DE3522838A1 - Digitaler such- und aufklaerungsempfaenger (eloka) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Such- und Aufklärungsempfänger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Empfangssystem mit hohem Anteil an Digitaltechnik zu schaffen, welches in der Lage ist, kurzzeitig anstehende Signale, wie sie vorzugsweise von Frequenzsprungsendern und Burstsendern ausgesendet werden, zu erkennen, den Sender zu peilen und den Nachrichtenstrom aufzuzeichnen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den in Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Weiterbildung und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dazu enthalten. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Such- und Aufklärungsempfängers liegt darin, daß sowohl Bandbreite und Lage des aufzuklärenden Signals im Frequenzbereich, als auch die Lage im Zeitbereich unbekannt sein können, das Signal aber trotzdem vollständig aufgefasst wird.

Der Erfindung gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs 2 liegt die Aufgabe zugrunde ein Empfangssystem mit der gleichen Zielsetzung zu schaffen wie das in Anspruch 1, mit dem Unterschied, daß jetzt die Peilung direkt über eine Richtantenne erfolgt. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den entsprechenden Unteransprüchen enthalten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in universelle Verwendbarkeit. Da der HF- und ZF-Teil in analoger Technik realisiert sind, kann der Empfänger für praktisch alle Frequenzbereiche ausgelegt werden. Die Senderfeinabstimmung und die Einstellung der optimalen Bandbreit erfolgt automatisch im digitalen Teil des Empfangssystems. Dies vereinfacht den analogen Teil und bietet die Möglichkeit durch entsprechende Programmierung der Prozessoren des digitalen Teils unterschiedliche Signaltypen mit ein- und demselben Empfänger verarbeiten zu können. Weiterhin wird die Bandbreit der Analog/Digital-Wandler voll für die entsprechend breitbandigen Empfangssignale ausgenutzt.

Der erfindungsgemäße Such- und Aufklärungsempfänger wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigt:

Fig.  1 Blockschaltbild des Empfängers

Fig.  2 Empfängerdigitalteil

Fig.  3 Partialbandverarbeitung

Fig.  4 Variante zur Analog/Digitalwandlung

Fig.  5 Struktur Einzelkanalempfänger

Fig.  6 Signalprozessor SP 1

Fig.  7 Mischstufe

Fig.  8 Systemvariante

Fig.  9 Empfängerdigitalteil variiert

Fig. 10 Systemstruktur bei Verwendung einer Peilantenne

Fig. 11 Empfängerdigitalteil

Fig. 12 Partialbandvorverarbeitung (PBVVe)

Fig. 13 Struktur Einzelkanalempfänger EKEe

Fig. 14 Signalprozessor SP 1 e

Weitere Ausführungsbeispiele sind in der Beschreibung offenbart.

Eine nach dem Adcock-Prinzip aufgebaute Antenne, die aus zwei gekreuzten H-Elementen und einem Mittenstab besteht, speist die drei Eingänge des Such- und Aufklärungsempfängers nach Fig. 1. Der Empfänger besteht aus einem analogen Teil, welcher das HF-Eingangssignal in eine ZF-Ebene am Ausgang umsetzt, und einem digitalen Teil, welcher die Ausgangssignale des analogen Teils verarbeitet.

Der Analogteil besteht aus drei identisch aufgebauten Empfangskonvertern, wobei jeder Empfangskonverter einem der drei Antennenelemente fest zugeordnet ist. Der Eingang eines jeden Empfangskonverters ist mit einer Selektionsstufe S 0 verbunden, die auf unterschiedliche Frequenzbereiche umschaltbar ist. Darauf folgt ein Verstärker V 0 und ein Tiefpass TP 0. Diesem ist ein Mischer M 1 nachgeschaltet, der außerdem mit dem einstellbaren Synthesizer Syn 1 verbunden ist. Dem Mischer M 1 folgen hintereinander ein Verstärker V 1, ein Bandpass BP 1, ein Mischer M 2, der mit dem Synthesizer Syn 2 verbunden ist, ein Verstärker V 2 und ein Bandpass BP 2. Der nachfolgende Leistungsteiler LT spaltet das Signal in n parallele Zweige auf. Jedem Ausgang des Leistungsteilers folgt ein Bandpass BP 3 i, ein Verstärker V 3, ein Tiefpass TP 3 i und ein Mischer M 3 i. Jeder Mischer ist außerdem mit einem Oszillator O 3 i verbunden. Es gilt i = 1, 2, . . ., n. Auf den Mischer folgt ein Bandpass BP 4und ein Verstärker V 4. Die Synthesizer Syn 1, Syn 2 und die Oszillatoren O 3 i sind einmal für alle drei Empfangskonverter vorhanden.

