DE3244863A1

DE3244863A1 - Empfangs- und verstaerkungsanlage fuer elektromagnetische signale

Info

Publication number: DE3244863A1
Application number: DE19823244863
Authority: DE
Inventors: Robert H Asendorf; James Philip Fitzpatrick; Burton W Graves
Original assignee: Itek Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1981-12-03
Filing date: 1982-12-03
Publication date: 1983-06-16
Also published as: GB2110896A; GB2110896B; FR2517830A1; JPS58108468A; CA1194115A

Description

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Anmelder; ITEK CORPORATION

10 Maguire Road, Lexington, Massachusetts, U.S.A.

Bezeichnung der

Erfindung: Empfangs- und Verstärkungsanlage für elektromagnetische

Signale

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft Empfänger für elektromagnetische Signale und im speziellen eine Anlage, die in der Lage ist, empfangene Signale zu verarbeiten sowie Frequenz-Daten für Impulse kurzer und langer Dauer einschließlich Signale ungedämpfter Wellen (cw-signals) vorzusehen.

Bis heute sind zwei Arten vom Empfängern verfügbar, mit denen RF-Signale (Radio-Frequenz) verarbeitet werden können, wobei die Frequenz der empfangenen Signale bestimmt wird. Jedoch ist jeder dieser Empfänger sowohl mit Vorteilen, als auch mit Nachteilen behaftet. Keiner dieser Empfänger konnte in sich die erwünschten Vorteile beider Typen vereinen.

Beispielsweise wird der IFM-Empfänger (Verzögerungsfrei Frequenzmessender Empfänger) wie der ANAREN DFD Digital-Frequenz-Diskriminator, Modell 18260, der Firma Anaren Microwave Inc., Syracuse, New York, weithin verwendet, um die Frequenz empfangener RF-Signale insbesondere im Frequenz-Bereich

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von über 2 GHz bis über 6 GHz zu bestimmen. Damit ein solcher IFM-Empfänger richtig arbeitet ist es erforderlich, größere Amplituden-Schwankungen im Leistungspegel der empfangenen Signale zu unterdrücken. Dies kann beispielsweise in einem Begrenzungsverstärker (FET) wie dem AVANTEK AML-2000, erfolgen, der von der Avantek Inc., Santa Clara, CaI., vertrieben wird. Im Hinblick auf die folgende Beschreibung samt Ansprüchen wird betont, daß der Begriff IFM-Empfänger einen Begrenzungsverstärker beinhaltet, der den Leistungspegel (power level) des empfangenen Signals begrenzt.

Einer der besonderen Vorteile des IFM-Empfängers ist seine kurze Ansprechzeit, die es ermöglicht, die Frequenz der empfangenen Strahlen in digitaler Form innerhalb von 50 bis 250 Nanosekunden auszugeben. Ein weiterer Vorteil ist die große Bandbreite des IFM-Empfängers, die sich von unter 2 GHz bis über 6 GHz erstreckt} für Anwendungsfälle wie Freund-Feind-Erkennung, Anschnitt-Technik (counter measuring) und ähnliche militärische Belange ist die kurze Ansprechzeit und die große Bandbreite höchst wünschenswert und ein Hauptgrund für die Beliebtheit des IFM-Empfängers. Indessen gibt es auch einige einschränkende Nachteile. Hierzu gehören die Unfähigkeit, mehr als ein Signal gleichzeitig zu verarbeiten und das Aussondern jeweils des stärksten Signals für die Verarbeitung, wenn mehr als ein Signal gleichzeitig empfangen wird. Das Gerät unterdrückt also schwächere Signale, wenn ein "starkes" Signal mit großer Impulslänge bzw. ein CW-Signal (auf ungedämpfter Welle) empfangen wird. Es können also schwache, aber wichtige Signale großer Bedeutung unterdrückt werden, deren Empfang an sich die Hauptaufgabe des Gerätes ist. Ein weiterer Nachteil des

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IFM-Empfängers ist seine Unfähigkeit, Amplituden-Daten des empfangenen und verarbeiteten Signals zu liefern.

Der Vollständigkeit wegen wird erwähnt, daß der übliche IFM-Empfänger normalerweise mindestens drei Eingänge (inputs) und drei Ausgänge (outputs) aufweist, was indessen nur zum Teil für die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist. Die drei Inputs des IFM-Empfängers sind das received RF-signal (empfangenes Radiofrequenz-Signal), das DATA Read-Signal (Lies-Daten-Signal) und das DATA ACKNOWLEDGE-Signal (Daten-Bestätigung). Zur Ausgabe gelangen das DIGITAL FREQUENCY-Signal (Datenfrequenz), das SIGNAL PRESENT-Signal und das DATA READY-Signal (Fertig).

Ferner beinhaltet der IFM-Empfänger einen Schwellwertanzeigekreis, der einstellbar ist und verhindert, daß der Empfänger Signale verarbeitet, deren Amplitude tiefer als eine vorgegebene Schwelle liegt. Damit soll verhindert werden, daß der Empfänger auf ein "Geräusch" (noise) oder ein "geräuschähnliches" Signal anspricht. Durch letztgenannten Kreis erscheint eine SIGNAL PRESENT-Ausgabe nur, wenn das empfangene Signal oberhalb der gesetzten Schwelle liegt, so daß es verarbeitet werden und das DIGITAL FREQUENCY-Signal erscheinen kann. Das SIGNAL PRESENT-Signal tritt üblicherweise 50 Nanosekunden nach Empfangen eines RF-Slgnals in Erscheinung. Nach weiteren 50 bis 250 Nanosekunden ist das DIGITAL FREQUENCY-Signal bestimmt und in einem internen Speicher gespeichert, was üblicherweise durch das Erscheinen des DATA READY Signals angezeigt wird. Die Daten aus dem internen Speicher werden im allgemeinen

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auf Eingeben des Befehls DATA READ ausgegeben. Nach erfolgter Übertragung des Frequenz-Signals aus dem Speicher in einer weiter verwendenden Anlage erscheint das DATA ACKNOWLEDGE Signal, worauf der IFM-Empfanger derart eingestellt wird, daß weitere empfangene Signale empfangen werden können.

