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Funküberwachungssystem
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Funküberwachungssystem, bestehend
aus wenigstens einem wahlweise für Suchlauf oder Signalüberwachung steuerbaren,
eingangsseitig mit einer Antenne verbundenen Überlagerungsempfänger, einem dem Empfänger
nachgeschalteten Modulationsanalysator, Einrichtungen zur Anzeige bzw. Aufzeichnung
sowie Mittel zur Steuerung des Betriebsablaufes des Systems, bei dem die Modulationsanalyse
eines vom Überlagerungsempfänger erfaßten Signals über die Gewinnung von Signalgrundkriterien
in Verbindung mit einem Vergleich eines aus dem empfangenen Signal mittels eines
Histogrammgenerators gewonnenen Häufigkeitsmusters mit für die verschiedenen Modulationsarten
charakteristischen, in einem Speicher abgespeicherten Standardhäufigkeitsmustern
erfolgt.
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Funküberwachungssysteme dieser Art sind beispielsweise durch die DE-OS
31 06 037 bekannt. Sie dienen der Aufklärung und der Erfassung von im allgemeinen
unbekannten Funksignalen, die nach ihrer Entdeckung im Rahmen eines Suchlaufes des
Überlagerungsempfängers anschliessend auf ihre Signalart und Zusammensetzung untersucht
und ausgewertet werden.
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Durch die DE-OS 25 55 248 ist es auch bereits bekannt, die Modulation
eines erfaßten Signals automatisch mit
einer Analyseeinrichtung
zu ermitteln. Hierzu werden zunächst in einer Vorerkennungsschaltung, die aus Filtern
und Begrenzern besteht, Signalgrundkriterien abgeleitet, die nach ihrer Codierung
in Zwischenspeichern für die Auswertung durch eine Rechenschaltung verfügbar sind.
Die Rechenschaltung benutzt die Signalgrundkriterien, um hieraus mehrdimensionale
Klassifizierungsvektoren zu bilden und dann mit diesen Klassifizierungsvektoren
Momentanhäufigkeitsmuster aufzubauen. Diese Momentanhäufigkeitsmuster werden dann
mit gespeicherten charakteristischen Momentanhäufigkeitsmustern für bekannte Signalzusammensetzungen
verglichen und bei Übereinstimmung bzw. Ähnlichkeit dieser Häufigkeitsmuster über
eine Ausgabeschaltung ein die Modulationsart des analysierten Signals angebendes
Ausgangssignal erzeugt.
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Diese Art der Modulationsanalyse, bei der die Momentanhäufigkeitsmuster
über Signalgrundkriterien erzeugt werden, ist relativ ungenau und bedingt darüber
hinaus einen relativ großen rechnerischen Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Funküberwachungssystem
der einleitend geschilderten Art einen weiteren, in Realzeit arbeitenden automatischen
Modulationsanalysator anzugeben, der bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit sehr genau
arbeitet und eine Vielzahl von unterschiedlichen Modulationsarten exakt zu ermitteln
vermag.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Modulationsanalysator
neben einer Steuer- und Auswerteschaltung für die Modulationsanalyse einen hiervon
gesteuerten, Korrelationseigenschaften aufweisenden Signaldetektor und einen ebenfalls
hiervon gesteuerten hoch auflösenden Spektralanalysator aufweist und daß der Spektralanalysator
das ihm eingangsseitig zugeführte Signal in der Breite eines Sprachkanals fre-
quenzmäßig
periodisch abtastet und die jeweils einem Frequenzintervall zugehörigen Abtastwerte
an den Histogrammgenerator abgibt, der gleichzeitig aus dem erzeugten Signalhäufigkeitsmuster
die Signalgrundkriterien gewinnt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich mit Hilfe der
Abtastwerte eines frequenzmmäßig abgetasteten Signals unmittelbar Signalhäufungsmuster
für den Vergleich mit Standardhäufigkeitsmustern erzeugen lässen und daß weiterhin
die aus einem solchen Signalhäufigkeitsmuster abgeleiteten Signalgrundkriterien
für die Erkennung der Signalart unmittelbar ausgewertet werden können. Weiterhin
ermöglicht der dem Modulationsanalysator zugeordnete, Korrelationseigenschaften
aufweisende Signaldetektor, daß der Spektralanalysator nur solche Signale auswertet,
die anwesend sind.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen
2 bis 8 angegeben.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll
die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Funküberwachungssystems mit einem Modulationsanalysator
nach der Erfinddung, Fig. 2 das Blockschaltbild eines Signaldetektors nach Fig.
