DE2757210C2 - - Google Patents

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DE2757210C2
DE2757210C2 DE19772757210 DE2757210A DE2757210C2 DE 2757210 C2 DE2757210 C2 DE 2757210C2 DE 19772757210 DE19772757210 DE 19772757210 DE 2757210 A DE2757210 A DE 2757210A DE 2757210 C2 DE2757210 C2 DE 2757210C2
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    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
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    • G01S13/28Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave with time compression of received pulses
    • G01S13/282Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave with time compression of received pulses using a frequency modulated carrier wave

Description

Die Erfindung betrifft ein Transversalfilter zur Kompression frequenzmodulierter Pulse.
Derartige Filter sind beispielsweise bekannt aus Electronics Letters (1977), Vol. 13, No. 18, Seite 521 bis 523.
Ein bekanntes Transversalfilter dieser Art zeigt Fig. 1. Links in Fig. 1 ist ein Eingangssignal des Filters als Funktion der Zeit dargestellt. Es handelt sich um einen frequenzmodulierten Puls, der aus aneinandergereihten Frequenzen f 1 bis f 7 besteht. Ein derartiger Puls entsteht beispielsweise am Ausgang eines Empfänger-Mischers, in dem ein Empfangssignal bestimmter Frequenz mit dem Signal eines in der Frequenz schnell durchwobbelten Überlagerungsoszillators gemischt wird. Der zeitliche Verlauf der Umhüllenden des komprimierten Pulses am Ausgang des Tranversal­ filters ist rechts unten dargestellt. Das Transversalfilter enthält eine Laufzeitkette in Form eines analogen Schiebe­ registers mit je einem Eingang für den Takt und für das Eingangs­ signal. Das Schieberegister besteht aus einer Anzahl - in der Darstellung sind es zufällig neun - in Serie geschalteter An­ zapfungen T, die über Gewichte g 1 bis g 9 in einem Summierer Σ zusammengeschaltet sind. Unter einem Summierer ist hier und im folgenden stets ein über einen ohmschen Widerstand von seinem Ausgang auf seinen Eingang rückgekoppelter Verstärker zu ver­ stehen (nach der üblichen Definition eines Summierers würden auch noch die Gewichte zum Summierer gehören). Der an den Signalein­ gang angelegte Puls durchläuft das Schieberegister im Takt des am Takteingang anliegenden Taktsignals. Die an den Anzapfungen T liegenden Gewichte g 1 bis g 9 entnehmen dem Signal Proben, be­ werten sie und leiten sie an den Summierer Σ weiter. Die Gesamt­ verzögerungs- bzw. Gesamtlaufzeit des Schieberegisters muß so lang sein wie die zeitliche Länge des Pulses, d. h. wie die Wobbelzeit von f 1 nach f 7. Macht man die Gewichte zeitinvers zur zeitlichen Signalfunktion am Eingang, so sind Filter und Signal einander angepaßt bzw. optimiert und am Filterausgang erscheint dann der komprimierte Eingangspuls. Zur Realisierung eines Trans­ versalfilters mit Filtergewichten unterschiedlichen Vorzeichens ist in IEEE Transactions Vol. CAS-21 (197a), No. 4. Seite 402-510 eine Anordnung angegeben, die zwei parallel, gleich getaktete Filterketten in Differenzschaltung enthält.
Die dabei vorgesehenen analogen Schieberegister rauschen nieder­ frequent. Die hieraus resultierenden Rauschspannungen werden bei jedem Taktimpuls von Anzapfung zu Anzapfung durch die gesamte Laufzeitkette geschoben und verfälschen so in starkem Maße die Ausgangssignale des Filters.
Aus Electronics, Mai 1976, Seite 99-102 ist es bekannt, bei analogen Sieberegistern für Verzögerungsleitungen in Form von Ladungsverschiebeschaltungen anstelle eines einzigen langen Schieberegisters mehrere entsprechend kürzere, parallele Teil­ register vorzusehen, die zyklisch nacheinander getaktet werden. Dabei verringert sich in entsprechendem Maße die Taktfrequenz für die einzelnen Teilketten. Die Ausgänge der einzelnen Teilketten sind über zyklisch sequentiell betätigte Schalter mit dem Ausgang der Verzögerungsleitung verbunden. Durch die niedrigere Takt­ frequenz und die geringere Anzahl von Registerstufen der ein­ zelnen Teilketten wird die Ladungsübertragung vom Eingang zum Ausgang verbessert und der Störsignalanteil verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transversalfilter der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Komprimierung höherfrequenter Signale gestattet und bei dem der Einfluß der Rauschspannungen der Laufzeitkette auf das Filterausgangssignal verringert ist.
