DE3720173A1

DE3720173A1 - Mehrfachwandler-antennenanordnung, sowie verfahren zur richtungssteuerung des hiermit erzeugten strahls

Info

Publication number: DE3720173A1
Application number: DE19873720173
Authority: DE
Inventors: Donald C Knudsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-21
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1989-01-05
Also published as: FR2617647A1; CA1232059A; FR2617647B1; US4688045A

Description

Die Erfindung betrifft elektronisch steuerbare Antennen zur Anwendung in Sonar- und Radarsystemen und insbeson dere einen Strahlformer zur Verwendung in einer Mehr fachwandler-Antennenanordnung.

Ein von einem speziellen Ziel zu empfangendes Signal hat eine sphärische Wellenfront, welche von verschiedenen Wandlern einer Mehrfach-Antennenanordnung zu verschie denen Zeitpunkten empfangen wird. Um die von jedem Wandler empfangene Signalwellenfront zu korrelieren, müssen die von jedem Wandler empfangenen Signale pha senverschoben werden oder einer Zeitverzögerung unter worfen werden. Die verzögerten Signale werden aufsum miert, um ein Ausgangssignal zu bilden. Die Größe der Zeitverzögerung oder Phasenverschiebung für jeden Wand ler ist ein Parameter, der in direktem Zusammenhang zum radialen Abstand zwischen Signalquelle und dem bestimmten Wandler steht. Die Antenne kann auf jeden Punkt innerhalb des Gesichtfeldes gesteuert werden, in dem die Verzögerungen der Signale pro Wandler geändert werden.

Die praktische Verwirklichung eines Strahlformers unter Verwendung der Zeitverzögerungen der von jedem Wandler empfangenen Signale und das Aufsummieren des Ergebnisses hat sich als schwieriges Problem herausgestellt. Eine der Hauptschwierigkeiten ist der Mangel an geeigneten Mitteln zur individuellen Verzögerung der Wandlersignale auf präzise und steuerbare Weise. Zu diesem Problem ergeben sich zwei wesentliche Aspekte: erstens die Verzögerungs vorrichtung und zweitens die Vorrichtung zur Steuerung der Verzögerung. Die vorliegende Erfindung betrifft den zweiten Aspekt. Die Vorrichtung zur Steuerung der Verzö gerung stellt den Teil eines Strahlformers dar, der den exakten Verzögerungsbetrag bestimmt und steuert, der in jeden Wandler eingebracht werden muß, um den Strahl auf einen speziellen Punkt im Gesichtsfeld zu lenken.

Bislang wurde eine Vielzahl von elektronischen Verzöge rungsmechanismen getestet oder vorgeschlagen, darunter unter anderem analoge Verzögerungsleitungen und analoge Schieberegister mit ladungsträgergekoppelten Vorrichtun gen. Unlängst wurden digitale Speicherschaltkreise, wie z.B. Halbleiter-RAMs als Verzögerungselemente verwendet, da sie eine großere Anzahl von Meßwerten halten können und eine sehr feine Verzögerungsauflösung erzielbar ist. Ungeachtet des verwendeten Verzögerungsmechanismus ver bleibt jedoch das Problem der Bestimmung des korrekten Verzögerungsbetrages, der in jedem Fall vorzusehen ist. Die benötigten Verzögerungen sind Funktionen der Abstände zwischen jedem Wandler und jedem Punkt im Gesichtsfeld. Im allgemeinen Fall einer dreidimensionalen Wandleran ordnung mit wahlweisen aber bekannten Wandlerstellungen und eines dreidimensionalen Gesichtsfeldes führt die Be stimmung der Verzögerungswerte zu einer großen Anzahl von noch handhabbar schwierigen Berechnungen.