Nach dem IFM-Empf anger wurde als weiterer, jetzt viel benutzter Empfänger der IFT-Empfanger (Verzögerungsfreier Fourier-Wandler) entwickelt, z.B. das ITEK IFT Modell 200-1, das von der Applied Technology Division der Itek Corporation, Sunnyvale/Cal. vertrieben wird. Dieser Empfänger bedient sich eines HeNe Gas-Lasers in Verbindung mit einer akustooptischen Anlage, die aus den empfangenen Signalen Frequenz- und Amplituden-Messungen durchführt. Der Output aus dem IFT-Empf anger wird mittels einer linearen Anordnung von Photodetektoren erzielt. Abweichend vom IFM-Empfänger erhält man im Output die Höhen und Amplituden der jweiligen Frequenzen von mehreren gleichzeitigen Signalen.

Einer der größten Vorteile des IFT-Empf ängers ist somit seine Fähigkeit, die Frequenzen und Amplituden einer Anzahl gleichzeitig empfangener Signale zu messen. In solchen Fällen erfolgt also keine Signalunterdrückung. Vielmehr werden die Frequenz-Daten aller gleichzeitig empfangenen Signale gliefert. Aber die IFT-Bandbreite ist viel schmäler als beim IFM-Empänger und erstreckt sich üblicherweise nur über einen Bereich von 500 bis 1000 MHz. Infolge des. Verarbeitungs- und Ausgabeverfahrens ist auch die Output-Ansprechzeit beim IFT gegenüber dem IFM-Empfänger verhältnismäßig lang.

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Die vom IFT-Empfänger erhaltenen Daten haben Analog-Form in Bezug auf die Amplitude, üblicherweise werden die Daten in einen Analog/Digital-Wandler eingegeben, um Digitalwerte der Amplituden zu erhalten- Ferner wird die Frequenz-Information von der Photodetektor-Anordnung geliefert, so daß ein Rückformatieren erforderlich ist, um die gleiche Output-Form wie beim IFM-Empfänger zu erhalten, damit eine Weiterverarbeitung in einer nachgeschalteten Anlage möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine in der Richtung weiter entwickelte Empfangsund Verarbeitungsanlage für elektromagnetische Signale anzugeben, daß empfangene Informations-Signale mit einer großen Bandbreite sehr schnell ausgewertet werden können. In der weiterentwickelten Anlage sollen die schnelle Ansprechzeit und große Bandbreite des IFM-Empfängers mit der Möglichkeit der gleichzeitigen Erfassung mehrerer Frequenzen samt deren Amplituden Bestimmung wie beim IFT-Empfänger vorhanden sein.

Nach der im Anspruch 1 angegebenen Lösung liefert die Anlage Frequzenz-Informationen ohne Langimpuls-Dämpfung oder Unterdrückung von Signalen auf ungedämpften Wellen. Es werden Frequenz-Daten aller empfangener Signale geliefert, wie dies früher mit getrennten IFM- und IFT-Empfängern nicht möglich war.

Es sind die Vorteile beider genannten Empfängerarten vereinigt. Die neue Anlage arbeitet noch unter Bedingungen, bei denen die früheren Anlagen versagten.

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In vorteilhafter Weise erfolgen jetzt noch Anzeigen, wenn früher der IFM-Empfanger gleichzeitige oder überlappende Signale als unzuverlässig ausschied. Darüber hinaus spricht die Anlage auf aufgelistete Frequenz-Daten bestimmter gekannter Signale an. In einem derartigen Fall, nach Erkennen solcher FrequenzHpatenj, arbeitet die Anlage nach einem bestimmten vorgegebenen Programm.

Die neue Anlage beinhaltet einen Antennenkreis, der auf elektromagnetische Signale anspricht und RF-Signale liefert. Auf diese RF-Signale spricht ein IFM-Empf anger an und liefert zufolge von in den impfangenen RF-Signalen enthaltenen Frequenzen digitale Daten. Auf die erhaltenen RF-Signale spricht auch eine Impuls-Status-Einheit an und liefert ein ungedämpftes Signal (unblankig signal) nur dann wenn die Impuls-Weite eines erhaltenen RF-Signals größer Ist als eine vorgegebenen Weite. Auf die erhaltenen RF-Signale spricht ferner ein Mixer an, der Zwischen-Frequenz-Signale liefert. Diese Signale erhält ein weiterer Kreis, der die Signale um einen bestimmten Zeitinterwall verzögert. Auf die verzögerten Signale spricht ein IFT-Empf anger an und liefert auf Grund der in den verzögerten Signalen vorhandenen Frequzen Spektraldaten. Zwischen dem Verzögerungskreis und dem IFT-Empf anger liegt ein Ausblendkreis (blanking circuit) und tastet normalerweise ein hier auftretendes Signal aus. Indessen spricht der Ausblendkreis auf ein ungedämpftes (unblanking) Signal in der Art an, daß verzögerte Signale den IFT-Empfänger passieren, um normal verarbeitet zu werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigen:

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Fig.l ein schematisches Block-Schaubild des elektromagnetischen Signaiempfängers samt Verarbeitungsanlage und

Fig.2 die ImpulS'/Status-Einheit, gem. Fig.l, inter alia zum Steuern des "Austastens" (blanking) der Input-Signale für den IFT-Empfänger, als mehr detailliertes Block-Schaubild.