Die Lösung dieser Aufgabe geht aus dem Patentanspruch 1 hervor. Die Unter­ ansprüche enthalten vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Durch die um den Faktor 1/n niedrigere Taktfrequenz der n parallelgeschalteten Teilketten gegenüber dem bekannten Trans­ versalfilter wie in Fig. 1 skizziert ergibt sich eine geringere Überkopplung von Störimpulsen von der Takt- in die Signalleitung. Nutzt man andererseits bei jeder Teilkette die maximal zulässige Taktfrequenz aus, so kann das erfindungsgemäße Transversalfilter vorteilhafterweise um den Faktor n höher­ frequente Eingangssignale verarbeiten als das bekannte Transver­ salfilter. Durch die Parallelschaltung kürzerer Teilketten wird auch die beschriebene Verfälschung des komprimierten Signals durch Rauschspannungen verringert, da diese Rauschspannungen jeweils nur eine Teilkette, d. h. einen Teil der gesamten Lauf­ zeitkette durchlaufen.
Durch die Parallelschaltung von n Teilketten gemäß Patentanspruch 3 ist am Filter­ ausgang nur jeder p · n-te Wert richtig (p = 1, 2, 3, . . .), während die anderen Werte ausgeblendet werden müssen. Macht man nun p · n = a, so werden nicht nur die falschen Werte auto­ matisch ausgeblendet, sondern es ist dann der komprimierte Puls am Filterausgang bereits gleichgerichtet. Man wählt zweckmäßigerweise p = 1, weil dann die niedrigst mögliche Taktfrequenz verwendet werden kann. Da die Gleichrichtung des komprimierten Pulses hier bereits innerhalb des Filters erfolgt, kommt man am Filterausgang mit einem einfachen Tiefpaß zur Unterdrückung höherfrequenter spektraler An­ teile aus, während sonst ein Bandpaß und ein separater Gleichrichter notwendig wären. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus folgendem. Da die einzelnen Anzapfungen der ana­ logen Schieberegister nicht vollständig untereinander ent­ koppelt sind, beeinflussen sie sich gegenseitig. Die Be­ einflussung ist besonders stark, wenn die Gewichte an be­ nachbarten Anzapfungen unterschiedliche Vorzeichen haben. Wählt man n gemäß der Beziehung p ·n = a, dann haben benach­ barte Gewichte jeder Teilkette - zumindest in Bandmitte - gleiche Vorzeichen. Außerhalb der Bandmitte ist der Vor­ zeichenwechsel weniger häufig. Das heißt, durch diese Wahl von n wird die Filtersollkurve sehr genau nachgebildet, die Neben­ zipfelunterdrückung beim komprimierten Puls ist besser.
Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die an sich neungliedrige Laufzeitkette in drei parallelgeschaltete Teilketten A, B und C zu je drei Gliedern aufgeteilt ist.
Grundsätzlich sind auch andere Kombinationen möglich. Das Eingangssignal liegt an den Eingängen aller drei Teilketten A bis C gleichzeitig an. Da diese von einem 3-Phasen-Gene­ rator mittels der in Fig. 3 in ihrem zeitlichen Verlauf dar­ gestellten Taktsignale a, b und c im Zeitmultiplex getaktet werden, wird ein bestimmter Augenblickswert des Eingangs­ signals jeweils nur in eine der drei Teilketten A bis C ein­ geschrieben. Die Taktsignale a, b und c werden in dem 3- Phasen-Generator aus einem ihm über einen Takt-Eingang zu­ geführten Taktsignal erzeugt, das in Fig. 3 oben dargestellt und mit "Takt" bezeichnet ist. Wie ein Vergleich zeigt, ist die Frequenz dieses Taktsignals, das bei dem bekannten Trans­ versalfilter gemäß Fig. 1 bei der Kompression von Signalen vergleichbarer Frequenz erforderlich wäre, dreimal so hoch wie die Frequenz der Taktsignale a, b und c bei einem er­ findungsgemäßen Transversalfilter mit drei parallelgeschal­ teten Teilketten. Allgemein gilt, daß bei n parallelgeschal­ teten Teilketten die Taktfrequenz um den Faktor 1/ n niedriger ist als bei dem bekannten Transversalfilter nach Fig. 1.