1, Fig. 3 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild der Steuer- und Auswerteschaltung
nach Fig. 1, Fig. 4 die Wirkungsweise des Modulationsanalysators nach Fig. 1 näher
erläuternde Frequenz-Zeitdiagramme, Fig. 5 eine die Wirkungsweise des Modulationsanalysators
nach Fig. 1 näher erläuterte Frequenz-Zeittabelle,
Fig. 6 ein weiteres
auf Fig. 5 bezug nehmendes Frequenz-Zeitdiagramm.
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Das Blockschaltbild des Funküberwachungssystems nach Fig. 1 weist
zwei Überlagerungsempfänger Rx1 und Rx2 auf, die eingangsseitig über die Weiche
W mit der Empfangsantenne A verbunden sind. Ausgangsseitig ist den Überlagerungsempfängern
der Modulationsanalysator MA nachgeschaltet, der seinerseits wiederum mit einem
den Betriebsablauf des Gesamtsystems steuernden Microcomputer #C in Verbindung steht.
Der Microcomputer #C steuert auch die Überlagerungsempfänger Rx1 und Rx2 und arbeitet
ferner mit einer Peripherie KDE zusammen, die im allgemeinen eine Eingabetastatur,
einen Drucker und einen Monitor umfaßt.
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Der Modulationsanalysator MA besteht eingangsseitig aus einer Schaltanordnung
in Form eines Multiplexers MUX, der von der Steuer- und Auswerteschaltung ST gesteuert
ist. Ausgangsseitig ist der Multiplexer MUX mit den Eingängen eines hoch auflösenden
Spektralanalysators SA und eines Korrelatoreigenschaften aufweisenden Signaldetektors
SD verbunden. Es ist festzustellen, daß die Schaltungsanordnung in Form des Multiplexers
MUX nur in den Fällen unbedingt erforderlich ist, in denen mehr als zwei Überlagerungsempfänger
zum Einsatz kommen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fig. 1 könnte beispielsweise
der Überlagerungsempfänger Rx1 als Suchlaufempfänger fest an den Signal detektor
SD und der Überlagerungsempfänger Rx2 fest an den Spektralanalysator SA angeschaltet
sein.
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Der Spektralanalysator SA und der Signal detektor SD arbeiten ihrerseits
mit der Steuer- und Auswerteschaltung ST zusammen. Wie Fig. 1 ferner zeigt, ist
die Steuer-und Auswerteschaltung ST des Modulationsanalysators MA
über
einen Signal- und Adressenbus oder eine Leitung mit dem Microcomputer #C verbunden.
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Der Modulationsanalysator MA ist, wie schon angedeutet worden ist,
keineswegs auf eine Zusammenarbeit mit zwei Überlagerungsempfängern beschränkt.
