindert werden.

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