DE2919839C2 - Gerät zum Erfassen von zufallsweise empfangenen Funksignalen unbekannter Frequenzen - Google Patents
Gerät zum Erfassen von zufallsweise empfangenen Funksignalen unbekannter FrequenzenInfo
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Description
so
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Erfassen van
zufallsweise empfangenen Funksignalen unbekannter Frequenzen, die über ein vorbestimmtes Band von
Eingangsfrequenzen verteilt sind, mit Einrichtungen zum Mischen der Eingangssignale mit den Ausgangssignalen
eines Abtastfrequenz-Ortsoszillators und mindestens einem Bandpaß-Filterkanal am Ausgang der
Mischeinrichtungen.
Ein solches Gerät ist beispielsweise aus der US-PS 73 087 bekannt.
Es handelt sich dabei um Geräte zum Sammeln von
von einer Vielzahl von Stellen abgestrahlten Nachrichten und zum Verarbeiten dieser Nachrichten mit dem
Ziel, die darin enthaltenen Informationen zu gewinnen. Derartige Geräte finden in Funksystemen Anwendung,
zu denen eine Vielzahl von Funkbaken oder Erdefunkstellen
gehört, die iiuf einem Territorium verteilt angeordnet sind und die Nachrichten in digital
verschlüsselter Form mit Hilfe einer phasenmodJierten Trägerwelle abstrahlen, wobei die Nachrichten dazu
bestimmt sind, mittels eines Gerätes empangen zu werden, das von einem Satelliten getragen wird, der sich
über das Territorium bewegt, sei es, um die empfangenen
Nachrichten zu speichern, oder sei es, um die empfangenen Nachrichten wieder abzustrahlen.
Die von den einzelnen Baken ausgestrahlten Nachrichten gelangen zum Satelliten zufallsweise mit
unbekannter Trägerfrequenz, wobei das Gerat Mittel zur Frequenzabtastung eines Frequenzbandes besitzt,
innerhalb dessen die ausgestrahlten Trägerfrequenzen gelegen sind, und wobei das Gerät außerdem Signalverarbeitungseinheiten
mit einer Phasenschleife besitzt, um die Demodulation der Nachricht oder der Nachrichten
zu gewährleisten, die bei der Abtastung oder Spektralanalyse gewonnen wurde.
Die Erfindung zielt auf verschiedene Verbesserungen bei derartigen Geraten ab, um einen wirtschaftlichen
Betrieb bei einfachem Aufbau möglich zu machen und einen guten Wirkungsgrad zu erreichen.
Um eine Frequenzanalyse der innerhalb eines vorbestimmten Eingangsfrequenzbandes enthaltenen
Signale zu bewirken, ist es nfttig, eine Frequenzabtastung
dieses Bandes durchzuführen. Zu diesem Zweck kann man durch einen Bandpaßfilterkanal Signale
hindurchschicken, die sich aufgrund der Modulation der Eingangssignale beim Mischen mit Ausgangssignalen
eines Ortsoszillators veränderbarer Frequenz ergeben.
Durch Analysieren der Größen der Signalpegel am Ausgang des Filterkanals und Ermitteln der jedem
dieser Ausgangspegel zugehörigen Frequenz, laßt sich das Spektrum der Eingangssignale innerhalb dieses
vorgegebenen Frequenzbandes ermitteln.
Um diese Informationen im Hinblick auf das Sammeln von Nachrichten auswerten zu können, die
beispielsweise von Funkbaken ausgestrahlt und an Bord eines Satelliten empfangen werden, ist es zweckmäßig,
das Frequenzband der Eingangssignale mit großer Geschwindigkeit abzutasten und dabei gleichzeitig den
Wert der Frequenz des Ortsoszillators zu jedem Zeitpunkt zu verfolgen, und zwar mit ausreichend guter
Genauigkeit
Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, das den vorstehend erwähnten Anforderungen
bei kleinstmöglichem Einrichtungsaufwand, der für die Bandführung getrieben werden muß, gerecht wird,
insbesondere, wenn das Frequenzband der Eingangssignale verhältnismäßig breit ist.