Zwei Überlagerungsempfänger haben lediglich den Vorteil, daß einer der beiden Überlagerungsempfänger,
beispielsweise der tiberlagerungsempfänger Rx1 ein Suchlaufempfänger ist. Der Überlagerungsempfänger
Rx2 kann dann bei Erkennen eines Signals im Signal detektor SD über den Microcomputer
#C auf dieses erkannte Signal abgestimmt werden. Die Analyse dieses Signals erfolgt
dann über den Uberlagerungsempfänger Rx2 hinweg, während der Überlagerungsempfänger
Rx1 seinen Suchlauf fortsetzen kann. Arbeitet der Modulationsanalysator MA lediglich
mit einem Überlagerungsempfänger zusammen, so kann er bei Durchführung eines Suchbetriebs
über den Multiplexer MUX an den Signaldetektor SD und ansonsten an den Spektralanalysator
SA angeschaltet sein. Die Steuerung dieses einen Überlagerungsempfängers kann dabei
abweichend vom Blockschaltbild nach Fig. 1 von der Steuer- und Auswerteschaltung
ST über ein geeignetes Interface erfolgen. Wird auf den Multiplexer MUX verzichtet,
so sind der Signaldetektor SD und der Spektralanalysator SA gemeinsam an den Ausgang
des Uberlagerungsempfängers anzuschalten.
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Bei der Konzeption eines Funküberwachungssystems ist zu beachten,
daß die zu erfassenden Signale hinsichtlich Empfangs leistung und Signalamplitude
stark schwanken, daß Geräuschspitzen im Signaldetektor ein Signal vortäuschen können,
und daß für die einwandfreie Erfassung eines Signals ein gutes Signal-Geräuschverhältnis
gegeben sein muß. Um diesen geschilderten Sachverhalten
in hervorrragender
Weise gerecht zu werden, wird zweckmäßig ein Signaldetektor SD mit dem in Fig. 2
dargestellten Grundaufbau vorgesehen. Er arbeitet in vorteilhafter Weise mit dem
Spektralanalysator zusammen, von dem er über die Steuer- und Auswerteschaltung ST
hinweg das zu detektierende Signal in Form aufeinanderfolgender Frequenzabtastwerte
empfängt. Der Signaldetektor SD weist auf der Eingangsseite eine Schleifenanordnung
auf, bei der ein Summenverstärker SV in Reihe mit einem getakteten Laufzeitglied
DL über eine Regelverstärker GV hinweg im Ring geschaltet sind. Der Regelverstärker
GV ist dabei für eine Regelung seiner Verstärkung in Abhängigkeit eines von einem
Spitzendetektor gelieferten Steuersignals bemessen. Auf diese Weise lassen sich
die erwähnten Schwankungen eines Signals hinsichtlich Leistung und Signalamplitude
gut ausregeln. Die Schleifenanordnung stellt den eigentlichen Korralator dar, da
hierdurch die kohärenten spektralen Signalanteile in der Schleife verstärkt werden,
während die inkohärenten spektralen Störgeräuschanteile abgebaut werden. Die Schleife
verbessert mit anderen Worten in wünschenswerter Weise den für eine einwandfreie
Erkennung eines Signals erforderlichen Signal-Geräuschabstand. Da der Signaldetektor
für die Signaldetektion auf den Spektralanalysator angewiesen ist, können Signaldetektion
und Signalanalyse lediglich wechselweise im Modulationsanalysator MA durchgeführt
werden. -Ist diese Einschränkung unerwünscht, so wird dem Signaldetektor zweckmäßig
ein spezieller Spektralanalysator vorgeschaltet.
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Ausgangsseitig weist der Signaldetektor SD einen Analog-Digital-Wandler
mit einem nachgeschalteten Zählkomparator DC auf, dem über einen zweiten Eingang
ein in
einem Speicher RV gespeicherter digitaler Bezugswert zugeführt
ist. Der Zählkomparator DC zählt im Rhythmus des Taktes für das Laufzeitglied DL
die An- bzw. Abwesenheit eines auftretenden Signals und gibt ausgangsseitig ein
Kennungssignal dann ab, wenn der Zählwert den im Spe-icher RV gespeicherten Bezugszählwert
erreicht bzw. überschreitet. Der Zählkomparator stellt also mit anderen Worten sicher,
daß Störsignalspitzen kein Signal vortäuschen können.
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Mit Hilfe des Signaldetektors SD läßt sich nicht nur ein Signal eindeutig
erkennen, sondern es werden hiermit auch automatisch Feststellungen getroffen, wie:
kein Signal", und "Signal zu schwach für eine Analyse". In allen diesen Fällen verhindert
der Signaldetektor die Abgabe eines ein Signal anzeigenden Ausgangssignals über
den Zählkomparator DC.
