DE3631586C2 - Verfahren zur Eichung von mehrkanaligen Peilern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eichung von mehrkanaligen Peilern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Auch ein mit digitaler Signalverarbeitung arbeitender Empfänger kann auf analoge Bauelemente (insbesondere Anti-Aliasing-Filter, Sample and Hold) nicht verzichten. Diese Bauelemente unterliegen Toleranzen (wie z. B. Temperaturschwankungen), so daß auch bei einem mit Digitalfiltern arbeitenden Mehrkanalpeiler nicht auf einen Abgleich der Peilkanäle auf einen Referenzkanal, der natürlich auch selbst Peilkanal sein kann, verzichtet werden sollte.

Aufgrund der Möglichkeiten, die durch die digitale Signalverarbeitung geboten werden, ist in Peilern mit digitaler Signalverarbeitung im Vergleich mit analogen Geräten der Kanalabgleich wesentlich exakter durchführbar. Hierzu wird allen Kanälen ein gleiches analoges Eichsignal eingespeist. Die entsprechenden im digitalen Teil des Signalwegs auftretenden Digitalsignale werden für alle Kanäle, außer einem als Referenz dienenden Kanal, jeweils mit diesem Referenzsignal verglichen. Aus den sich dabei ergebenden Abweichungen werden digitale Einstellwerte für on-line Korrektureinrichtungen im digitalen Signalwert abgeleitet. Die Korrektureinrichtungen beeinflussen dann die im Peilbetrieb durchlaufenden Signale so, daß die durch Toleranzen in den analogen Bauteilen entstandenen Ungleichheiten der Kanalübertragungsfunktionen kompensiert und alle Kanäle an den Referenzkanal angeglichen werden. Derartige Verfahren sind beispielsweise aus der DE-OS 33 26 254 oder der DE-OS 34 32 145 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das mit geringem Aufwand eine zuverlässige Kompensation von Kanalungleichheiten eines Peilers ermöglicht.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung ist nachfolgend am Beispiel eines Dreikanalpeilers mit einem Ost-West-, einem Nord-Süd- und einem Rundumkanal, der hier als Referenzkanal angesehen wird, unter Bezugnahme auf die Abbildung eingehend erläutert.

Im Peilbetrieb ergibt sich folgender Signalfluß:
Das von der Antennenanordnung kommende Signal durchläuft parallel die Analogteile A, die u. a. die notwendigen Anti-Aliasing-Filter enthalten, der drei Kanäle. Danach wird das Signal unter Beachtung des Abtasttheorems für Bandpaßsignale digitalisiert (A/D). In der digitalen Signalverarbeitungseinheit wird das Signal dann durch komplexe Mischung M ins Basisband umgesetzt und anschließend findet die Hauptselektion durch Digitalfilter F (FIR-Filter, IIR-Filter oder Kombinationen dieser beiden Typen) statt.

Der Eichvorgang wird im Peilempfänger im off-line-Betrieb durchgeführt und geht folgendermaßen vor sich:
An den Empfängereingang wird von einem Eichsignalgenerator EG gleichzeitig auf alle Kanäle des Peilempfängers ein Eichsignal gegeben. Dieses kann z. B. ein spektral gleichverteiltes Rauschen oder ein Kamm äquidistanter Frequenzen sein. Das Eichsignal durchläuft alle Kanäle des Peilempfängers z. B. bis zum Ausgang der Hauptselektionsfilter F. Die Ausgangswerte der Filter werden in der Eichphase dem Eichprozessor EP übergeben:

Für den Eichvorgang müssen zwei mögliche Vorgehensweisen in Betracht gezogen werden.