Bei einem Gerät der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als
Ortsoszillator ein Frequenz-Synthesizer vorgesehen ist, dessen Eingang so programmierbar ist daß aufgrund
zugeführter Steuersignalwerte, die in nahe beieinanderliegenden Stufen aufeinanderfolgen, ein Abtastsignal am
Ausgang des Oszillators erzeugt wird, dessen Frequenz in schneller Folge innerhalb eines entsprechenden
Frequenzbereichs variiert, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Größen der aufeinanderfolgenden Werte
des Signalpegels am Ausgang des genannten Filterkanals zu ermitteln und eine Anzeige der Größe der
entsprechenden Frequenz zu liefern. Danach ist für die Spektralanalyse oder die Spektrumsabtastung für das
Einstellen des Geräts auf die Ausstrahlung einer Funkbake die Verwendung eines programmierbaren
Frequenz-Synthesizers vorgesehen, der in eine geschlossene Schleife eingreift, die einen Oszillator
enthält, dessen Frequenz spannungsgesteueri Ist.
Während man bislang versucht hat. zu diesem Zweck die Qualitäten eines Quarzoszillators auszunutzen,
wurde nun gefunden, daß der Fehler aufgrund der Abweichungen im Nachziehen des programmierten
Frequenz-Synthesizers geringer ist als der Fehler, der sich aufgrund der Drift bei einem Quarzoszillator und
aufgrund der Frequenzvervielfachung ergibt, wie sie bei einer Oszillatorsteuerung in einer offenen Schleife
unabdingbar ist
Die Erfindung ist an Geräte zum Beeinflussen einer Phasenschleife angepaßt, insbesondere für die Demodulation phasenmodulierter Signale, und findet insbesondere Anwendung für die Demodulation von Nachrichten, die innerhalb eines Frequenzbandes verteilte,
verschiedene Frequenzen haben können, die im Megahertzbereich oder im Bereich einiger zehn
Megahertz oder darüber gelegen sein können. Dabei bezieht sich die Erfindung auf Geräte mit mindestens
einer Phasenschleife zur Verarbeitung einer Nachricht, die in einem wirksamen Betriebszustand zugeführt wird,
durch Bestimmen der Frequenz einer unmodulierten Welle, die dem modulierten Teil der Nachricht
vorausgeht Die Erfindung ermöglicht es, eine gute Frequenzeinstellung der Schleife auf sehr schnelle
Weise zu erreichen, sowohl in dem vorausgehenden Betriebszustand, wo die Schleife sich auf die Trägerfrequenz der Modulation abstimmt, als auch in dem
wirksamen Betriebszustand, in dem die Schleife an der
Demodulation beteiligt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert
Die F i g. 1 bis 6 zeigen je ein Blockschaltbild einer von sechs verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung.
Ein radioelektrischer Empfänger 201 (Fig. 1), der
dazu bestimmt ist. Signale an einen Spektralanalysator und an Signalverarbeitungseinrichtungen zu liefern,
besitzt einen Eingang 202, dem die von einer Antenne 203 aufgefangenen Signale zugeführt werden. Sein
Ausgang 204 ist in zwei Schaltungszweige aufgeteilt, deren einer Schaltungszweig 205 den Eingang einer
Meßeinrichtung 206 zum Ermitteln des Pegels und der Frequenz der empfangenen Signale bildet und von
deren anderem Schaltungszweig 207 Kanäle 208i ... 208„ abzweigen, die zu Signalverarbeitungseinrichtungen 209i... 209A führen.
Der Aufbau des Empfängers 201, dessen Ausgang eine einzige Frequenz liefert, ist besonders einfach.