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Anhand des nähere Einzelheiten aufweisenden Blockschaltbildes der
Steuer- und Auswerteschaltung ST des Modulationsanalysators MA nach Fig. 1 kann
gezeigt werden, daß der Modulationsanalysator eine Reihe von im Kurzwellenfunk gebräuchlichen
Signalarten automatisch erkennen kann. Hierzu gehören Trägersignale wie die international
genormten Modulationsarten Al, F1, F6, A3J sowie Mehrfachsignale innerhalb eines
vom Spektralanalysator frequenzmäßig abgetasteten Frequenzbandes.
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Die der Steuer- und Auswerteschaltung ST nach Fig. 3 über den Eingang
Asa vom Spektralanalysator SA nach Fig. 1 seriell zugeführten Frequenzabtastproben
im Bereich eines erkannten Signals werden zunächst in einem Analog-Digital-Wandler
in die digitale Ebene umgesetzt
und dem Eingang des Histogrammgenerators
HG zugeführt.
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Der Histogrammgenerator erzeugt, wie bereits angedeutet worden ist,
von den abgetasteten Frequenzwerten ein Signalhäufigkeitsmuster und leitet hiervon
die Signalgrundkriterien I, II und III ab. Das Signalgrundkriterium I gibt Signalbandbreiten
an. Sie werden im Bandbreitenkomponentenspeicher CBW gespeichert. Das Signalgrundkriterium
II gibt Aufschluß über die Anzahl der Signalkomponenten und wird im Nummernkomponentenspeicher
NOC abgespeichert. Das Grundsignalkriterium III gibt schließlich die Abstände zwischen
auftretenden Signalkomponenten an und wird im Abstandskomponentenspeicher DBC abgespeichert.
Die Speicher für die Grundsignalkriterien I, II und III stellen ihren Inhalt über
den Multiplexer MUX für Berechnungszwecke der arithmetischen Logikeinheit ALU zur
Verfügung, deren ausgangsseitigen Informationen einerseits der Steuerlogik STL und
andererseits als Zwischenwerte dem Zwischenwertespeicher IPD zugeführt werden, der
diese Zwischenwerte wiederum der Arithmetiklogikeinheit über den Multiplexer MUX
verfügbar macht. Die Arithmetiklogikeinheit errechnet aus den Signalgrundkriterien
I, II und III den Abstand jedes im analysierten Frequenzbereich auftretenden Modulationssignals
von seiner Trägerfrequenz, bzw. stellt bei vorhandener F1-Modulation den Frequenzhub
fest. Sofern eine A3J-Modulation auftritt, wird über die erwähnten Signalgrundkriterien
errechnet, ob hier ein oberes oder unteres Seitenband vorliegt.
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Die vom Histogrammgenerator HG erzeugten Signalhäufigkeitsmuster werden
datenmäßig im Histogrammdatenspeicher HD abgespeichert. Entsprechende Daten für
Häufigkeitsmuster, die für verschiedene Modulationsarten charakte-
ristisch
sind, sogenannte Standardhäufungsmuster, sind im Standardmusterspeicher STM abgespeichert.
Der Steuerlogik STL stehen nun die über die Arithmetiklogikeinheit AUL errechneten
Kennwerte, die im Zwischenspeicher IPD abgespeicherten Werte, die Histogrammdaten
HD und die Daten des Standardmusterspeichers STM für einen Mustervergleich zum Erkennen
der Modulationsart und darüber hinaus für die Erkennung zusätzlicher Signal eigenheiten
zur Verfügung. Die Analyseergebnisse werden dann von der Steuerlogik STL dem Übertragungsinterface
CI zugeführt und von dort über den Bus B zum Microprozessor #C nach Fig. 1 weitergeleitet.
