DE2912342A1 - Impulsradargeraet mit doppler-auswertung - Google Patents

Description

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Impulsradargerät mit Doppler-Auswertung

Die Erfindung geht aus von einem Impulsradargerät mit Doppler-Auswertung, bei dem bei der Auswertung das Impulskompressionsprinzip angewandt wird. Derartige Radargeräte sind in der Literatur ausführlich beschrieben; z.B. in dem Buch "Radar Handbook" von M.J.Skolnik, McGraw-Hill-Verlag, New York, 1970.

Bei Impulsradargeräten hängt die Entfernungsauflösung von der Länge der abgestrahlten Impulse ab. Die maximale Reichweite 1st u.a. von der Spitzenleistung des Senders begrenzt. Zur "Erhöhung der Leistung" des abgestrahlten Impulses ist es bekannt, die Impulskompressionstechnik anzuwenden. Hierbei wird ein Impuls mit einer großen Länge T abgestrahlt und der Impuls wird auf geeignete Weise so moduliert, daß er eine große Bandbreite hat. Beim Empfang wird die Länge des empfangenen Impulses auf einen Wert τ << T komprimiert und die effektive Spitzenleistung des komprimierten Impulses erhöht sich im Verhältnis —· Die Modulationsfunktion sollte so gewählt sein, daß die Bandbreite des abgestrahlten Impulses gleich - , der Bandbreite des komprimierten Impulses, ist.

Bei solchen Radargeräten ist der Empfänger während der gesamten Sendezeit unwirksam geschaltet, was zur Folge hat, daß die Länge der Impulse, die von Zielen, die vom Radargerät nur eine geringe Entfernung haben, reflektiert werden, reduziert wird. Da bei der Signalverarbeitung insbesondere nach der Impulskompression - diese reduzierten

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Impulse eliminiert werden, werden Echoimpulse von Zielen, die sich in einem bestimmten Nahbereich um das Radargerät befinden, nicht erkannt. Die Impulskompressionstechnik wird normalerweise bei Radargeräten für große Reichweiten angewandt. Bei Radargeräten, bei denen eine große Reichweite erwünscht ist und bei denen trotzdem Ziele aus dem Nahbereich erkannt werden sollen, führt dies zu Schwierigkeiten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Impulsradargerät anzugeben, von dem lange Impulse abgestrahlt werden und mit dem die "Blindzone" um das Radargerät herum reduziert wird.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig.1 ein Blockschaltbild der Signal verkettungseinrichtung für ein Doppler-Radargerät, bei dem die Impulskompressionstechnik angewandt wird,

Fig.2 ein Beispiel für eine binäre Phasenmodulation mit einem Barker-Kode mit 13 Elementen,

Fig.3 ein Blockschaltbild für einen Teil des Empfängers, der zur Verarbeitung eines mit einem 13-Element Barker-Kode modulierten Impulses geeignet ist,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung, mit der

die neue parallele Signalverarbeitung möglich ist,

Fig.5 ein Blockschaltbild einer normalen Entfernungstorschaltung mit einem Korrelator,

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Fig.6 Impulsdiagramme für Echos, die von Zielen in verschiedenen Entfernungen verursacht werden,

Fig.7 Blockschaltbilder von Einrichtungen, mit denen die neue serielle Signalverarbeitung durchgeführt werden kann.