Es wird nunmehr auf F i g. 2 Bezug genommen. Die
von einem radioelektrischen Empfänger herkommenden Signale gelangen zu einem Eingang 211, an dem
über eine Leitung 212 ein Eingang 213 einer Mischstufe 214 angeschlossen ist Ein zweiter Eingang 215 der
Mischstufe 214 ist Ober eine Leitung 216 mit einer geschlossenen Schleife 217 verbunden, die einen
Oszillator 218, dessen Frequenz durch eine an seinem Eingang 219 angelegte Spannung gesteuert ist ein
Bandfilter 221 und einen Frequenzteiler 222 aufweist, der in nahe beieinanderliegenden Stufen programmierbar ist und zwar unter Einwirkung eines Sieuerprogramms 223, das über eine Leitung 224 zugeführt wird.
Die Schleife 217 weist auch einen Phasenkomparator 225 auf, dessen einer Eingang 226 einen Teil der Schleife
bildet und über dessen anderen Eingang 227 dem Phasenkomparator 225 eine ultrastabile Frequenz
zugeführt wird, die durch einen ultrastabilen Oszillator 228 erzeugt und über einen zwischengeschalteten
Frequenzteiler 229 zugeführt wird, der mit einem
festliegenden Divisionsfaktor arbeitet.
Die Frequenzabtastung wird mit Hilfe des programmierbaren Frequenzteilers 222 gesteuert
Der Wert der dem Eingang 215 der Mischstufe 214
zugeführten Frequenz hängt nicht von den Allerungsverhältnissen eines Oszillators ab. da es sich bei der
Genauigkeit um diejenige des ultrastabilen Oszillators 228 handelt welche ganz präzise aufrechterhalten wird
aufgrund der Verriegelung, welche die geschlossene
to Schleife 217 bietet
Ausgang 231 der Mischstufe 214 teilt sich in eine bestimmte Anzahl von Kanälen 232t ... 232n auf, in
denen jeweils in Hintereinanderfolgc ein Verstärker 233 und ein Filter 234 angeordnet sind, wobei die Anzahl der
der Bandbreite der Frequenzabtastung durch den
abzutastenden Spektrums, abhängig ist.
ein Filter 236 nachgcschaltct ist. und die Kanäle 232
werden durch einen Schalter 237 eine-' MuMif lcxschaltung 238 abgefragt die von einer von einer Sf quenzerschaltung 239 her kommenden Lei'ung 230 gesteuert ist
Die Sequenzerschaltung 239 ist über eine Leitung 240
zs mit dem ultrastabilen Oszillator 228 verbunden. Eine am Schalter 237 angeschlossene Leitung 24t bildet den
Eingang eines Analog/Digital-Wandlers 242, dessen Ausgang 243 Ober eine Leitung 244 mit einem
Steuerwerk 245 verbunden ist, das über ein« Leitung 246
Am Ausgang 247 des Steuerwerks 245 erscheinen in Aufeinanderfolge Wertepaare des Pegels N und der
Frequenz F, welche die durch die Abtastung des Spektrums ermittelte Information darstellen.
Diese Information kann dazu benutzt werden, um in
jedem Augenblick die Frequenzeinstellung einer Einrichtung 248 für die Verarbeitung der vom Eingang 211
stammenden Signale vorzunehmen, die Ober eine Leitung 249 zugeführt werden und die gleiche Frequenz
besitzen wie die dem Eingang 213 eingegebenen Signale.
Es wurde festgestellt, daß durch das Ersetzen des
piezoelektrischen Oszillators vom Typ VCXO, der eine Steuerung mit Hilfe eines Digitat/Analog-Wandlers
erforderlich macht und Teil einer offenen Schleife bildet durch einen Frequenzsynthesizer, der eine Mischstufe
über eine geschlossene Schleife beeinflußt welche einen Oszillator vom Typ VCO, d. h. einen nichtpiezoelektrischen Oszillator aufweist, man es, wie beschrieben,
vermag, die Schnelligkeit der Abtastung wesentlich zu
steigern, und iwar in einem Verhältnis, das von 1 bis 4
■gehen kann, während ansonsten alles unverändert
bleibt.
eines größeren Frequenzbereichs sicherzustellen, ind;m
man einen Frequenzsynthesizer einsetzt und nicht einen
bislang üblich war.