Die Steuerlogik STL erhält über den Eingang Asd das Ausgangssignal des Signal detektors
SD und versorgt über die Ausgänge tc1 und tc2 den Spektralanalysator SA und den
Signal detektor SD mit dem erforderlichen Takt.
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Die Aufstellung eines Signalhäufigkeitsmusters mit Hilfe des Histogrammgenerators
HG hat die Wirkung einer Signalkorrelation, die anhand der Frequenz- und Zeitdiagramme
nach Fig. 4 noch näher beschrieben werden sollen.
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Hat einer der beiden Überlagerungsempfänger Rx1 oder Rx2 nach Fig.
1 im Suchlauf ein Signal erkannt und ist der jeweils andere Uberlagerungsempfänger
auf dieses Signal abgestimmt, so steht es dem Spektralanalysator eingangsseitig
als Zwischenfrequenzsignal bei 30 kHz zur Verfügung. In Fig. 4 ist im oberen Diagramm
x der Amplitudenverlauf a eines solchen Signals über der Frequenz f dargestellt,
Im Spektralanalysator wird dieses Signal zunächst in einen Frequenzbereich zwischen
0,5 und 7,5 kHz umge-
setzt. Das entsprechende Frequenzdiagramm
zeigt das Diagramm y. Dabei ist davon ausgegangen, daß das erfaßte Signal ein F1-moduliertes
Signal ist, bei dem die eigentliche Trägerfrequenz zwischen den Werten f1 und f2
in Abhängigkeit der Modulation umgeschaltet wird. Nunmehr kommt die eigentliche
Arbeit des Spektralanalysators, der das Frequenzband in einem Frequenzbereich von
7 kHz, wie das im Diagramm y angegeben ist, zyklisch abtastet, wobei ein Abtastzyklus,
wie das entsprechende Zeitdiagramm z zeigt, 5 ms beträgt und von diesem 7 kHzbreiten
Frequenzband 512 Abtastproben AP gewonnen werden.
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Dieser Vorgang wird beispielsweise zehnmal wiederholt, wobei zwischen
den einzelnen Abtastzyklen Pausen vorgesehen sind. Dies ist in der Frequenz-Zeittabelle
nach Fig. 5 angegeben. Die zehn Zeilen 1, 2, ... 10 stellen jeweils einen Abtastzyklus
über der Zeit t dar. Gleichzeitig gibt die Abszisse auch die aufeinander folgenden
Frequenzintervalle # f an, die jeweils einem der aufeinander folgenden 512 Abtastproben
AP nach dem Diagramm z zugeordnet sind. Während der Abtastzyklen 1, 2 und 3 ist
im Signal die Frequenz f2 vorhanden, was an dieser Stelle durch einen Abtastwert
"1" zum Ausdruck kommt.
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Alle anderen 511 Abtastproben sind "O". Während der Abtastzyklen 4
bis 8 weist das F1-Signal die Frequenz f1 auf. Somit wird dieses Frequenzintervall
# f mit einer "1" ausgewiesen. In den Abtastzyklen 9 und 10 ist wieder der Zustand
der Abtastzyklen 1, 2 und 3 vorhanden.
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Das Zeit-Frequenzhäufungsmuster mit der Amplitude a auf der Ordinate
zeigt Fig. 6, das hierbei aus der Addition der Spalten der Tabelle nach Fig. 5 gewonnen
wird. Aus diesem Häufungsmuster lassen sich nun leicht die bereits
geschilderten
Signalgrundkriterien I, II und III nach Fig. 3 ermitteln. Weiterhin ergibt der Vergleich
dieses Signalhäufungsmusters mit dem Standardmuster für F1-Modulation eindeutig
die Modulationsart des erfaßten Signals, so daß dieses Signal einem in den Figuren
nicht dargestellten F1-Modulator für seine Demodulation und weitere Auswertung zugeführt
werden kann. Dies wird vom Microcomputer #C nach Fig. 1 veranlaßt.
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8 Patentansprüche 6 Figuren