Die in dem Blockschaltbild der Fig.1 dargestellte Signalverarbeitungseinrichtung ist für ein kohärentes Doppier-Radargerät geeignet, bei dem bei der Auswertung die Impulskompressionstechnik angewandt wird und bei dem das empfangene Signal digital verarbeitet wird. Es ist ein Sender 1 vorgesehen, der über einen Duplexer 3 mit einer Antenne 2 verbunden 1st. Das von der Antenne 2 empfangene Signal wird über den Duplexer 3 und über eine Schutzschaltung oder einen Begrenzer 4 zu einem Empfänger 5 geleitet. Durch den Begrenzer 4 wird der Empfänger 5 während der Sendezeit geschützt. Der Empfänger enthält bekannte Einrichtungen zum Verstärken, Filtern und zur Frequenzumsetzung. Das Empfängerausgangssignal wird zu einem Synchron-Detektor geleitet, dem außerdem noch ein Referenzsignal Ref zugeführt wird. Das sich ergebende Videosignal wird über einen Abtast-Kodierer (A/D-Wandler) 7 zu einem Korrelator 8 geleitet, der den empfangenen Impuls komprimiert. Die Signale werden dann, bevor sie in zwei parallelen Kanälen verarbeitet werden, in einem Speicher 9 gespeichert. Der erste Kanal enthält ein Doppler-Filter 10, einen Schwellwert/Integrator 11, einen Speicher 13 und einen Digital/Analog-Wandler 15. Der zweite Kanal enthält einen Schwellwert/Integrator 12, einen Speicher 14 und einen logarithmischen Digital/Analog-Wandler 16,

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Die Signale der beiden Kanäle werden in einem Mischer 17 einander überlagert und dann zu einer Video-Signalverarbeitungseinrichtung geleitet.

Anhand der Figuren 2 und 3 wird das Prinzip der Impulskompression mit binärer Phasenmodulation näher erläutert. In der Fig.2a ist die unmodulierte Trägerwelle, in der Fig.2b ein 13-Element Barker-Kode und in der Fig.2c die mit diesem Kode modulierte Trägerwelle dargestellt. Während eines jeden Impulsteils ist die Phase des modulierten Trägers 0 oder π in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgenden Elementen des Binärkodes mit der Länge N=13. Der dem abgestrahlten Impuls angepaßte Empfänger oder Korrelator ist in der Fig.3 dargestellt. Er enthält eine Verzögerungsschaltung T, eine Gewichtungsschaltung R und eine Summier- schaltung S. Die Verzögerungsschaltung T mit der Länge N-1 erhält Abtastwerte des empfangenen Impulses und weist N Ausgänge auf. Die Ausgangssignale werden in der Gewichtungsschaltung R mit einem Signal, das dem abgestrahlten Signal entspricht, gewichtet. Die gewichteten Ausgangssignale r1 bis r13 werden dann der Summierschaltung S zugeführt, dessen Ausgangssignal ein komprimierter Impuls ist, der auf den Zeitbereich des 13.Elements des empfangenen Kodes komprimiert ist.

Wenn der abgestrahlte Radarimpuls eine Länge von 13 \xs hat, dann gehört der erste komplette Impuls, den das Radargerät empfängt, zu einem Echo, das gegenüber dem abgestrahlten Impuls um 13 us verzögert ist. Dies entspricht einem Ziel in 1950 m Entfernung. Es wurde bereits erwähnt, daß Echos von näheren Zielen von dem Korrelator eliminiert werden.

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Dadurch wird das Radargerät "blind" für eine kreisförmige Zone um das Radargerät herum, mit einem Radius von 1950 m. Dies ist der Fall, weil der Empfänger während der gesamten Impulssendezeit unwirksam geschaltet ist und somit Echos von Zielen aus der kreisförmigen Zone nicht in ihrer gesamten Länge empfangen werden. Deshalb werden bei dem neuen Radargerät unvollständige Impulse ermittelt und getrennt verarbeitet; sie werden dem Korrelator nicht zugeführt.

In der Fig.4 ist das Blockschaltbild einer Einrichtung, die verkürzte oder vollständige Kodes getrennt verarbeitet, dargestellt. Für den Fall, daß der abgestrahlte Impuls 13 ms lang ist, liegt die Länge des unvollständigen Impulses zwischen 1 und 12 ms, abhängig davon, in welcher Entfernung das Ziel innerhalb der genannten kreisförmigen Zone liegt.