Dieses Problem wird für gewöhnlich dadurch minimiert, daß die Anordnungsgeometrie derart beschränkt wird, daß Symmetrie und/oder Wiederholungen in den Detektoranord nungen einen hohen Grad von Redundanz in die Verzöge rungsberechnungen einbringen. Das naheliegendste Beispiel von einer beschränkten Geometrie ist die lineare Anord nung mit in gleichmäßigen Abstand angeordneten Elementen. Aus einer derartig beschränkten Anordnungsgeometrie erge ben sich zwei wesentliche Nachteile: die Anordnung der Wandlerelemente muß ein Kompromiß zwischen Anforderungen hinsichtlich des Strahlformers und Überlegungen hinsicht lich der Leistungen der Antenne sein, was zum Ergebnis hat, daß die Leistungsfähigkeit beachtlich nachläßt; der sich ergebende Strahlformer kann nur mit derartigen An ordnungen betrieben werden, die der speziellen Geometrie entsprechen, für die der Strahlformer entwickelt worden ist.

Ein anderes übliches Verfahren zur Erhöhung des Redun danzgrades in den Verzögerungsberechnungen ist anzuneh men, daß alle interessierenden Signale ausreichend weit von der Detektoranordnung entspringen, so daß ihre Wel lenfronten über die Apertur der Anordnung hinweg im we sentlichen eben sind. Der Nachteil dieser Annäherung ist, daß eine Antenne nicht in der Lage ist zu fokussieren und somit auf weit entfernte Ziele beschränkt ist. Obwohl dies im Fall von Sonaren mit kleiner Apertur und weniger guten Leistungen keine wesentliche Einschränkung dar stellt, ist die Unmöglichkeit auf nahegelegene Ziele fo kussieren in Anwendungsfällen mit großer Apertur und ho hem Auflösungsvermögen nicht akzeptierbar.

Die Redundanzen, die durch eine Kombination einer be schränkten Anordnungsgeometrie und der Annäherung in Weitstrecken erzielbar ist, können die Größe und Komple xität von Verzögerungsberechnungen beachtlich verringern. Bei einigen sehr einfachen Anordnungsgeometrien, wie z.B. einer linearen Anordnung von im gleichmäßigen Abstand angeordneten Wandlern sind die noch nötigen Rechnungsan forderungen praktisch vernachlässigbar.

Eine andere Annäherung an das Problem der Verzögerungs wertbestimmung, welche die Anordnungsgeometrie oder Apertur nicht beschränkt verwendet digitale Computer. Die Detektorsignale werden digitalisiert und in einen Compu terspeicher geladen, wo der Strahlformungsvorgang im we sentlichen softwaremäßig durchgeführt wird, für gewöhn lich in dem Frequenzbereich, der Fouriertransformationen verwendet. Obwohl hierdurch eine konkurrenzlose Flexibi lität möglich ist, ist diese Näherung für viele Strahl formungs-Vorgänge in Echtzeit bei weitem zu langsam.

Es ist möglich, die Verzögerungszeiten für jeden Wandler und für alle möglichen Punkte im Gesichtsfeld vorzube rechnen und die Ergebnisse in sogenannten Look-up-Tables - eine für jeden Wandler - zu speichern, so daß auf diese Look-up-Tables oder Nachschlagtabellen wenn nötig sehr schnell zugegriffen werden kann. Dieser Annäherungsver such kombiniert die Flexibilität eines allgemein ange wandten Computers mit der Geschwindigkeit eines Hardwa re-Strahlformers, hat jedoch den Nachteil, daß ein drei dimensionales Gesichtsfeld mit annehmbarer räumlichen Auflösungsvermögen extrem große Nachschlagtabellen benö tigt. Beispielsweise ist für ein akustisches Bildabbil dungssystem mit einem Gesichtsfeld von 128 Pixel×128 Zeilen und der Möglichkeit, auf 64 verschiedene Bereiche zu fokussieren pro Wandler in einem derartigen System eine Nachschlagtabelle mit 10 48 576 Wörtern nötig. Hier aus folgt, daß die Anforderungen hinsichtlich Speicher platz für derartige digitale Systeme extrem hoch sind.