In Fig. 1 ist in Form eines Block-Schaubildes die Empfangs- und Verarbeitungsanlage für die elektromagnetische Signale dargestellt, welche zunächst eine geeignete Antenne 12 zum Empfangen interessierender elektromagnetischer RF (Radio-Frequenz-) Signale aufweist, die üblicherweise in einem Bereich von unter 2 GHz bis über 6 GHz liegen. Von der Antenne 12 aus gelangen die Signale zunächst zu einem herkömmlichen Signalteiler 14, der die Signale in drei Bereiche aufteilt, wovon je einer jeweils in eine Leitung bzw. Linie 16,18 bzw.20 gelangt. Linie ist mit einem herkömmlichen IFM-Empfänger 22 verbunden, der normalerweise, aber nicht unbedingt, zwei weitere Signal-Eingänge (inputs) aufweist, nämlich das DATA READ (Lies Daten) Signal über Leitung 24 und ein DATA ACKNOWLEDGE (Bestätige Dataeingabe) Signal über Linie 26. Der IFM-Empfanger hat ferner wie bereits erwähnt, drei Signal-Ausgänge (outputs) nämlich das DIGITAL FREQUENCY Signal auf Linie 28, das SIGNAL PRESENT Signal auf Linie 30 und das DATA READY Signal auf Linie 32. Das auf Linie 16 erhaltene Signal ist ein RF-Signal und das DIGITAL FREQUENCY-Signal auf Linie 28 ein mehrstelliges digitales Signal, das von einem internen Speicher im IFM-Empfänger stammt. Die übrigen Signale, nämlich DATA READY, DATA ACKNOWLEDGE, DATA READ und

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SIGNAL PRESENT sind alles wohlbekannte digitale Signale und entweder Null oder Eins.

Das empfangene RF-Signal wird auch in einen herkömmlichen Mischer oder Mixer 34 eingegeben, der seinerseits durch ein Mischer- Frequenzwahi-Netzwerk derart gesteuert wird, daS die Frequenzen empfangener RF-Signale, die im 2 bis 6 GHz-Bereich liegen, in einen niedrigeren Frequenzbereich, etwa um lOOO MHz, gewandelt werden, da übliche IFT-Empfänger nur in diesem Frequenzbereich arbeiten. Als typisch wandeln der Mixer 34 und das Mischer-Frequenzwahl-Netzwerk 36 die ankommende Frequenz in ein Band von 500 MHz um, das eine Mitte von etwa IGHz hat. Diese Abwärtswandlung der Frequenz des ankommenden RF-Signals ist dem Fachmann wohlbekannt und beinhaltet das Mischen zweier hochfrequenter Signale, um einen Output zu erhalten, der nach dem Heterodynprinzip in Einklang steht mit der Differenz der beiden Frequenzen.

Die herunter gewandelten RF-Signale werden dann via Leitung 38 in ein Verzögerungsglied 40 eingegeben, womit das Signal für den IFT-Empfänger um einen kurzen Zeitintervall, etwa 5 Mikrosekunden, verzögert wird» Das verzögerte Output-Signal wird dann durch Leitung 42 in einen Dämpfungs- und Ausblendkreis eingegeben, der ein übliches Dämpfungsglied mit einer Steuerleitung sein kann. Hierzu gehört ein passives Dämpfungsteil am Eingang und eine Logiksteuerung. Diese wird durch ein Steuersignal auf Leitung 46 beeinflußt, das von einem IFT-Logik- Ausblendkreis 48 erzeugt wird. Geeignet ist ein übliches QDER-Gatter. Das verzögerte Output-Signal aus dem Ausblend/Dämpfungskreis 44 wird dann

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im Falle eines Freigabe-Steuer-Signals auf Leitung 46, das den Kreis 44 öffnet, via Leitung 50 auf einen üblichen IFT-Empf anger 52 gegeben, um hier in bekannter¹ Weise aus den empfangenen Signalen Frequenz- und Amplituden-Daten zu bilden.

Das empfangene RF-Signal gelangt ferner über Linie 18 auf einen Impuls-Status-Kreis (PSU) 54, der mindestens zwei unterschiedliche Ausgangs-Signale erzeugt, nämlich ein SIMULTANEOUS SIGNAL DETECTOR Signal, hinfort als SSD-Signal bezeichnet, und ein PULSE WIDTH DISCRIMINATOR Signal, hinfort als PWD-Signal bezeichnet. Einzelheiten hierzu, insbesondere zum Kreis 54 werden später erläutert. In den Impuls-Status-Kreis 54 wird aus dem IFM-Empfanger 22 auch das SIGNAL PRESENT Signal eingegeben. Dieses wirkt als Freigabe-Signal für die vom PSU 54 gewonnenen Signale, wie noch erläutert wird.

Ein Ausgangs-Signal aus dem PSU 54, nämlich das PWD-Signal, dient zum Steuern des Ausblend/Dämpfungs-Kreises 44, so daß eine selektive Verarbeitung des verzögerten Signals durch den IFT-Empfänger 52 möglich ist. Bezüglich Steuerleitung bedeutet "freigeben" "nicht ausblenden" und "verhindern" bedeutet "ausblenden".

Außerdem ist ein Speicher 56 vorgesehen, der so ausgelegt ist, daß sich eine große Anzahl von Frequenzen in dem interessierenden Frequenzbereich aus dem empfangenem RF-Signal speichern läßt. Der Speicher 56 ist zweckmäßigerweise in zwei Bereiche aufgeteilt, in deren einem die Frequenzen gespeichert werden, die definitiv von Interesse sind und deren anderer die Frequenzen speichert, die definitiv ohne Interesse sind. Der Speicher 56 liefert ein Steuersignal, vorzugs-