Die verkürzten Kodes werden erkannt mittels Torschaltungen PE 1 bis PE 12. Die Torlängen sind 1 ys und schließen sich aneinander an. Jedes einzelne Tor entspricht einem Element des abgestrahlten Kodes. Wenn in einem gegebenen Tor ein Ziel liegt, dann wird ein Impuls abgegeben für eines der Elemente des Kodes. Das entsprechende Signal wird zu einem Doppler-Filter (FDE1, FDE2, ..., FDE12) geleitet, um Bewegtziele von Festzielen zu trennen. Die Doppler-Komponente wird gleichgerichtet {DE1, DE2, ..., DE12) und einer Schwellwertschaltung {SE1, SE2, ..., SE12) zugeführt. Die Ausgangssignale der Schwellwertschaltungen SE1 bis SE12 werden einer logischen Schaltung L zugeführt, die das Vorhandensein eines Ziels im Kten Tor anzeigt, wenn die ersten K Tore angeregt sind.

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Vollständige Impulse werden auf bekannte Weise mittels normaler Entfernungstore (C1, ..., C256) verarbeitet. Diese Entfernungstore bestehen aus Korrelatoren. Die Korrelatoren können die in der Fig.5 dargestellten sein. Der Korrelator oder ein übliches Entfernungstor - enthält eine Multiplizierschaltung M, der das Videosignal und ein Signal, das dem abgestrahlten Kode entspricht und um die entsprechende Zeit verzögert ist, zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung M wird einer Summierschaltung SO zugeführt, die die so gewichteten Signale im Takt des Taktsignals HO aufsummiert. Die Verzögerung des Signals RE, das dem abgestrahlten Kode entspricht, variiert von einem normalen Entfernungstor zum anderen. Jedem Korrelator sind ein Doppler-Pilter (FDN1, ..., FDN256), ein Gleichrichter (DN1, ..., DN256) und eine Schwellwertschaltung CSN1, ..., SN256) nachgeschaltet.

In den Fig.6a bis 6n sind Diagramme für Echos von Zielen in verschiedenen Entfernungen dargestellt. Es sind Ziele innerhalb, an der Grenze und außerhalb der "Blindzone" des Radargerätes angenommen. In der Fig.6a ist eine Zeit- und Entfernungsskala angegeben. In der Fig.6b ist ein Impuls dargestellt, der zur Zeit t=0 abgestrahlt wurde. Es zeigen weiterhin die Fig.6c bis 6e: empfangene bzw. bereits verarbeitete Signale, die einem Ziel in 150 m zugeordnet sind; bei den Fig.6f bis 6h, 6i bis 6k und 61 bis 6n sind die Zielentfernungen 900 m, 1950 m und 4200 m. Der Impuls, der von einem Ziel in 150 m Entfernung reflektiert wird, ist gegenüber dem abgestrahlten Impuls um 1 ys verschoben (Fig.6c).

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Somit wird nur das erste Tor PE1 aktiviert und es wird ein Impulsteil, der dem 13.Element des Kodes (Fig.6d) entspricht, zu der logischen Schaltung L-geleitet, die zu dem entsprechenden Zeitpunkt einen Impuls abgibt (Fig.6e) Bei einem Ziel in 9OO m Entfernung ist der empfangene Impuls (Fig.6f) um 6 με gegenüber dem abgestrahlten Impuls verschoben. Es werden dementsprechend die ersten sechs Tore PE1 bis PE6 aktiviert und die Teilimpulse entsprechen den Elementen 8 bis 13 (Flg.6g); sie werden der logischen Schaltung L zugeführt, die zum Zeitpunkt des letzten Teilimpulses (Fig.6h) einen Impuls abgibt. Wenn sich das Ziel in 1950 m Entfernung befindet, ist der empfangene Impuls vollständig und das erste normale Entfernungstor oder der erste Korrelator Ci,der auch das dem abgestrahlten Signale entsprechende, jedoch um 13 us verzögerte Signal erhält, gibt einen komprimierten Impuls (Fig.6k) ab. Dieser komprimierte Impuls wird über das Doppler-Filter FDN1 dem Gleichrichter DN1 und danach der Schwellwertschaltung SN1 zugeführt. Das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung SN1 wird ebenfalls der logischen Schaltung L zugeführt.