• - Die Datenrate wird am Ausgang der Hauptselektionsfilter an die gewählte Filterbandbreite angepaßt. In diesem Fall ist mit dieser Anpassung auch während des Peilbetriebs zu rechnen. Der Vorteil dieses Vorgehens ist, daß die im Eichprozessor durchzuführenden Operationen (z. B. die verwendete FFT) an die tatsächliche Breite des Informationskanals angepaßt sind. Ein Nachteil besteht u. U. darin, daß sich im Peilbetrieb hinter den Hauptselektionsfiltern je nach gewählter Durchlaßbandbreite verschiedene Datenraten ergeben.
• - Die Datenrate am Ausgang der Hauptselektionsfilter bleibt in jedem Fall gleich, d. h. mindestens so groß, daß für die größtmögliche Filterbandbreite keine Überfaltungseffekte auftreten. In diesem Fall muß der Eichprozessor (z. B. wegen der spektralen Zerlegung durch die FFT) u. U. mehr Leistung als unbedingt nötig erbringen. Der Vorteil liegt in diesem Fall jedoch darin, daß die weiteren Verarbeitungsschritte, also insbesondere der Kanalabgleich mit einer Datenrate durchgeführt werden können, die von der Durchlaßbandbreite der Hauptselektionsfilter unabhängig ist.

Der Eichprozessor hat die Aufgaben,

• - das Eichsignal zu analysieren (FFT),
• - für ein unmittelbar nach der Stelle im Signalfluß, an der die Analyse des Eichsignals durchgeführt wurde, eingefügtes Kanalabgleichfilter (FIR), aus den Analyseergebnissen die Filterkoeffizienten FK zu berechnen und das Filter einzustellen.

Eichsignalanalyse und Kanalabgleich können an jeder Stelle innerhalb der digitalen Signalverarbeitungseinheiten der Peilkanäle durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft erscheint es, den Ausgang der Hauptselektionsfilter zu wählen. Für die folgenden Ausführungen sei angenommen, daß der Eichprozessor an dieser Stelle arbeitet.

Die Ausgänge der Hauptselektionsfilter werden sowohl in den Peilkanälen als auch im Referenzkanal spektral analysiert. Dazu ist der FFT-Algorithmus mit einer geeignet gewählten Fensterfunktion anzuwenden. Ist das Eichsignal ein Frequenzkamm, sind die einzelnen Frequenzen so zu wählen, daß sie nach Durchlaufen der Kanäle bis zum Ausgang der Hauptselektion auf die Analysepunkte der FFT fallen.

Der FFT-Ausgang liefert für jeden der betrachteten Kanäle eine digitale Approximation an seine Übertragungsfunktion. Für ein gebräuchlichen Dreikanalpeiler erhält man dann beispielsweise die drei Übertragungsfunktionen
H_OW (k), H_NS (k), H_R (k) mit k = 0,1, ..., N-1 als Nummern der FFT-Ausgangsblöcke für den Ost-West-, den Nord-Süd- bzw. den Referenzkanal. Dabei kann auch mit einer Mittelung über mehrere Ausgangsblöcke der FFT gearbeitet werden.

Bildet man punktweise die Differenz der FFT-Ausgänge zweier Kanäle, erhält man die Abweichung der Übertragungsfunktion des einen Kanals zu der des anderen. Auf diese Weise werden nun Ost-West- und Nord-Süd-Kanal mit dem Referenzkanal verglichen. Daraus ergeben sich die Differenzen

KA_OW und KA_NS sind Approximationen an die Übertragungsfunktionen der Filter, die in die Peilkanäle eingefügt werden müssen, um den Kanalabgleich zu bewerkstelligen.

Die Übertragungsfunktionen KA_OW (k) und KA_NS (k) müssen nun in Filter, die in die entsprechenden Peilkanäle eingesetzt werden sollen, umgerechnet werden. Zum Abgleich der Kanäle bieten sich FIR-Filter an, da für diese die Durchlaufzeit exakt ein Vielfaches des Taktes ist, mit dem Hauptselektionsfilterausgangsdaten anfallen. Somit kann während des Peilbetriebs in den Referenzkanal auch exakt die notwendige Zeitverzögerung (vgl. Abb.) eingesetzt werden.