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weise in Digital-Form, über Leitung 58 in den IFT Ausblend-Logik-Kreis 48, um in dem Falle einer interessierenden Frequenz einen Frei gäbe-Impuls zum Einblenden dieses Kreises, hingegen im Falle einer nicht interessierenden Frequenz einen Sperr-Impuls zum Ausblenden des Kreises zu bewirken. Auf diese Weise können nicht interessierende Frequenzen, die der IFM-Empfänger 22 empfangen hat, abgeblockt werden, so daß sie vom IFT-Empf anger 52 überhaupt nicht empfangen werden, oder wenn sie doch dorthin gelangen, daran gehindert werden, über die Memory-Ausgangslinie 60 zu einem Operator, einem Computer oder einer anderen nachgeschalteten Anlage zu gelangen, wo man sich eben der Freqquenz- und Amplituden-Information bedient, welche die neue Empfangsund Verarbeitungsanlage liefert.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß das digitale Frequenz-Output-Signal aus dem IFM-Empfänger via Output-Linien 28 und 62 in einen der Inputs des zugehörigen Speichers 56 eingegeben wird und daß die verschiedenen vom IFT-Empf anger 52 gelieferten Frequenz-Signale nach Umwandlung in digitale Form durch einen A/D Wandler-Kreis 64 durch die Leitung 66 gleichfalls in den Speicher 56 eingegeben werden. Obwohl die Output-Signale vom IFM-Empfänger auf Linie 28 verfügbar sind, ist nach einer bevorzugten Ausführung vorgesehen, diese Signale mittels des Speichers 56 zu überprüfen (screening), bevor sie durch die Output-Signal-Leitung 60 zur Weiterverarbeitung gegeben werden. Das gleiche trifft auf die mittels des IFT-Empfängers 52 entwickelten Frequenz-Daten zu, die an der Output-Linie 53 verfügbar sind, die aber gleichfalls vorzugsweise vom Speicher 56 "durchleuchtet" (screened) werden, bevor sie in die Linie 60

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zur weiteren Ausgabe gelangen.

Im Blockschaubild gemäß Fig.2 ist nun der Impuls-Status-Kreis (pulse status unit PSU) 54 mehr detailliert dargestellt. Der PSU-Kreis besteht zunächst aus einem Leistungssignalteiler (power signalsplitter PSS) 100, in den das über Leitung zugeführte RF-Signal eingegeben wird, um hier in zwei "Zweige" aufgespalten zu werden. Ein Teil gelangt in einen Mehrsignal-Detektor (simultaneous signal detector SSD) 102, der das SSD-Signal entwickelt. Der andere Teil wird in eine Kombination eines Schwellwert-Detektors (threshold signal detector TDS) 104 mit einem Impulsbreiten-Diskriminator (pulse with discriminator PWD) 106 eingegeben, wo ein SSD-Signal bzw. ein PWD-Signal entwickelt wird. Am Ausgangsende des PSU 54 gelangen die Outputs aus den eben erwähnten Unterkreisen in UND-Gatter 108 bzw.112, deren jedes durch ein SIGNAL PRESENT Signal vom IFM-Empfänger 22 via Leitung 30 einen Freigabe-Impuls erhalten kann. Im einzelnen wird das Output-Signal des UND-Gatters 108, das vom SSD 102 stammt, als SSD-Signal bezeichnet, hingegen das Output-Signal des UND-Gatters 112 vom PWD 106 als PWD-Signal.

Der Mehrsignal-Detektor SSD 102 beinhaltet nacheinander ein geeignetes Bandpaßfilter 114 für ein 2 bis 6 GHz breites Band, einen Homodyn-Detektor (Mischer) 116, welcher die Differenz-Frequenz zweier gleichzeitig empfangener Signale erzeugt, einen Tiefpaßfilter 118 mit einer Grenzfrequenz von 2 GHz, einen Video-Detektor und einen Hochleistungs-Komparator 122, der getriggert (ausgelöst) wird, wenn die Differenz zwischen zwei vom Bandpaßfilter 114 gleichzeitig erhaltenen

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Signalen 2 GHz oder weniger beträgt. Ein solches Triggern bewirkt ein digitales Output-Signal, das entweder hoch oder niedrig ist.

Es wird natürlich sofort erkannt, daß das Tiefpaßfilter den Frequenz-Abstand zwischen zwei beliebigen gleichzeitig auftretenden Ereignissen bestimmt, für die der Detektor 102 ein SSD-Signal liefert. Bei dem beschriebenen Detektor wird ein SSD-Signal nur erscheinen, wenn zwei gleichzeitig auftretende Ereignisse um nicht mehr als 2 GHz getrennt sind. Anders liegende Ausschalt-Werte des Tiefpaßfilters sind natürlich möglich.

Die Betriebsweise des SSD 102 ist folgendermaßen; Als erstes wird unterstellt, daß gleichzeitig zwei Impuls-Signale von 3 und 4 GHz aufscheinen, die beide das Bandpaßfilter 114 passieren und im Homodynedetektor 116 eine Differenz-Frequenz von 1 GHz erzeugen. Diese liegt unter dem Schwellwert des Tiefpaßfilters 118. Das 1 GHz-Signal wird vom Detektor 120 empfangen und triggert den Schwellwert-Verstärker 112, sofern die Amplitude ausreicht. Dies zeigt ein Simultan-Ereignis an und ergibt einen Output beim UND-Gatter 108.

Die Betriebsweise des Schwellwert-Detektors 104 sowie des Impulsweitendiskriminators 106 ist folgendermaßen:

Das empfangene Signal gelangt in den Video-Detektor 124» wo es bearbeitet wird. Es entsteht ein Video-Signal, das in einem Log-VF-Verstärker (log video amplifier) 126 eingespeist wird. Die empfangenen sowie verstärkten Video-Signale werden anschließend in einem Komparator 128 gegenüber einer einstellbaren

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Schwelle abgeglichen. Der Komparator 128 liefert ein digitales Output-Signal, das hoch ist für alle Signale, die größer als das Referenz-Signal sind. Wenn also der Output des Verstärkers 126 größer ist als der Input von der Bezugs-Schwelle, wird ein digitaler Output erhalten, der nach Passieren des UND-Gatters 110 ein TDS-Signal wird. Dieses TDS-Signal ist das erforderliche Input-Signal, um den Impulsbreitendiskriminator 106 derart zu beaufschlagen, daß ein zeitliches Ansprechen auf die ansteigende Flanke (des Impulses) eines empfangenen Signals sichergestellt wird.