Die Zurodnung der Gewichte g 1 bis g 9 zu den einzelnen Teil­ ketten ist nach folgendem Schema vorgenommen:
Teilkette A:g 1, g 4, g 7 Teilkette B:g 2, g 5, g 8 Teilkette C:g 3, g 6, g 9
Damit wird erreicht, daß die Gewichte unter Berücksichtigung des zeitmultiplexierenden 3-Phasentaktes in der richtigen Reihenfolge aufeinanderfolgen. Die Abtastwerte des Eingangs­ signals werden im Rhythmus der Taktsignale a, b, c durch die Teilketten A, B, C geschoben, durch die Gewichte bewertet und im Summierer Σ unter Berücksichtigung des Vorzeichens aufsummiert.
Der Schalter S am Ausgang des Summierers Σ hat zwei Funk­ tionen zu erfüllen. Zum einen richtet er das Ausgangssignal des Filters gleich und zum andern unterdrückt er die fehler­ haften Ausgangssignale. Der Schalter S blendet diese für die Parallelstruktur des Filters typischen Fehlersignale aus, während er die richtigen Ausgangssignale, die mit jedem dritten Takt kommen, über ein Tiefpaßfilter TP auf den Ausgang des Filters durchschaltet. Das hierzu notwen­ dige Steuersignal für den Schalter S ist im richtigen zeit­ lichen Bezug zu den Taktsignalen a bis c in Fig. 3 unten dargestellt und mit d bezeichnet. Der Tiefpaß TP am Filter­ ausgang läßt nur den gleichgerichteten komprimierten Puls passieren, dessen Einhüllende unterhalb des Ausgangs dar­ gestellt ist, und er unterdrückt die höherfrequenten Stö­ rungen.
Ein Kompressionsfilter führt mathematisch gesehen eine Fal­ tungsoperation zwischen dem Eingangssignal und der Impuls­ antwort des Filters durch. Im folgenden soll dieser Vorgang schrittweise für das bekannte Transversalfilter nach Fig. 1 und für das erfindungsgemäße Filter nach Fig. 2 dargestellt werden, wobei mit U ei und U ai die diskreten Spannungswerte am Filtereingang und -ausgang und mit g i die Filtergewichte bezeichnet sind (i = 1, 2, 3, . . .).
Bei dem bekannten Filter nach Fig. 1 erscheinen dann am Aus­ gang von Takt zu Takt folgende Werte:
1. Takt:U a 1 = U e 1 · g 1 2. Takt:U a 2 = U e 1 · g 2 + U e 2 · g 1 3. Takt:U a 3 = U e 1 · g 3 + U e 2 · g 2 + U e 3 · g 1- 4. Takt:U a 4 = U e ₁ · g 4 + U e 2 · g 3 + U e 3 · g 2 + U e 4 · g 1 5. Takt:U a 5 = U e 1 · g 5 + U e 2 · g 4 + U e 3 · g 3 + U e ₄ · g 2 + U e 5 · g 1 6. Takt:U a 6 = U e 1 · g 6 + U e 2 · g 5 + U e 3 · g 4 + U e 4 · g 3 + U e 5 · g 2 + U e 6 · g 1 7. Takt:U a 7 = U e 1 · g 7 + U e 2 · g 6 + U e 3 · g 5 + U e 4 · g 4 + U e 5 · g 3 + U e 6 · g 2 + U e 7 · g 1 usw.
Das erfindungsgemäße Filter mit Parallelstruktur gemäß Fig. 2 liefert mit dem angegebenen 3-Phasen-Takt demgegenüber fol­ gende Werte am Ausgang:
1. Takt:U a 1 = U e 1 · g 3 2. Takt:U a 2 = U e 1 · g 3 + U e 2 · g 2 3. Takt:U a 3 = U e 1 · g 3 + U e 2 · g 2 + U e 3 · g 1 4. Takt:U a 4 = U e 1 · g 6 + U e 2 · g 2 + U e 3 · g 1 + U e 4 · g 3 5. Takt:U a 5 = U e 1 · g 6 + U e 2 · g 5 + U e 3 · g 1 + U e 4 · g 3 + U e 5 · g 2 6. Takt:U a 6 = U e 1 · g 6 + U e 2 · g 5 + U e 3 · g 4 + U e 4 · g 3 + U e 5 · g 2 + U e 6 · g 1 7. Takt:U a 7 = U e 1 · g 9 + U e 2 · g 5 + U e 3 · g 4 + U e 4 · g 6 + U e 5 · g 2 + U e 6 · g 1 + U e 7 · g 3 usw.