Wenn das erste normale Tor aktiviert ist, dann sind auch die Tore PE1 bis PE12 aktiviert. Es ist jedoch nicht wünschenswert, daß die logische Schaltung L zu dem dem Tor PE12 zugeordneten Zeitpunkt einen Impuls abgibt, wenn der erste Korrelator C1 angeregt ist. Deshalb wird die Information "im Bereich des ersten Korrelators CI ist ein Ziel vorhanden" auch der logischen Schaltung L zugeführt, die, wenn diese Information vorhanden ist, keinen Impuls abgbit, der dem zwölften Tor PE12 zugeordnet ist.

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Es entsteht ein Problem, wenn die zwölf Tore PE1 bis PE12 und einer der Korrelatoren C2 bis C12 zur selben Zeit aktiviert sind. In diesem Fall sind mindestens zwei Ziele vorhanden, von denen mindestens eines in der Blindzone des Radargerätes liegt. Die Entfernung des nahen Ziels kann dann nicht ermittelt werden. Es wird angenommen, daß der Xte Korrelator CX und die zwölf Tore PE1 bis PE12 aktiviert sind; dann weiß man, daß mindestens ein Ziel in einer Entfernung zwischen (X-1)x150 m und 1800 m vorhanden ist. Die logische Schaltung konnte in diesem Fall zu dem Zeitpunkt einen Impuls liefern, der der kürzesten Entfernung, nämlich (X-1)x 150 m entspricht. Diese Unbestimmtheit ist jedoch nicht besonders störend, weil sich die empfangenen Impulse, die von Bewegtzielen reflektiert werden, nur für eine kurze Zeit überlappen und die genaue Entfernungsinformation für das nahe Ziel geliefert werden kann sobald die Echos getrennt sind.

Ein Echo für ein Ziel in 4200 m Entfernung ist in den Fig.61 bis 6n dargestellt. Der empfangene Impuls (Fig.61) ist gegenüber dem vollständigen Impuls um 28 ys verschoben. Es wird der Korrelator C29 aktiviert und dieser gibt einen komprimierten Impuls (Fig.6n) ab zum Zeitpunkt des 13.Elements des empfangenen Kodes. Die Information "Bewegtziel vorhanden", die von der logischen Schaltung L und/oder den Korrelatoren C1 bis C256 abgegeben wird, wird dann auf die übliche Weise verarbeitet in Übereinstimmung mit der Einrichtung nach Fig.1. Die vertikalen Pfeile, die in den Fig.6e, 6h, 6k und 6n dargestellt sind, geben die Zeitbasis für den Empfänger an. Die Empfängerzeitskala ist somit um 12 ys gegenüber der in Fig.6a dargestellten Senderzeitskala verschoben.

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Die Fig.7 und 8 enthalten Blockschaltbilder für zwei weitere Ausgestaltungen der Schaltung zum unterschiedlichen Verarbeiten von verkürzten und vollständigen. Kodes. Hier erfolgt im Gegensatz zu dem Beispiel nach Fig.4 eine serielle Signalverarbeitung. Bei der in Fig.7 dargestellten Variante wird das Videosignal nach Abtastung und Kodierung dem Eingang EC1 zugeführt. Während dem Zeitintervall, das den zwölf Toren entspricht, werden die empfangenen Kodes gleichzeitig einem Korrelator (T1, R1, S1) und einem digitalen Doppler-Filter FD1 zugeführt, dessen Ausgangssignal einer logischen Schaltung L1 zugeführt wird. Während des Zeitintervalls, das dem 13.Tor entspricht, wird das Ausgangssignal des Korrelators diesem digitalen Doppler-Filter DF1 zugeführt, und dessen Ausgangssignal ist am Ausgang SP1 nach einer Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungsschaltung D bestimmt ist, vorhanden. Bei diesem Beispiel wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß am Ausgang des Korrelators Daten nur zum Zeitpunkt des 13.Elements des empfangenen Kodes vorhanden sind. Somit steht die Zeit zur Verfügung, die notwendig ist, um unvollständige Kodes zu verarbeiten. Der verwendete Korrelator ist ähnlich dem in Fig.3 dargestellten. Er enthält ein Schieberegister T1, dessen 13 Ausgangssignale nach Gewichtung in der Gewichtungsschaltung R1 der Summierschaltung S1 zugeführt werden. Wie bei der parallel arbeitenden Anordnung ist es Aufgabe der logischen Schaltung L, den Wert des letzten angeregten Tores abzugeben, wenn die ersten K Tore aktiviert sind. Wenn, wie oben erwähnt, die ersten zwölf Tore aktiviert sind, sollte die logische Schaltung nur dann eine Information abgeben, wenn das 13.Tor nicht auch noch aktiviert ist. Es ist