Ein Beispiel für einen Strahlformer, der vorausberechnete Verzögerungswerte in digitalen Nachschlagtabellen spei chert wird von Peterson & Kino ("Real Time Digital Image Reconstruction: a Description of Imaging Hardware and an Analysis of Quatisation Errors", IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Volume SV-31, Nr. 4, July 1984, Seiten 337-351) beschrieben. Bei diesen bekannten Strahlformer sind die Verzögerungswerte in einer Hochge schwindigkeitsnachschlagtabelle gespeichert, die mit "Focus Map" bezeichnet ist.

In diesem und allen anderen Beispielen von Ausbildungen für Strahlformer, welche vorberechnete Verzögerungswerte in digitalen Nachschlagtabellen speichern ist die Anord nunggeometrie beschränkt, um den Vorteil von Symmetrie und Wiederholbarkeit zu haben. Die Redundanz, die so in die Verzögerungsberechnungen eingeführt wird, verringert die Größe der Nachschlagtabellen auf handhabbare Propor tionen.

Es ist jedoch kein Beispiel eines Strahlformers bekannt, der vorberechnete und abgespeicherte Verzögerungswerte für eine dreidimensionale Wandleranordnung beliebiger Geometrie verwendet, um ein dreidimensionales Gesichts feld mit hoher Auflösung abzubilden.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Strahlformer-Vor richtung, welche vorberechnete Strahlsteuerinformationen verwendet, die in digitalen Nachschlagetabellen gespei chert sind, um die für jeden Wandler in einer dreidimen sionalen Wandleranordnung mit beliebiger aber bekannter Geometrie eingebrachten Zeitverzögerungen zu steuern, um ein dreidimensionales Gesichtsfeld mit hoher räumlicher Auflösung und hoher Geschwindigkeit (Echtzeit) abzubilden und hierbei wesentlich verringerten Speicherplatz in Vergleich zu den bekannten Systemen zu benutzen. Für den Fall eines Gesichtsfeldes von 128 Pixel×128 Zeilen mit einer Fokussierung in 64 verschiedenen Bereichen sind bisher für jeden Wandler mehr als 1 000 000 digitale Verzögerungsworte nötig gewesen. Die vorliegende Erfin dung benötigt lediglich 2 Speicher, von denen jeder 16 384 Worte speichert. Hieraus ergibt sich eine wesent liche Verringerung des Speicherplatzbedarfs gegenüber bekannten Systemen. In dem später noch genauer erläuter ten System hat sich gezeigt, daß abhängig vom Abtastver hältnis (Anzahl der Lesezyklen pro Schreibzyklus) Strahl ausgangsraten bis zu 10 000 000/s ohne weiteres erzielbar sind.

In der vorliegenden Erfindung wird der Nachschlagevorgang derart aufgeteilt, daß die sehr großen Nachschlagetabel len, die bisher für jeden Wandler nötig waren durch zwei um vieles kleinere Nachschlagtabellen in einer Kaskaden konfiguration ersetzt sind, so daß eine im wesentliche netzförmige Verringerung der Gesamtanzahl des Nachschla getabellen-Speichers pro Wandler ermöglicht wird.

Das Aufteilungsschema verwendet das Prinzip, daß die Anordnung eines jeden Punktes in einem dreidimensionalen Gesichtsfeld durch zwei Richtungskoordinaten und eine Entfernungskoordinate eindeutig definierbar ist. Genauer gesagt, jeder Zielpunkt kann durch seinen Abstand (Ziel bereich) von einem festgelegten Referenzpunkt und durch die Richtung (zwei Koordinaten) der Linie von dem Refe renzpunkt zu dem Ziel definiert werden. Es kann jedoch gezeigt werden, daß die an einem bestimmten Wandler nö tige Strahlsteuerungs-Verzögerung lediglich eine Funktion des Zielabstandes und dem Winkel zwischen zwei Linien, die den festgelegten Referenzpunkt und den speziellen Wandler und den Referenzpunkt und das Ziel verbinden ist und unabhängig ist von der tatsächlichen Zielrichtung. Somit können die zwei Richtungskoordinaten eines jeden Objektpunktes durch einen einzelnen Parameter (für jeden Wandler) ersetzt werden: der Winkel zwischen Linien, die den festgelegten Referenzpunkt und den bestimmten Wandler und das Ziel verbinden. Dieser Winkel, der für gewöhnlich für jeden Wandler und jeden Zielpunkt einzigartig ist, ist ausreichend, die benötigte Verzögerung für jeden ge gebenen Wert der Zielentfernung zu bestimmen.