Ein Vergleich der Ausgangsspannungen beider Filter zeigt, daß nur zum 3ten, 6ten usw. Takt Übereinstimmung besteht. Die übrigen Ausgangssignale des Filters gemäß Fig. 2 sind falsch, da sie nicht mit denen des Filters mit der Reihen­ struktur gemäß Fig. 1 übereinstimmen, sie werden daher durch einen Schalter ausgeblendet.
Fig. 3 zeigt - wie bereits erwähnt - oben das dem 3-Phasen- Generator des Filters nach Fig. 2 zugeführte Taktsignal, darunter die Taktsignale a, b und c für die drei Teilketten A bis C und unten das Steuersignal d für den Schalter S.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Anwendung des Transversalfilters gemäß Fig. 2 als Kompressionsfilter KF bei einer Schaltung nach Art eines kohärenten Empfängers mit einem Sinus- und einem dazu parallelgeschalteten Kosinuskanal. Der Sinus- und der Kosinuskanal bestehen dabei jeweils aus einer Reihen­ schaltung aus einem Mischer M, einem Kompressionsfilter KF und einem Gleichrichter, wobei dem Mischer M im Sinuskanal das Signal eines Oszillators O direkt, dem Mischer M im Kosinuskanal dagegen über einen 90°-Phasenschieber zugelei­ tet wird. Das in die ZF-Lage transponierte Eingangssignal wird beiden Mischern gleichzeitig zugeführt. Die Ausgangs­ signale des Sinus- und Kosinuskanals werden in einem Addie­ rer summiert. Durch die Schaltung gemäß Fig. 4 wird gewähr­ leistet, daß die Amplitude des Ausgangssignals stets optimal ist.
Fig. 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform. Bei diesem Transversalfilter sind im Unterschied zu demjenigen nach Fig. 2 an jeder Anzapfung T der drei Teilketten A bis C jeweils drei ohmsche Widerstände als parallelgeschaltete Ge­ wichte g i (i = 1 bis 9) angebracht. Dieses Transversalfilter entspricht einer Parallelschaltung von drei Transversal­ filtern nach Fig. 2. Jedes dieser drei parallelgeschalteten Filter funktioniert wie das Filter gemäß Fig. 2. Damit ist an jedem der drei Summierer Σ ebenfalls nur jeder dritte Ausgangswert korrekt.
Ordnet man die Gewichte g i (i = 1 bis 9) den Anzapfungen T der Teilketten A bis C so zu, wie in Fig. 5 dargestellt, und taktet man die drei Teilketten A, B und C wieder mit dem 3-Phasen-Takt entsprechend den Taktsignalen a, b und c gemäß Fig. 3, dann gibt bei jedem Takt jeweils einer der drei Summierer Σ das richtige Ausgangssignal ab. Damit kann der Schalter S der Anordnung gemäß Fig. 2, der dort die falschen Ausgangssignale auszublenden hat, hier durch einen Multiplexer ersetzt werden, der im Rhythmus der Takt­ frequenz jeweils den Summierer mit dem richtigen Ausgangs­ signal über ein Bandpaßfilter auf den Ausgang durchschaltet. Das Transversalfilter gemäß Fig. 5 weist damit die Vorteile des Filters nach Fig. 2 auf, allerdings ist sein Ausgangs­ puls nicht gleichgerichtet.
Im folgenden soll eine Übersicht über die von Takt zu Takt an den Ausgängen der drei Summierer anfallenden Ausgangs­ signale gegeben werden:
Summierer 1:
U a 1= U e 1 · g 3 U a 2= U e 1 · g 3 + U e 2 · g 2 *U a 3= U e 1 · g 3 + U e 2 · g 2 + U e 3 · g 1 U a 4= U e 1 · g 6 + U e 2 · g 2 + U e 3 · g 1 + U e 4 · g 3 U a 5= U e 1 · g 6 + U e 2 · g 5 + U e 3 · g 1 + U e 4 · g 3 + U e 5 · g 2 *U a 6= U e 1 · g 6 + U e 2 · g 5 + U e 3 · g 4 + U e 4 · g 3 + U e 5 · g 2 + U e 6 · g 1 etc.