Vom Impulsbreitendiskriminator 106 wird ein Signal nur empfangen, wenn der Schwellwertdetektor 104 einen hohen Output liefert. Dieser Output wird in zwei Kreise aufgeteilt. Einer davon beinhaltet einen monostabilen Multivibrator (one-shot) 130. Die Outputs aus beiden Kreisen gelangen in einen Komparator 132, der hier die ansteigenden Flanken der Impulse gegenüber dem Zeitintervall abgleicht, das vom monostabilen Multivibrator 130 vorgegeben wurde. Wenn die nacheilende Flanke des Impulses eintrifft, nachdem der one-shot 130 "gefeuert" hat, bewirkt der Komparator 132 einen negativen Output für Impulse mit einer Breite, die geringer ist als die Zyklus-Zeit des "one-shot" 130, hingegen einen positiven Output für Impulse mit einer größeren Breite als die erwähnte Zyklus-Zeit. Dieser Output wird sodann in eine Diode 134 eingegeben, welche das negative Signal ausmerzt. Der Output aus der Diode 134 wird in einen zweiten Komparator 136 eingegeben, der im Falle einee positiven Detektor-Outputs ein digitales Signal liefert.

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Anschließend wird die Betriebsweise der Empfangs- und Verarbeituhgsanlage für elektromagnetische Signale anhand diverser Eingangs-Signale -erläutert, welche die Antenne 12 empfangen kann. Des leichteren Verständnisses wegen werden sechs verschiedene Fälle durchgesprochen, deren jeder eine besondere Art empfangener Signale illustriert.

Beim ersten Fall wird angenommen, daß das empfangene Signal lediglich aus einem einzigen langen Impuls besteht; hierunter fällt auch ein CW-Signal (continuous wave = ungedämpfte Welle). Das empfangene Signal gelangt über Leitung 16 zum IFM-Empf anger 22. Unter der weiteren Annahme, daß das Signal oberhalb der niedersten Ansprech-Schwelle liegt, auf die der IFM-Empf anger eingestellt wurde, wird es von diesem verarbeitet. Etwa 50 Nanosekunden nach dem Empfang liefert der Empfänger das SIGNAL PRESENT Signal auf Linie 30 und etwa 50 bis 200 Nanoskunden später erscheint das DATA READY Signal auf Linie 32, was die Speicherung der Frequenz-Daten in digitaler Form in einem Ausgabe-Speicher anzeigt. Sofern der unverzügliche Transfer der Frequenz-Daten auf Linie 28 zur Eingabe in eine nachfolgende Anlage - wie noch zu erläutern gewünscht wird, gibt man ein DATA READ Signal auf Linie 24« Dies veranlaßt den IFM-Empf anger 22, die Frequenz-Daten frei zu geben. Sobald die Frequenz-Daten von einer nachfolgenden Anlage, z.B. einem nicht dargestellten Computer, empfangen wurden, bestätigt dieser den Empfang durch Senden des DATA ACKNOWLEDGEMENT Signals. Hierdurch wird der IFM-Empf anger 22 derart zurückgestellt, daß er das nächste empfangene Signal verarbeiten kann. In der Praxis - und im Hinblick auf spätere Teile dieser Beschreibung - kann der IFM-Empf anger

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derart abgewandelt sein, daß man auf das DATA READ Signal auf Linie 24 und auf das DATA ACKNOWLEDGEMENT Signal auf Linie 26 verzichtet und vielmehr die Frequenz-Daten überträgt, sobald sie verfügbar sind. Nach einer derartigen Datenübertragung stellt sich der Empfänger selbsttätig zurück, so daß er für den nächsten Schritt bereit ist. Das Langimpuls- bzw. CW-Signal gelangt zu gleicher Zeit auf den Impuls-Status-Kreis 54, in welchem der Schwellwert entwickelt wird und, falls oberhalb der Schwelle liegend, ein THRESHOLD DETECTION-Signal erzeugt und in den Impulsbreitendiskriminator 106 eingegeben wird. Dieser entscheidet, ob die Impulsbreite oberhalb oder unterhalb einer vorbestimmten Breite liegt. Durch Abgleichen des "one-shot"-Multivibrators 130 ist dieser Kreis eingestellt, um zwischen langen und kurzen Impulsen zu unterscheiden. Ein "high"-PWD-Signal entsteht nur, wenn die Impuls-Breite des empfangenen Signals breiter als die vorgegebenen Impulsbreite ist. In diesem Falle kann der Kreis 44 ausgeblendet werden. Im Hinblick auf diese Erfindung wird betont, daß das empfangene Signal auch ein "ungedämpftes" (CW) sein kann, wenn die Impulsbreite breiter als vorgegeben ist, da der PWD 106 lediglich zwischen Impulsen unterscheidet, die "kürzer" oder "langer" sind als eine vorgegebene Impulsbreite. Da bei diesem Beispiel angenommen wurde, daß das empfangene Signal "ungedämpft" (CW) oder mit "längerer" Impulsbreite als vorgegeben ist, gibt der Diskriminator 106 ein "hohes" PWD-Signal in den Logik-Kreis 112, Das empfangene Signal wird ferner über Leitung 20 in den Mischer 34 und in das Verzögerungsglied 40 eingegeben und hier um 5 Nanosekungden verzögert, um dem PSU 54 hinreichend Zeit für die Entscheidung zu geben, ob das empfangene Signal als "langer Impuls" oder als "kurzer Impuls" anzusehen ist. Auch kann

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das PWD-Steuersignal (bei 1Q6) gebildet werden, wodurch im Falle eines "langen" Impulses der Ausblend/Dämpfungskreis 44 "eintastet" (unbiankes). Da nach vorliegender Annahme ein "Langimpuls" bzw. ein CW-Signal vorliegt, wird ein PWD-Steuersignal gebildet, das den Kreis 44 öffnet. Damit kann das empfangene Signal passieren und zum IFT Empfänger 52 gelangen. Dieser verarbeitet das Signal zu einem Output, der die Frequenz und Amplituden-Daten d js empfangenen CW-Signales enthält. On anderer Weg wäre, daß der Impulsbrei tendiskriminator 106 ein ausblendendes Signal im Falle einer geringeren als der vorgegebenen Impulsbreite und ein einblendendes Signal im Falle einer größeren Impulsbreite gibt.