Somit transformiert die erste Nachschlagtabelle für jeden Wandler erfindungsgemäß die beiden Zielrichtungkoordina ten in eine digitale Darstellung des Winkels zwischen den Linien, welche den festgelegten Referenzpunkt mit dem speziellen Wandler und dem Ziel verbinden und die zweite Nachschlagtabelle für jeden Wandler transformiert den von der ersten Nachschlagtabelle erzeugten Digitalwert für den Wandler zusammen mit der Zielentfernung in ein digi tales Verzögerungs-Steuersignal.

Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Strahlfor mer-Steuervorrichtung für eine Mehrfachwandler-Antennen anordnung mit einem Verzögerungsschaltkreis zur Erzeugung eines Verzögerungs- oder Phasenverschiebungssteuersignal für das von jedem Wandler empfangene Signal (oder umge kehrt zu diesem übertragenen Signal). Jeder Verzöge rungsschaltkreis besteht aus einem Paar von Nachschlag tabellen, wobei die erste Nachschlagtabelle einen oder ein Paar von Signalen empfängt, welches die Richtung des Strahles spezifiziert. Die Eingangssignale sind Vertreter einer Adresse in der Nachschlagtabelle. Das Wort, welches von der Adresse der ersten Nachschlagtabelle ausgelesen wird, wird zur zweiten Nachschlagtabelle übertragen. Dieses Signal, in Verbindung mit einem zweiten Eingangs signal, welches die Entfernung des Ziels angibt, bildet eine Adresse für die zweite Nachschlagtabelle. Ein Wort, welches in der Adresse der zweiten Nachschlagtabelle ge speichert ist, wird hieraus ausgegeben und entspricht einer Verzögerung, d.h. bildet ein Verzögerungssteuersi gnal für den zugehörigen Wandler zur Verzögerung des empfangenen Signales vor der Aufsummierung in einem Sum mierer mit den getrennt hiervon verzögerten anderen Si gnalen der anderen Wandler. Im Fall einer Übertragungs antenne wird die Verzögerung des Signals vor dessen Zu führung zu dem entsprechenden Übertragungswandler ge steuert. Allgemein gesagt, wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeder Verzögerungsschaltkreis aus einer ersten digitalen Vorrichtung zum Empfang eines oder eines Paares von Signalen entsprechend einer Ziel richtung relativ zu einem festgelegten Referenzpunkt, welche als Antwort hierauf ein erstes Signal entsprechend einer Funktion eines Winkels zwischen Linien zwischen dem Referenzpunkt und dem zugehörigen Wandler und dem Refe renzpunkt und dem Ziel erzeugt und einer zweiten digita len Vorrichtung gebildet, welche schaltkreismäßig mit der ersten digitalen Vorrichtung zusammenhängt und welche das erste Signal und ein zweites Signal empfängt, welches die Entfernung des Ziels relativ zum Referenzpunkt anzeigt und welche als Antwort hierauf ein Ausgangssignal ent sprechend dem Steuersignal erzeugt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Er findung weist eine Mehrfachwandler-Antennenanordnung eine Mehrzahl von digitalen Zeitverzögerungseinrichtungen auf, von denen je eine jedem Wandler zugehörig ist, um die Übertragung eines Signals, welches über den Wandler läuft, zu verzögern, wobei weiterhin ein Verzögerungs- Steuereingang vorgesehen ist. Eine A/D-Wandeleinrichtung ist mit jedem Wandler verbunden, um ein Ausgangssignal hiervon zu empfangen, wobei ein Ausgang der A/D-Wandel einrichtung mit einem Eingang einer zugehörigen Zeitver zögerungseinrichtung verbunden ist. Ein Summierer weist Eingänge auf, welche mit den entsprechenden Ausgängen der Zeitverzögerungseinrichtungen verbunden sind, um ver schieden verzögerte Ausgangssignale der Wandler zu emp fangen und um ein Strahl-Ausgangssignal der Antenne zu erzeugen. Eine Steuereinrichtung steuert hierbei die Zeitverzögerung einer jeden Zeitverzögerungseinrichtung.