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deshalb in Ordnung, der logischen Schaltung L1 eine Entscheidung zu überlassen, daß die vom Korrelator abgegebene Information verzögert wird (Schaltung D). Die Ablaufsteuerung des Systems ist gesteuert durch Taktsignale, die genau die Stellung der Schalter 11 und 12 in Fig.7 festlegen. In Fig.7 sind die Schalter in der Position dargestellt, bei der verkürzte Impulse analysiert werden.

Die Einrichtung nach der Fig.8 ist eine Variante der seriell arbeitenden Einrichtung, bei der das kodierte Videosignal, das dem Eingang EC2 zugeführt wird, zunächst in dem digitalen Doppler-Filter FD2 gefiltert und dann einem Schieberegister T2 zugeführt wird. Die Ausgangssignale des Schieberegisters T2 werden einerseits einem Korrelator CR und andererseits einer logischen Schaltung L2 zugeführt. Die logische Schaltung gibt gegebenenfalls Daten ab, die das Vorhandensein eines Ziels anzeigen und zwar zugeordnet einem Zeitpunkt eines der zwölf Tore undder Korrelator gibt gegebenenfalls Daten ab, die das Vorhandensein eines Ziels anzeigen und zwar zugeordnet dem Zeitpunkt des dreizehnten Tores oder einem Zeitpunkt eines der nachfolgenden normalen Tore.

Die Einrichtung nach Fig.8 hat gegenüber der Einrichtung nach Fig.7 den Vorteil, daß das Doppler-Filter - wenn es vor dem Korrelator angeordnet ist - mit einer kleineren Zahl von Binär-Elementen arbeiten kann, als wenn es nach dem Korrelator angeordnet ist. Dadurch wird diese Einrichtung billiger. Ea werden natürlich Daten, die das Vorhandensein eines Ziels in einem der ersten Tore oder in einem der normalen Tore am Ausgang SP2 angeben, im Zeitmultiplex abgegeben.

Sie werden dann auf allgemein bekannte Weise weiterverarbeitet.

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COPY

Claims (7)

1. Patentanwalt
   Dipl.-Phys.Leo Thul
   Kurze Str.8
   7 Stuttgart 30

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   INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

   Patentansprüche

   Impulsradargerät mit Doppler-Auswertung, bei dem bei der Auswertung das Impulskompressionsprinzip angewandt wird und bei dem während des Sendens der Empfänger unwirksam geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß unvollständig empfangene Impulse erkannt werden und daß vollständige und unvollständige Impulse getrennt verarbeitet werden.
2. 2. Impulsradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestrahlten Impulse moduliert sind mit einem Binärkode mit N Elementen.
3. 3. Impulsradargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für aneinander anschließende Entfernungsbereiche N-1 erste Torschaltungen (PE) vorgesehen sind, daß diese ersten Torschaltungen jeweils einem Element des Modulationskodes zugeordnet sind, daß für weitere aneinander anschließende Entfernungsbereiche P zweite Torschaltungen (C) vorgesehen sind, daß diese zweiten Torschaltungen in an sich bekannter Weise jeweils einem vollständigen Impuls zugeordnet sind, daß diesen N + P - 1 ersten und zweiten Torschaltungen das Radarsignai nach kohärenter Gleichrichtung zugeführt wird,