Nach einem zweiten angenommenen Fall ist das empfangene Signal lediglich ein kurzer Impuls. Dies bedeutet, daß die Impulsbreite geringer als vorgegeben ist. Somit ist das vom PSU 54 erhaltene PWD-Steuersignal logistisch derart, daß der Ausblendkreis 44 nicht ausgeblendet wird. Somit kann der kurze Impuls nicht zum IFT-Empfänger 52 gelangen. Der kurze Impuls gelangt aber über Linie 16 zum IFM-Empfänger 22. Dieser entwickelt mit der ihm eigenen Geschwindigkeit aus dem empfangenen Signal die entsprechenden Frequenz-Daten zur Speicherung im zugehörigen Output-Speicher. Desgleichen wird in Linie 30 ein PRESENT-Signal erscheinen. Da aber PSU 54 kein PWD-Signal bildet, das einen langen Impuls anzeigt, und auch Verzögerungsglied 40 hinreichend verzögert, um zu verhindern, daß der kurze Impuls vor der Bildung eines entsprechenden PWD-Signals den IFT-Empfänger 52 erreicht, kann dieser auf keinem Weg von dem empfangenen Signal erreicht werden.

Als dritter Fall wird angenommen, daß "bei CW" ein kurzer Impuls von "hoher"

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Amplitude oder ein langer Impuls bei "niedriger" Amplitude empfangen wird. Da es für den IFM-Empfänger 22 charakteristisch ist, lediglich das Signal mit höchster Amplitude auszusondern, ist eine weitere Annahme erforderlich, nämlich, daß beide empfangenen Signale die gleiche Eintritts-Kante (ansteigende Flanke) haben. Der IFM-Empfänger 22 wird auf den kurzen Impuls mit höherer Amplitude ansprechen und unverzüglich die entsprechenden Frequenz-Daten entwickeln. PSU 54 erhält gleichfalls beide Impulse und es entwickelt SSD 102 gleichzeitig ein Output-Signal, das anzeigt, daß mehr als ein Signal vorliegt. Dieses SSD-Signal zeigt an sich an, daß der Output aus dem IFM-Empfänger 22 nicht glaubwürdig ist, weil mehr als ein Impuls empfangen wurde. Aus diesem Grunde sollten die Frequenz-Daten verworfen werden. Dies trifft besonders zu, wenn der IFM-Empfänger 52 die Verarbeitung eines Impulses mit niederer Amplitude beginnt und ein Impuls mit höherer Amplitude aufscheint, bevor die Verarbeitung des Impulses mit niedrigerer Amplitude beendet ist. In einem solchen Falle schaltet der IFM-Empfänger 22 auf den Impuls mit höherer Amplitude und liefert ein unzuverlässiges Ergebnis. Außerdem entsteht im PSU 54 ein Anzeige-Signal eines kurzen Impulses, wodurch das Signal in Linie 20 daran gehindert wird, zum IFT-Empfanger 52 zu gelangen. Nach einer kurzen Zeit ist jedoch der kurze Impuls nicht mehr vorhanden. Statt dessen steht beim IFM-Empfänger 22 ein langer Impuls an. Es werden dann die Frequenz-Daten des langen Impulses verarbeitet und es erscheint ein SIGNAL PRESENT-Signal, während PSU 54 "Langimpuls"-Signale verarbeitet, so daß ein PWD-Signal dem Langimpuls-Signal ermöglicht, den IFT-Empfänger zu erreichen, wo der lange Impuls analysiert und entsprechende Frequenz-Daten erarbeitet werden.

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Nach einem vierten angenommenen Fall besteht ein empfangenes Signal aus mehreren langen Impulsen mit unterschiedlichen Amplituden. In diesem speziellen Fall liefert der IFM-Empfanger 22 im Hinblick auf den empfangenen langen Impuls mit höchster Amplitude Frequenzdaten und gibt ferner ein SIGNAL PRESENT-Signal auf Linie 30. PSU 54 stellt verschiedene lange Impulse fest und gibt ein PWD-Signal, wodurch das empfangene Signal zum IFT-Empfänger 52 gelangen kasnn. Unter der Annahme, daß alle Impulse in dem verhältnismäßig schmalen Band liegen, das der IFT-Empfänger verarbeiten kann, werden diese Impulse analysiert und die jeweiligen Frequenz- und Amplituden-Daten verarbeitet. In diesem Falle ist das SIGNAL PRESENT-Signal auf Linie 30 auch ein Anzeichen für die übrige Anlage, daß der IFM-Empfanger 22 arbeitet (BUSY), ein Signal vorliegt und es erforderlich ist, daß der IFT-Empfänger 52 alles annimmt, was empfangen wird. Mit anderen Worten wandelt ein "Stören" des IFM-Empf angers durch ein starkes CW-Signal das SIGNAL PRESENT-Signal in den Gleichwert eines BUSY-Signals. Da CW gleich einem langen Signal ist, öffnet es den Ausblendkreis 44, so daß kurze und lange Impulse und was sonst noch empfangen wird zum IFT-Empfänger 52 zum Analysieren geleitet werden, vorausgesetzt, daß die Länge des empfangenen Signals zur Analyse ausreicht.