Jedes Ausgangssignal eines Empangskonverters deckt einen Teil des Gesamtempfangsbandes ab. Dieser Teil wird im folgenden als Partialband Nr. i, PBi, i = 1, . . ., n, bezeichnet. Die drei zu den jeweiligen Antennenelementen gehörenden gleichen Partialbänder werden im folgenden unter dem Begriff Partialbandtripel, PBTi, i = 1, . . ., n, zusammengefaßt.

Der dem Analogteil nachgeschaltete Digitalteil nach Fig. 2 besteht aus jeweils einer Partialbandvorverarbeitunsstufe PBVVi für jedes Partialbandtripel PBTi, darauf folgt die Digitale Schaltmatrix DSM und der Einzelkanalempfangsteil EKET, welcher aus einem Satz von j Einzelkanalempfängern EKEK, k = 1, . . ., j, besteht.

Die Partialbandvorverarbeitungsstufe besteht nach Fig. 3 aus einer Komponente zur Analog-/Digitalwandlung der drei Partialbandsignale. Dabei handelt es sich entweder um drei parallel arbeitende Analog/Digitalwandler A/D-Cÿ, i = 1, . . ., n, j = 1,2,3 , nach Fig. 3, oder um drei parallelgeschaltete Sample-/Hold-Glieder SHÿ, gefolgt von einem Analogmultiplexer AMuxi und dem Analog/Digitalwandler A/D-Ci nach Fig. 4. An die Analog/Digitalwandlung schließt eine parallel verlaufende Verarbeitung an. Ein nach dem FIFO-Prinzip arbeitender Speicher speichert die 3 Signale des Partialbandes und gibt sie um die Laufzeit TS verzögert an die Digitale Schaltmatrix DSM aus. Parallel hierzu bestimmt die Einheit zur Spektrumsauswertung SAE aus dem Partialbandsignal der Mittenantenne das Spektrum des Signals und wertet dieses aus. Die Spektrumsbestimmung erfolgt vorteilhaft mit der Schnellen Fouriertransformation (FFT). Die Auswertung zeigt die in dem Partialband belegten Kanäle nach Bandbreite und Lage an. Die Spektrumauswerteeinheit SAE transferiert diese Ergebnisse zum Steuerteil der digitalen Schaltmatrix und zum Steuerteil des Einzelkanalempfangsteils. Die Laufzeit TS des FIFO-Speichers entspricht dem Zeitbedarf der SAE zuzüglich der Reaktionszeit der Digitalen Schaltmatrix bzw. des Einzelkanalempangsteiles.

Die Digitale Schaltmatrix DSM schaltet die Signale der n Partialbandtripel blockierungsfrei auf die j Einzelkanalempfänger EKE.

Der Einzelkanalempfangsteil besteht aus j Einzelkanalempfängern EKEK, k = 1, . . ., j. Jeder Einzelkanalempfänger nach Fig. 5 besteht aus 4 Signalprozessoren SP 1 bis SP 4, die im folgenden offenbart sind.

Der Signalprozessor SP 1 nach Fig. 6 besteht aus drei Mischerpaaren M 1, M 2 und M 3, wobei jedes Mischerpaar an eines der drei Partialbandsignale angeschaltet ist. Zusätzlich ist der eine Mischer eines jeden Paares an den Sinusausgang und der andere Mischer an den Kosinusausgang des digitalen Oszillators DO angeschaltet. Dem Ausgang eines jeden Mischers folgt ein digitales Tiefpassfilter, DTPF. Alle 6 Tiefpässe des Signalprozessoors sind auf die gleiche Filtercharakteristik eingestellt. Zur Taktversorgung des digitalen Oszillators DO, der A/D-Wandler sowie der Tiefpassfilter ist ein Taktgenerator TG vorgesehen.

Der Signalprozessor SP 1 erzeugt aus den 3 Signalen des zugeschalteten Partialbandtripels die jeweils zugehörigen Komplexen Basisbandsignale (I 1, Q 1), (I 2, Q 2) und (I 3, Q 3), die den nachfolgenden Signalprozessoren SP 2, SP 3 und SP 4 zugeführt werden. I bezeichnet hierbei die In-Phasenkomponente und Q die Quadraturkomponente des Basisbandsignals.

Fig. 7 zeigt die Realisierung der Mischstufe. Sie besteht aus drei digitalen Multiplizierern, die abwechselnd mit den Sinus- und Kosinuswerten des digitalen Oszillators DO beaufschlagt werden. Der Oszillator erzeugt die zur Bildung der Basisbandkomponenten Qi und Ii, i = 1, 2, 3, notwendigen Schwingungen durch Auslesen von Sinus- und Kosinuswerten aus einem Speicher. Eine andere Möglichkeit ist die Berechnung der Werte mit einem Prozessor oder Interpolation benötigter Zwischenwerte aus den im Speicher abgelegten Werten.