Summierer 2:
U a 1= U e 1 · g 2 *U a 2= U e 1 · g 2 + U e 2 · g 1 U a 3= U e 1 · g 2 + U e 2 · g 1 + U e 3 · g 3 U a 4= U e 1 · g 5 + U e 2 · g 1 + U e 3 · g 3 + U e 4 · g 2 *U a 5= U e 1 · g 5 + U e 2 · g 4 + U e 3 · g 3 + U e 4 · g 2 + U e 5 · g 1 U a 6= U e 1 · g 5 + U e 2 · g 4 + U e 3 · g 6 + U e 4 · g 2 + U e 5 · g 1 + U e 6 · g 3 etc.
Summierer 3:
*U a 1= U e 1 · g 1 U a 2= U e 1 · g 1 + U e 2 · g 3 U a 3= U e 1 · g 1 + U e 2 · g 3 + U e 3 · g 2 *U a 4= U e 1 · g 4 + U e 2 · g 3 + U e 3 · g 2 + U e 4 · g 1 U a 5= U e 1 · g 4 + U e 2 · g 6 + U e 3 · g 2 + U e 4 · g 1 + U e 5 · g 3 U a 6= U e 1 · g 4 + U e 2 · g 6 + U e 3 · g 5 + U e 4 · g 1 + U e 5 · g 3 + U e 6 · g 2. etc.
Die mit dem Symbol * versehenen Ausgangssignale leitet der Multiplexer an den Filterausgang weiter. Diese Ausgangs­ signale sind identisch mit den weiter oben angegebenen Aus­ gangssignalen des bekannten Transversalfilters nach Fig. 1.

Claims (5)

1. Transversalfilter zur Kompression frequenzmodulierter Pulse mit folgenden Merk­ malen:
  • a) das Filter besteht aus n eingangsseitig parallelgeschalteten Teilketten mit jeweils mehreren Anzapfungen,
  • b) die Anzapfungen sind über Gewichte in Form ohmscher Wider­ stände in einem Summierer zusammengefaßt,
  • c) die n Teilketten sind zyklisch nacheinander getaktet,
  • d) das Ausgangssignal des Summierers ist mittels eines Schalters nur während des Taktes der n-ten Teilkette und vor Beginn des nächsten Taktes für die erste Teilkette auf den Filter­ ausgang geschaltet.
2. Tranversalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilketten (A, B, C) als analoge, digital getaktete Schiebe­ register, vorzugsweise als CCD-Schieberegister (CCD = Charge Coupled Devices), ausgebildet sind (Fig. 2).
3. Transversalfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl n der Teilketten (A, B, C) gemäß der Beziehung p · n = a gewählt ist, wobei a das Verhältnis zwischen Abtastrate und Filtermittenfrequenz und p eine positive ganze Zahl, vorzugsweise p = 1, ist (Fig. 2).
4. Transversalfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jede Anzapfung (T) jeder Teilkette (A, B, C) jeweils n Gewichte parallel angeschlossen sind, daß n Summierer (Σ) vorgesehen sind, daß jede Anzapfung (T) jeder Teilkette (A, B, C) jeweils über ein anderes der n parallelge­ schalteten Gewichte an jeden der n Summierer (Σ) angeschlossen ist und daß die Summierer (Σ) ausgangsseitig an einen Multiplexer mit nachgeschaltetem Bandpaßfilter angeschlossen sind (Fig. 5).
5. Transversalfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einander entsprechende Gewichte einander in der Reihenfolge entsprechender Anzapfungen (T) der verschiedenen Teilketten (A, B, C) untereinander gleich sind und daß einander in der Reihen­ folge entsprechende Anzapfungen (T) der verschiedenen Teilketten (A, B, C) jeweils über ein anderes Gewicht an ein und denselben Summierer (Σ) angeschlossen sind und die Gewichte der ver­ schiedenen Teilketten (A, B, C) von Summierer zu Summierer zyklisch vertauscht sind (Fig. 5).
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