Als fünfter Fall wird angenommen, daß das empfangene Signal verschiedenerlei kurze Impulse mit unterschiedlichen Amplituden beinhaltet. Die empfangene Strahlung wird zunächst vom IFM-Empf anger 22 verarbeitet. Da alle Impulse kurz sind, gibt der PSU-Kreis 54 keinen Freigabe-Impuls an den Ausblenkdreis 44; dadurch erreicht kein Impuls den IFT-Empfänger 52. Es ist hier anzumerken,

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daß der Mehrsignaldetektor SSD 102 ein logisches Output-Signal veranlaßt, wenn immer gleichzeitige Impulse erscheinen bzw. wenn diese dicht genug in einem vorgegebenen Zeitintervall liegen, um einem Verwender solcher Frequenzdaten anzuzeigen, daß diese Daten unzuverlässig sind. Wenn beispielsweise der erste vom IFM-Empfänger 22 zu verarbeitende Impuls eine "höhere" Amplitude und ein zweiter ankommender Impuls eine "niedere" Amplitude hat, gibt es kein Problem, weil der IFM-Empfänger 22 die Verarbeitung des Impulses höherer Amplitude fortsetzt und die Output-Daten zuverlässig sind. Wenn aber der IFM-Empfänger 22 zuerst einen Impuls niederer Amplitude empfangen hat als die "Höhe" des nachfolgend empfangenen Impulses, dann beginnt der IFM-Empfänger sofort nach Empfang des Impulses mit der höheren Amplitude mit der Verarbeitung dieses Impulses, wodurch die Daten unzuverlässig werden. Das SSD-Signal aus dem Impuls-Status-Krels 54 wird vorzugsweise in den IFM-Output-Speicher digital eingegeben. Diese digitale Eingabe kann bei der späteren Verarbeitung der Frequenz-Daten ausgelesen werden und gibt dem Anwender davon Kenntnis, daß die Daten unzuverlässig sind.

Als sechster und letzter Fall wird angenommen, daß das empfangene Signal verschiedene lange und kurze Impulse unterschiedlicher Amplituden beinhaltet. Dieser Fall kommt in der Praxis am häufigsten vor. In jedem Fall wird der IFM-Empfänger 22 den stärksten Impuls verarbeiten, unabhängig davon, ob es sich um einen langen oder kurzen Impuls handelt. Dementsprechend "stehen" die verschiedenen Impulse des empfangenen Signals "an", um vom IFM-Empfänger verarbeitet zu werden. Hierbei wird jederzeit der jeweils stärkste Impuls zunächst

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verarbeitet. Im Falle des gleichzeitigen Empfanges mehrerer Impulse entsteht ein SSD-Signal, das den Anwender davor warnt, daß die IFM-Frequenz-Daten unzuverlässig sein könnten. Zur gleichen Zeit erscheint, sobald ein Signal verarbeitet wird, auf Linie 30 ein SIGNAL PRESENT-Signal, was die verschiedenen UND-Gatter in dem Impuls-Status-Kreis 54 beaufschlagt. In gleicher Weise werden ständig PWD-Signale für lange Impulse entwickelt, solange die UND-Gatter beaufschlagt sind. Hierdurch wird der Ausblend/Dämpfungs-Kreis 44 so beaufschlagt, daß diese unterschiedlichen Impulse den IFT-Empfanger 52 für die weitere Verarbeitung erreichen. Wenn die vom IFM-Empfanger -22 ermittelte Frequenz von keinerlei Interesse und als solche in dem entsprechenden Speicher 56 gespeichert ist, gibt der Speicher über Output-Linie 58 an den Logik-Kreis 48 ein Signal, daß es sich hier um ein nichtinteressierendes Signal handelt. Hierdurch wird der Ausblend-Dämpfungs-Kreis 44 entsprechend beaufschlagt und verhindert eine Belastung des IFT-Empfängers 52 durch Verarbeitung unnötiger oder unerwünschter Daten. In gleicher Weise schließen Output-Signale vom Speicher 56 auf Linie 60 uninteressante Frequenzdaten aus. Diese können somit nicht über Linie 60 in eine nachgeschaltete Anlage gelangen. Unerwünschte Frequenzen sind somit zugunsten von mit Priorität zu verarbeitenden Frequenzen ausgeschlossen. Obwohl der Output-Kanal 60 nur als Signal-Linie dargestellt ist, wird dieser Kanal vorzugsweise durch zwei Linien gebildet, deren eine ausschließlich Frequenz-Daten von anerkannt wichtigen Frequenzen übermittelt, während die zweite Linie den Rest der Frequenz-Daten des empfangenen Signals übermittelt.

Die beschriebene Empfangs- und Verarbeitungs-Anlage für elektromagnetische

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Signale vereinigt in sich die meisten Vorteile des IFM-Empfängers, wie schnelle Verarbeitung und Bandbreite, mit den Vorteilen des IFT-Empfängers, wie Verararbeitung von Frquenzdaten von Mehrfach-Signalen und AmpUtuden-Information bezüglich der verschiedenen Signale. Zugleich ist die Anlage nicht störungsanfällig, da jeder Versuch, den IFM-Empfänger zu stören, ein SIGNAL PRESENT bewirkt; was bestimmte Logik-Kreise derart beaufschlagt, daß alle anderen Signale vom IFT-Empfänger empfangen und dann verarbeitet werden können.

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Claims

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Anmelder: ITEK CORPORATION

10 Maguire Road, Lexington, Massachusetts, U.S.A.

Bezeichnung der

Erfindung; Empfangs- und Verstärkungsanlage für elektromagnetische

Signale

Patentansprüche;

1. j Empfangs- und Verarbeitungsanlage für elektromagnetische Signale zum Liefern von Frequenz-Daten aus empfangenen Signalen, mit den Merkmalen; eine Antennen-Anlage (12), die auf elektromagnetische Signale anspricht und empfangene RF-Signale wetter gibt}

ein IFM-Empfänger (22), der auf die empfangenen RF-Signale anspricht, diese verarbeitet und aus in diesen vorhandenen Frequenzen digitale Daten liefert;

ein Impuls-Status-Krels (54), der auf die empfangenen RF-Signale anspricht und so aufgebaut ist, daß ein Einblend-Signal nur gebildet wird, wenn die Impuls-Breite eines empfangenen RF-Signals größer als eine vorbestimmte Breite ist;

ein Mischer (34), der in Abhängigkeit von den empfangenen RF-Signalen Zwischenfrequenz-Signale liefert;
ein Verzögerungsglied (40), das in Abhängigkeit von den Zwischenfre-