Im Signalprozessor SP 2 ist ein Energiedetektor realisiert, welcher mit Hilfe eines Schwellwertkriteriums die Kanalbelegung mit exakten Werten für Beginn und Ende ermittelt. Eingangssignal des Signalprozessors SP 2 ist das der Mittenantenne zugeordnete Basisbandsignal.

Der Signalprozessor SP 3 bestimmt aus den 3 Basisbandsignalen (I 1, Q 1), (I 2, Q 2) und (I 3, Q 3) und unter Berücksichtigung von Korrekturwerten für Frequenzgangdifferenzen im Analogteil mit Hilfe eines durch Software realisierten Peilalgorithmus den Azimut unter welchem der Sender erscheint. Der Signalprozessor SP 2 steuert den Signalprozessor SP 3 dabei.

Der Signalprozessor SP 4 demoduliert das Empfangssignal.

Die Signalprozessoren SP 2, SP 3 und SP 4stellen ihre Auswerteergebnisse über einen Pufferspeicher dem nachgeschalteten Rechnersystem zur Verfügung.

Fig. 8 zeigt eine Variante zu dem bisher dargestellten System. Die Überwachung des Spektrums erfolgt hier in einer selbständig arbeitenden Spektrumüberwachungseinheit (SA), welche zusätzlich an eines der Antenneneelemente, z.B. die Mittenantenne angeschlossen ist. Die Spektrumüberwachungseinheit besteht aus einer Komponente zur Spektrumsbestimmung, z. B. einem Filterbankempfänger, einem Impulskompressionsempfänger oder einem Bragg-Zellenempfänger, sowie der zugehörigen nachgeschalteten Analsyseeinheit. Der übrige Empfängeranalogteil besteht aus 3 Empfangskonvertern für die Peilantenne einschließlich Steuerung, Synthesizern und Oszillatoren und entspricht dem bisher dargelegten System. Die Ausgangssignale der Empfangskonverter, die Partialbandtripel und die Ergebnisse der Spektrumsüberwachung werden dem Empfängerdigitalteil zugeführt. Die Ergebnisse der Spektrumsüberwachung gehen direkt zur Steuerung der Digitalen Schaltmatrix (DSM). Jedes Partialbandtripel wird in einer gegenüber dem bisherigen System reduzierten Partialbandvorverarbeitungsstufe PBVV*i, i = 1, . . ., n, verarbeitet, s. Fig. 9. Die reduzierte Partialbandvorverarbeitungsstufe besteht aus dem Analog/Digitalwandlersatz, dem Multiplexer und dem FIFO-Speicher entsprechend dem vorherigen System, s. Fig. 1. Die übrigen Funktionen des Empfängerdigitalteils, die digitale Schaltmatrix und der Einzelkanalempfangsteil sind gegenüber dem bisher offenbarten System, Fig. 1, unverändert.

Das in Anspruch 2 offenbarte System ist in Fig. 10 dargestellt. Der Azimut wird hier direkt durch die Richtwirkung der Antenne - innerhalb der damit erzielbaren Genauigkeit - vorgegeben. Der Empfangskonverter, s. Fig. 1, fächert das von der Antenne kommende Empfangssignal in n in der gleichen ZF-Ebene liegende Partialbandsignale auf. Fig. 11 zeigt die anschließende digitale Signalverarbeitung. Die vereinfachte Partialbandvorverarbeitungsstufe PBVVe besteht aus dem Analog/Digitalwandler, der spektralen Auswerteeinheit (SAE) sowie dem parallel hierzu geschalteten FIFO-Speicher für das Empfangssignal, s. Fig. 12. Der FIFO-Speicher verzögert das Signal um die Zeit TS. Die anschließende vereinfachte Digitale Schaltmatrix (DSMe) schaltet die n Ausgänge der vereinfachten Partialbandvorverarbeitungsstufe PBVVe auf den aus j vereinfachten Einzelkanalempfängern (EKEe) bestehenden Einzelkanalempfangsteil. Jeder Einzelkanalempfänger besteht aus den Signalprozessoren SP 1 e, SP 2 und SP 4, s. Fig. 13.

Der Signalprozessor SP 1 e entspricht einem Quadraturempfänger, seine Struktur ist in Fig. 14 dargestellt. Der Signalprozessor SP 2 enthält einen Energiedetektor zur Bestimmung der Kanalbelegung. Der Signalprozessor SP 4 ist für die Demodulation vorgesehen. Über den Pufferspeicher werden die aufgefaßten Kennwerte und Informationen an das nachgeschaltete Auswertsystem übertragen.