   Sm/Sch

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   daß die Ausgangssignale der ersten Entfernungstore (PE)
   zunächst einer ersten Einrichtung, bestehend aus Doppier-Filter (FDE), Gleichrichter (DE) und Schwellwertschaltung (SE) und dann einer logischen Schaltung (L) zugeführt werden, daß die logische Schaltung (L) Daten abgibt, die das Vorhandensein eines Ziels anzeigen und zwar zu einem Zeitpunkt, der der Aktivierung der Kten ersten Torschaltung
   nach Aktivierung der ersten K ersten Torschaltungen zugeordnet ist, daß das Ausgangssignal einer jeden der zweiten Torschaltungen (C), die aus einem Korrelator bestehen, dem zusätzlich ein Signal zugeführt wird, das dem abgestrahlten Kode entspricht, jeweils einer zweiten Einrichtung, bestehend aus Doppler-Filter (FDN), Gleichrichter (DN) und Schwellwertschaltung (SN) zugeführt wird, und daß die Daten, die die logische Schaltung (L) liefert, zu den Daten, die von den zweiten Torschaltungen abgegeben werden, hinzugefügt
   werden.
4. 4. Impulsradargerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zweiten Torschaltungen (C) oder Korrelatoren eine Multiplizierschaltung (M) enthält, die das Produkt
   bildet aus dem empfangenen Radarsignal und einem Signal,

   das dem abgestrahlten Kode entspricht, und daß eine Summierschaltung (50) vorgesehen ist, die die mittels der Muliplizierschaltung gewichteten Abtastwerte summiert.
5. 5. Impulsradargerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der zweiten Einrichtungen (FDN, DN, SN), die den Ausgangssignalen der an sich bekannten Entfernungstorschaltungen entsprechen und die möglicherweise die Ausgangssignale der N-1 ersten Torschaltungen (PE) teilweise

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   oder vollständig überlappen, ebenfalls der logischen Schaltung (L) zugeführt werden, die einen Impuls zu dem Zeitpunkt abgibt, der der (X-1)ten ersteh Torschaltung entspricht, wenn N erste Torschaltungen und die Xte zweite Torschaltung aktiviert sind, wobei X zwischen 1 und H-1 liegt.
6. 6. Impulsradargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal nach kohärenter Gleichrichtung abgetastet wird und zwar in Intervallen, die der Dauer eines Elementes des Kodes entsprechen, daß jeder Abtastwert kodiert ist, daß die kodierten Abtastwerte einem Korrelator (T1, R1g S1) zugeführt werden, daß sie gleichzeitig während des Zeitintervalls, das den N-1 ersten Elementen des Binär-Kodes entspricht, einem digitalen Doppler-Filter (PD1) zugeführt werden, daß dann das digitale Filter mit dem Ausgang des Korrelators verbunden ist, daß Daten, die das Vorhandensein eines Ziels anzeigen, entweder am Ausgang der logischen Schaltung (L1), die mit dem Ausgang des Doppler-Filters (FD1) verbunden ist, oder am Ausgang der Verzögerungsschaltung (D), die mit dem Ausgang des Doppier-Filters (FDl) verbunden ist, wenn dieses Doppler-Filter mit dem Ausgang des Korrelators verbunden ist, abgegeben werden, und daß die logische Schaltung einen Impuls zu dem Zeitpunkt abgibt, der dem letzten Element des empfangenen verkürzten Kodes zugeordnet ist.
7. 7. Impulsradargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Videosignal nach kohärenter Gleichrichtung abgetastet wird und zwar in Intervallen, die der Dauer eines Elementes des Kodes entsprechen, daß jeder Abtastwert

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   kodiert ist, daß die kodierten Abtastwerte einem digitalen Doppler-Filter (FD2) zugeführt werden, dessen Ausgangssignal einem Schieberegister (T2) mit mehreren Ausgängen zugeführt wird, daß die Ausgangssignale des Schieberegisters einerseits einer logischen Schaltung (L2), die zu dem Zeitpunkt, der einem empfangenen verkürzten Kode zugeordnet ist, einen Impuls abgibt, und andererseits einem Korrelator (CR), der auf jeden vollständig empfangenen Kode einen komprimierten Impuls abgibt, zugeführt wird.

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