Μ des Pegels und der Frequenz werden die von einer
Antenne 251 aufgefangenen Signale zum Eingang 252 eines Empfängers 253 geführt Ausgang 254 des
Empfängers ist mit einem Eingang 255 eines Spektralanalysator 25S verbunden, dessen Ausgang 257 mit
einem Eingang 258 eines Steuerwerks 259 in Verbindung ist Dieses liefert an seinem Ausgang 261 eine
Information über die Stärke des Pegels und an lelnem Ausgang 262 eine Information über die Frequenz. Eine
19
Abzweigung 263 des Ausgangs 254 des Empfängers 253 teilt sich in eine bestimmte Anzahl von Kanälen 264i...
2f4„ auf, von denen jeder am Pingang 265 einer
zugeordneten Signalverarbeitungseinheit 266 angeschlossen ist deren Ausgänge 267t ... 267n an einer
Einrichtung zur Umgruppierung der Informationen oder einer Multiplexschaltung 268 angeschlossen sind.
Ausgang 269 dieser Multiplexschaltung ist mit einem Eingang 271 eines Rechners 272 verbunden, der an
seinem Ausgang 273 einen »mittleren zugeteilten Pegel« oder NA liefert, der dem Mittelwert der
n-verarbeiteten Informationen entspricht Der Mittelwert wird in einen Speicher oder ein Pufferregister 274
übergeführt, und der Mittelwert der darauffolgenden π-Informationen wird berechnet Der in den Speicher is
gegebene Wert wird in einem Komparator 275 mit einem Bezugs-Süttelwert für den zugeteiiten Pegel
verglichen, welcher Bezugs-Mittelwert von einer Bezugs-Signalquelle 276 geliefert wird. Das Ergebnis
dieses Vergleichs, das am Ausgang 277 des Komparators 275 erscheint, wird in einem Digital/Analog-Wandler 278 verarbeitet und, nach Verstärkung in einem
Verstärker 279, zum Eingang 281 des Empfängers 253 zugeführt, um desstn Verstärkung zu steuern.
Zusätzlich zum Wandler 278 und zum Verstärker 279 Ti
ist eine Summierschaltung 282 vorgesehen, die es ermöglicht durch Anlegen einer Polarisationsspannung
an ihrem Eingang 283 Prüfvorgänge durchzuführen.
Es wird nun auf Fig.4 Bezug genommen. Das
Eingangssignal einer Phasenschleife, die Teil einer » Einrichtung zur Verarbeitung phasenmodulierter Signale bildet, wird zum Eingang 301 einer ersftn Mischstufe
302 zugeführt, die Teil der Phasenschleife 300 bildet. Die Frequenz des an den Eingang 301 angelegten Signals ist
verhältnismäßig gering.
Im Fall von Signalen erhöhter Frequenz, die von einem Empfänger aufgefangen werden, weist dieser
eine Einrichtung zur Frequenzänderung auf, um das dem Eingang 301 zugefuhrte Signal auf eine Frequenz in der
Größenordnung von einigen zehn oder hundert kHz zu bringen.