Claims (3)

1. Such- und Aufklärungsempfänger, bei dem die von einer Peilantenne stammenden Empfangssignale in die im Basisband befindlichen digitalen Quadraturkomponenten umgesetzt, daraus durch Energiedetektion die Kanalbelegung bestimmt, der Sender gepeilt und das Signal demoduliert wird, indem die Signale der Peilantenne in einem ersten Schritt durch einen Mischprozess von der HF-Ebene in eine Anzahl in einer ZF-Ebene liegender, bandbegrenzter Signale, sogenannte Partialbandsignale, überführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Verarbeitung folgende Schritte enthält:

• a) Abtastung (AT) und Analog/Digitalwandlung (AD) der Partialbandsignale für jedes Element der Peilantenne
  b) Spektrale Auswertung (SA) der Partialbandsignale, welche von dem Antennenelement mit Rundstrahlcharakteristik (M) stammen.
  c) Zwischenspeicherung (ZS) der Partialbandsignale in einem FIFO-Speicher für die Dauer TS
  d) Ausgabe der zwischengespeicherten Signale an eine digitale Schaltmatrix (DSM), wobei die spektrale Auswertung (SA) die Wegeschaltung in der Schaltmatrix vorgibt
  e) Verarbeitung der von der digitalen Schaltmatrix ausgegebenen Signale durch einen digitalen Einzelkanalempfänger (EKE), welcher Bestandteil eines Pools von Einzelkanalempfängern ist.
  f) Einstellung der Einzelkanalempfänger von der spektralen Auswertung her

2. Such- und Aufklärungsempfänger bei dem der Azimut des Senders durch eine Antenne mit Richtcharakteristik bestimmt, das von der Richtantenne stammende Empfangssignal in die im Basisband befindlichen Quadraturkomponenten umgesetzt, daraus durch Energiedetektion die Kanalbelegung ermittelt und das Signal demoduliert wird, indem das Empfangssignal in einem ersten Schritt durch einen Umsetzprozess von der HF-Ebene in eine Anzahl in einer ZF-Ebene liegender, bandbegrenzter Signale, der Partialbandsignale, überführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Verarbeitung folgende Schritte enthält:

• a) Abtastung (ATe) und Analog/Digitalwandlung (ADe) der Partialbandsignale der Richtantenne
  b) Spektrale Auswertung (SA) der Partialbandsignale
  c) Zwischenspeicherung (ZSe) der Partialbandsignale in einem FIFO-Speicher für die Dauer TS
  d) Ausgabe der zwischengespeicherten Signale an eine digitale Schaltmatrix (DSMe), wobei die spektrale Auswertung (SA) die Wegeschaltung in der Schaltmatrix vorgibt
  e) Verarbeitung der von der digitalen Schaltmatrix ausgegebenen Signale durch einen digitalen Einzelkanalemfänger (EKEe), welcher Bestandteil eines Pools von Einzelkanalempfängern ist
  f) Einstellung der Einzelkanalempfänger von der spektralen Auswertung her

3. Such- und Aufklärungsempfänger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Einzelkanalempfänger aus mehreren digitalen Signalprozessoren (SP 1) bis (SP 4) besteht, die aus dem Signal die notwendigen Informationen gewinnen.
4. Such- und Aufklärungsempfänger nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Einzelkanalempfänger aus den Signalprozessoren (SP 1 e), (SP 2) und (SP 4) besteht.
5. Such- und Aufklärungsempfänger nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß jeder digitale Signalprozessor (SP 1) eine Parallelschaltung je einer Hintereinanderschaltung aus einem digitalen Multiplizierer (MD) und einem digitalen Tiefpassfilter (TPF) enthält, wodurch die Bestimmung der Quadraturkomponenten (Q 1), (Q 2), (Q 3) und der In-Phasenkomponente (I 1), (I 2), (I 3) der drei Empfangssignale erfolgt (Fig. 6).
6. Such- und Aufklärungsempfänger nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung des Empfängers durch Feineinstellung der Frequenz des dem digitalen Signalprozessor (SP 1) zugeführten digitalen Oszillatorsignals erfolgt.
7. Such- und Aufklärungsempfänger nach den vorangehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß Energiedetektoren, Peilung und Demodulation in den Signalprozessoren (SP 2), (SP 3) und (SP 4) erfolgt.
8. Such- und Aufklärungsempfänger nach Anspruch 1,2,3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor (SP 1) aus der Parallelschaltung je einer Hintereinanderschaltung aus einem digitalen Multiplizierer (MD) und einem parallelgeschalteten Tiefpassfilterpaar (TPFP) besteht, sodaß die Berechnung der Quadraturkomponenten im Multiplizierer für jedes Antennensignal nacheinander erfolgt (Fig. 7).