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quenz-Signalen solche Signale um einen vorbestimmten Zeit-Intervall verzögert;

ein IFT-Empf anger (52), der in Abhängigkeit von den verzögerten Signalen aus den in diesem vorhandenen Frequenzen Spektral-Daten liefert und ein Ausblend-Kreis (44), der zwischen dem Verzögerungs-Kreis (40) und dem IFT-Empfänger (52) liegend normalerweise ein hier zugeführtes Signal ausblendet, welcher Ausblendkreis auf ein Einblend-Signal anspricht und durch Einblend-Impuls den Ausblend-Kreis derart steuert, daß verzögerte Signale den IFT-Empfänger (52) zur weiteren Verarbeitung passieren.

Hierbei gelten die Merkmale IFM-Empfanger (22) und IFT-Emfpänger (52) als bekannt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls-Stätus-Kreis (54) einen Impuls-Breiten-Diskriminator (106) beinhaltet, der auf die führende Flanke eines Impulses aus den empfangenen RF-Signalen anspricht und derart wirkt, daß er das Auslaufen eines Zeitintervalls, welcher der vorbestimmten Impuls-Breite entspricht, vor dem Erscheinen der nachlaufenden Flanke des Impulses feststellt und der ein Einblendsignal nur erzeugt, wenn die nachlaufende Flanke nach Auslaufen des Zeitintervalls erscheint.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls-Status-Kreis (54) ferner einen Schwellwertdetektor (104) beinhaltet, der auf die Amplitude des empfangenen RF-Signales anspricht und derart wirkt, daß

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ein Schwellwert-Output-Signal nur auftritt, wenn die Amplitude des empfangenen RF-Signals größer als die vorgewählte Schwellwert-Amplitude ist, und daß durch das Output-Signal aus dem Schwellwertdetektor der Impuls-Breiten Diskriminator beaufschlagbar ist.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls-Status-Kreis (54) ferner einen Mehrsignaldetektor (102) beinhaltet,, der auf Signale unterschiedlicher Frequenzen anspricht und derart wirkt, daß er auf das Auftreten von wenigstens zwei Signalen unterschiedlicher Frequenz ein Detektor-Signal abgibt, und daß das Erscheinen eines solchen Detektor-Signals dem Anwender einen Hinweis auf die mögliche Unzuverlässigkeit der vom IFM-Empf anger erhaltenen digitalen Frequenz-Daten gibt.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendeinrichtung noch auf ein weiteres einblendendes Signal ansprechend ausgebildet ist, daß ein Speicher (56) vorgesehen ist, in dem eine Vielzahl ausgewählter Frequenzen gespeichert sind, und daß ein Kreis zum Abgleichen der vom IFM-Empfänger entwickelten Frequenzen mit den vorerwähnten ausgewählten Frequenzen sowie zum Erzeugen des Einblend-Signals nur bei fehlender Übereinstimmung eingebaut ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Logikkreis (48) eingebaut ist, der auf das Einblend-Signal und das weitere Einblend-Signal in der Art anspricht, daß der Ausblendkreis auf das Auftreten eines oder beider Ereignisse anspricht.

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7. Verfahren zum Empfangen und Verarbeiten elektromagnetischer Signale mit der Parallel-Kombination aus einem IFM-Empfänger und einem IFT-Empfänger zum Erzeugen von Frequenz-Daten aus den empfangenen elektromagnetischen Wellen, gekennzeichnet durch die Schritte:

Empfangen der elektromagnetischen Signale und Entwickeln der empfangenen RF-Signale;

Eingeben eines Teiles der empfangenen RF-Signale direkt in dem IFM-Empfänger zum Erzeugen digitaler Daten aus den in den empfangenen RF-Signalen enthaltenen Frequenzen;

Entscheiden, ob die Impuls-Breite der empfangenen RF-Signale eine vorgewählte Impuls-Breite übersteigt;

Umwandeln eines anderen Teiles der empfangenen RF-Signale in einen Zwischenfrequenzbereich, der mit den Input-Erfordernissen des IFT-Empfängers übereinstimmt;

Verzögerng der Zwischenfrequenzsignale um einen vorgewählten Zeitintervall, der nicht kleiner ist als der für die Impulsbreitenbestimmung erforderliche Zeitintervall; und

Eingeben des verzögerten Signals in den IFT-Empfänger zum Erzeugen der Spektraldaten aus den in verzögerten Signalen enthaltenen Frequenzen nur im Falle, daß die Impulsbreite des korrespondierenden RF-Signals die vorgewählte Impulsbreite übersteigt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Bestimmen der Impulsbreite via

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Feststellen der führenden Flanke des Impulses, Ermitteln, ob der vorbestimmte Zeitintervall früher ausläuft als die nachlaufende Flanke des Impulses feststellbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Feststellen ob dem Bestimmen der Impulsbreite der Schritt der Bestimmung der Impulsamplitude vorangeht und Bestimmen der Impulsbreite lediglich im Fall, daß die Amplitude einen vorgewählten Schwellwert übersteigt.

IQ. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die weiteren Schrittes Ermitteln der Differenz-Frequenz von gleichzeitig empfangenen RF-Signalen und

Entwickeln eines Simultan-Signales im Fall, daß die Differenz-Frequenz außerhalb des Frequenzbereiches der empfangenen und verarbeiteten Signale liegt und

eventuelles Anzeigen der Unzuverlässigkeit der abgeleiteten Frequenzdaten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Schrittes Speichern vorbestimmter Frequenzen in einem Speicher, Vergleichen der abgeleiteten Frequenzdaten mit den gespeicherten Frequenzen und

Eingeben eines abgeleiteten Signals in den IFT-Empfänger nur bei Fehlen einer Frequenzübereinstimmung.

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