Die Phascnschleife 300 weist einen Verstärker 303, ein Filter 304 vom Typ e.nes ÄC-Glieds, d.h. einen
Widerstand und einen Kondensator, einen Begrenzer 305, und einen Phasenkomparator 306 auf, dem übtr
einen Eingang 307 eine Bezugsfrequenz zugeführt wird, die von einem ultrastabilen Oszillator zur Verfügung
gestellt werden kann, der zu der Vorrichtung gehört Die Phasenschleife 300 setzt sich fort mit einem
Schlrifenfilter 308. Ein Schalter 309 ist zwischen einem so Ausgang 3t 1 des Phasenkomparator 306 und einem
Eingang 312 des Schleifenfilters 308 angeordnet Die Schleife weist einen spannungsgesteuerten Oszillator
313 auf, bei dem es sich prinzipiell um einen nichtpiezoelektrischen handelt dessen Ausgang 314 mit «
einen-, zweiten Eingang 315 der ersten Mischstufe 302
über einen Schaltungszweig 316 verbunden ist, in dem sich eine dritte Mischstufe 317 befindet. Am Eingang318
der letztgenannten Mischstufc ist ein Ausgang 319 eines
Frequcrizsynthesizers 321 angeschlossen, der über eine <x>
Leitung 322 mit einem Steuerwerk verbunden ist und an dessen Eingan»» 323 eine Bezugsfrequenz angelegt ist,
die von einem ultrastabilen Oszillator geliefert wird.
Eine Zweigleitung 324 kann durch den Schalter 309 wirksam gemacht werden, um eine Schleife 32a zu
bilden, die nicht nur das Schleifenfilter 308 und den Oszillator 313 enthält, sondern auch einen Komparator
126, dessen Eingang 327 mit dem Ausgang 314 des
Oszillators 313 verbunden ist und dessen Ausgang 328
über einen zvischengcschalteten Verstärker 329 mit dem Eingang 313 des Filters der Phasenschleife 300
verbunden ist wenn der Schalter 309 in der mit gestrichelter Linie angedeuteten SchaltstcUung ist
Wenn der Schalter 309 in der mit voll ausgezogener
Linie dargestellten Schaustellung ist dient die Phasenschleife 300 dazu, um die Phasenerfassung und die
Modulation sicherzustellen, wobei die von dem am Eingang 301 zugeführten Signal gttragene Information
am Ausgang 331 der Schleife zur Verfügung steht
Wenn der Schalter 309 in die mit gestrichelter Linie angedeutete Schaltstellung gebracht wird dann überführt die Bezugsfrequenz, die am Eingang 332 des
Komparator 326 angelegt wird, gegebenenfalls den Oszillator 313 in den Betriebszustand, der der
anderweitigen Funktion der Phasenschleife 300 entspricht
Es wird nun auf F i g. 5 Bezug genommen. Bei dieser Ausfuhrungsform, ähnlich wie bei der bereits beschriebenen Ausführung, bildet ein Oszillator 335 einen Teil
einer Phasenschleife 336. wobei er auch hier die Funktion des Oszillators des Frequenzsynthesizers 321
(F i g. 4) hat Der Oszillator bildet nicht nur einen Teil der Phasenschleife 336, sondern auch einer Schleife 337,
tu der ein programmierbarer Teiler 338 gehört dessen Eingang 339 mit einem Steuerwerk verbunden ist und
dessen Ausgang 341 mit dem Eingang 342 eines Phasenkomparator 343 verbunden ist an dessen
zweitem Eingang 344 eine Bezugsfrequenz angelegt ist die von einem ultrastabilen Oszillator geliefert wird Die
Schleife 337 weist außerdem einen Speicher 346 auf, der am Ausgang 345 des Phasenkomparator 343 über einen
Schalter 347 angeschlossen ist, aer, wei es schematisiert
mit einem gestrichelten Pfeil 348 angedeutet ist von dem Steuerwerk betätigt wild Ausgang 349 des
Speichers 346 ist mit eir.iit Eingang 351 eher
Summierschaltung 352 verbunden, die zwischen dem Schleifenfilter 308 und dem Oszillator 335 angeordnet
ist.
Wenn der Schalter 347 in der mit durchgezogener Linie eingezeichneten Schaltstellung ist wirkt die
Phasenschleife in gleicher Weise wie die Phasenschleife der zuvor beschriebenen Ausführungsform, so daß am
Ausgang 331 die Information der übermittelten Nachrichten zur Verfügung gestellt wird
Wenn der Schalter 347 in die mit gestrichelter Linie angedeutete Schaltstellung umgeschaltet wird speichert
der Speicher 346 den Spannungswert welcher im entsprechend-n Betriebszustand wo der Schalter 347 in
die mit ausgezogener Linie gezeichnete Schaltstellung gebracht wird dazu dient die Phasenschleife 336 in den
wirksamen Betriebszustand zu überführen.