Zum Entwurf der FIR-Kanalabgleichfilter aus den Übertragungsfunktionen KA_OW (k) und K_NS (k), der ebenfalls im Eichprozessor erfolgt, kann prinzipiell jedes geeignete Entwurfsverfahren für FIR-Filter (siehe z. B. [3]) herangezogen werden. Eine besonders einfache Lösung ergibt sich mit dem Frequenzabtastverfahren (siehe [3], [4]). Z. B. ist das Kanalabgleichfilter ka_OW (n) mit seiner Übertragungsfunktion über die diskrete Fourier-Transformation (DFT) verknüpft:

Dementsprechend liefert die inverse diskrete Fourier- Transformation (IDFT) die Impulsantwort des FIR-Filters

Dies sind die in das FIR-Kanalabgleichfilter des Ost- West-Kanals einzusetzenden Filterkoeffizienten.

Bei der Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens ist darauf zu achten, daß wenn KA_OW (k) oder KA_NS (k) für alle k = 0,1, ..., N-1 verschwinden, die Übertragungsfunktion des zugehörigen Peilkanals bereits so exakt der Übertragungsfunktion des Referenzkanals entspricht, daß ein Abgleich nicht nötig ist. In diesem Fall dürfen die Koeffizienten ka_OW (n) nicht über die IDFT berechnet werden, da für sie dann ka_OW (n) = 0 für alle n = 0,1, ..., N-1 gelten würde.

Darüber hinaus ist zu beachten, daß es sich bei den Filterkoeffizienten ka_OW (n) und ka_NS (n) i. a. um komplexe Zahlen handelt.

Literatur

• [1] DICKINSON, M.:
  Digital matching of the I and Q signal paths of a direct coversion radio, Journal of the IERE, vol. 56 No. 2, pp. 75-78, February 1986
• [2] KELLOG, W. C.:
  Digital Processing Rescues Hardware Phase Errors, Microwaves & RF, November 1982, pp. 63-80
• [3] RABINER, L. R. and B. GOLD:
  Theory and Application of Digital Signal Processing, Prentice-Hall Inc. (New Jersey), 1975
• [4] SCHÜSSLER, H. W.:
  Digitale Systeme zur Signalverarbeitung, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1973

Claims (5)

1. Verfahren zum Eichen von mehrkanaligen Peilern mit analoger und digitaler Signalverarbeitung durch gleichzeitiges Einspeisen eines analogen Eichsignals in alle Kanäle, Vergleich der digitalen Eichsignale in den verschiedenen Kanälen, Ableitung von Korrektursignalen zur Angleichung aller Kanäle an einen Referenzkanal und Einstellen digitaler Korrekturglieder zur Echtzeit-Korrektur der Empfangssignale, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Kanäle die digitalen Eichsignale einer Fourier-Transformation unterzogen werden, daß die Differenzen der verschiedenen, durch die Fourier-Transformation gewonnenen Spektren gegenüber dem Spektrum des Referenzkanals gebildet werden, daß aus den einzelnen Differenzen Koeffizienten zur Einstellung eines komplexen digitalen FIR- Filters für den jeweiligen Kanal abgeleitet werden, daß die Filterung mit den FIR-Filtern unmittelbar nach den Stellen in den Signalwegen, an denen die digitalen Signale zur Fourier-Transformation abgenommen werden, erfolgt, und daß im Referenzkanal das Signal um eine konstante Verzögerungszeit, die gleich der Signallaufzeit durch die FIR- Filter ist, verzögert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fourier-Transformation nach einem FFT-Verfahren durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Eichsignal ein Rauschsignal erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Eichsignal ein Signal mit mehreren äquidistanten Frequenzen, die mit den Frequenz-Analysepunkten der FFT zusammenfallen, erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fourier-Transformation und die Ableitung der Filterkoeffizienten in Nicht-Echtzeit (off-line) durchgeführt werden.