Bei dieser Atisführungsform ist ein autonomer Oszillator für den Frequenz-Synthesizer nicht erforder
lieh.
Es wird nun auf F i g. 6 Bezug genommen. Bei dieser
Ausführungsform erhält ein Eingang 361 einer Mischstufe 362 ein Signa!, das eine erhöhte Frequenz haben
kann und von einem üblichen Empfänger geliefert wird,
der in einem Gerät vorhanden ist das in einem Satelliten zum Ansammeln und Verarbeiten von Informationen
dient, die von einer Mehrzahl von Funkbaken kommen. Eine Umsetzung der Frequenz erfolgt durch die
Mischstufe 362, die an ihrem zweiten Eingang 363 das Ausgangssignal eines Frequenz-Synthesizers 364 zugeführt bekommt der über seinen Eingang 365 von einem
Steuerwer!· gesteuert wird Eine Bezugsfrequenz, die
von einem ultrastabilen Oszillator stammt, wird an
einem zweiten Eingang 366 zugeführt Nach Durchgang durch ein Filter 367 wird das Signal mit umgesetzter
Frequenz, das am Ausgang 368 dieses Filters erscheint,
zu einer Phasenschleife 369 geführt, die von dem in F i g. 4 gezeigten Typ oder von dem in F i g. 5 gezeigten
Diese Ausführungsform ermöglicht es, die in F i g. 4 und 5 gezeigten Schaltungen zu verwenden, wenn das
Band, in dem die Signale auftreten, breit ist, wobei die
Verwendung eines Synthesizers es ermöglicht, am Ausgang ein schmaleres Frequenzband zu erzielen.
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Claims (6)
1. Gerät zum Erfassen von zufatlsweise empfangenen Funksignalen unbekannter Frequenzen, die über
ein vorbestimmtes Band von Eingangsfrequenzen s verteilt sind, mit Einrichtungen zum Mischen der
Eingangssignale mit den Ausgangssignalen eines Abtastfrequenz-Ortsoszillators und mindestens einem
Bandpaß-Filterkanal am Ausgang der Mischeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß
als Ortsoszillator ein Frequenzsynthesizer (217) vorgesehen ist, dessen Eingang (224) so programmierbar
ist, daß aufgrund zugeführter Steuersignalwerte, die in nahe beieinanderliegenden Stufen
aufeinanderfolgen, ein Abtastsignal am Ausgang is (216) des Oszillators erzeugt wird, dessen Frequenz
in schneller Folge innerhalb eines entsprechenden Frequenzbereichs variiert, und daß Mittel (238,242)
vorgesehen sind, um die Größen der aufeinanderfolgenden Werte des Signalpegels am Ausgang des
genannten Filterkanals zu ermitteln und eine Anzeige der Größe der entsprechenden Frequenz zu
liefern.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Mehrzahl von Bandpaß-Filterkanälen
(232 bis 232n) abgestufter Frequenzen besitzt, die am Ausgang der Mischeinrichtungen (214) zueinander
parallel geschaltet sind.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung (238) zum nacheinanderfolgenden
Ermitteln der Größe der Signalpegcl an den Ausgängen der Filterkanäle und zum Erzeugen
entsprechender Frequenzanzeigen aufweist
4. Gerät nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größen der
Signalpegel und der Frequenzen zur Frequenzeinstellung einer Verarbeitungseinrichtung (248) für die
empfangenen Signale dienen.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere zueinander parallel geschaltete *o
Verai beitungseinrichtungen für empfangene Signale besitzt.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es an Bord eines
Satelliten für die Erfassung von von Erdefunkstellen ausgesandten Signalen dient.
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