Jede Steuereinrichtung weist eine erste Nachschlagtabelle zum Empfang eines Signales entsprechend der Richtung ei ner Linie, welche das Ziel mit einem festgelegten Refe renzpunkt verbindet als eine Adresse und zum Ausgeben als Antwort hierauf eines ersten Signales, welches in dieser Adresse gespeichert ist, und welches einen eingeschlos senen Winkel zwischen Linien anzeigt, welche den ent sprechenden Wandler mit dem Referenzpunkt verbinden und den Referenzpunkt mit dem Ziel des entsprechenden Wand lers. Eine zweite Nachschlagtabelle empfängt das erste Signal und ein zweites Signal, welches die Entfernung des Ziels relativ zum Referenzpunkt anzeigt als eine Adresse und gibt als Antwort hierauf ein Verzögerungssteuersignal aus, das in dieser Adresse gespeichert ist. Das Verzöge rungssteuersignal wird dem zugehörigen Verzögerungs steuerungseingang einer zugehörigen Verzögerungseinrich tung zur Steuerung der Signalverzögerung des Signals durch den entsprechenden Wandler hindurch zugeführt. Selbstverständlich kann die Nachschlagtabelle in einem einzelnen Speicher kombiniert werden, wenn die Adressie rungsbedingungen entsprechend eingehalten werden, was allgemein bekannt ist.

Die Signale, welche die Richtung und die Entfernung des Ziels anzeigen werden von einer externen Quelle zuge führt, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind (z. B. von einem handbetätigten Steuerschaltpult), wobei diese Signale einfach digital gewandelte Signale ent sprechend von Gleichspannungen sind, die durch Potentio meter an einer Gleichspannungsquelle oder dergleichen erzeugt wurden. Die Wandler können typische Hydrophone in einem Sonarsystem, Reihenelemente einer Radarantenne etc. sein.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorlie genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch die grundliegenden Prinzipien eines Strahlformers gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Darstellung des Grund konzepts der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Strahlformers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Blockschaltbilddarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, welche in dem Aufbau gemäß Fig. 3 an wendbar ist;

Fig. 5 den schematischen Aufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 schematisch den Aufbau einer weiteren Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Fig. 1 wird eine Antenne 1 aus entsprechenden Wandlern 2 A bis 2 E gebildet, welche aus Gründen der An schaulichkeit in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Ein Referenzpunkt 3 und eine Zielebene 4 sind ebenfalls aus Gründen der einfacheren Darstellung in der gleichen Ebene wie die Wandler angeordnet. Das Ziel 4 ist eine Signalquelle, welche im Empfangsfall zu empfangen ist, welche Signale erzeugen kann oder im Reflektionsfall ausgesendete Signale reflektiert oder streut. Die Fort pflanzungsgeschwindigkeit in dem Medium wird an allen Punkten und in allen Richtungen als gleich angenommen, so daß sich die Signale mit sphärischen Wellenfronten von dem Ziel 4 aus fortpflanzen, wie durch die Linien 5 dar gestellt ist.

Wie aus Fig. 1 eindeutig hervorgeht, wird jede Wellen front von den Wandlern 2 E und 2 D unterbrochen, bevor sie von dem Wandler 2 C unterbrochen wird. Zuletzt erreicht die gleiche Wellenfront die Wandler 2 B und 2 A. Um die Signale von allen Wandlern korrelieren zu können, müssen die Signale von Wandlern die näher an dem Ziel sind um Beträge verzögert werden, die gleich der zusätzlichen Fortpflanzungszeit sind, welche die gleiche Wellenfront braucht, um den von dem Ziel am weitesten entfernten Wandler zu erreichen. Die Fortpflanzungszeit vom Ziel zu jedem Wandler ist gleich dem Abstand zwischen dem Ziel und dem Wandler dividiert durch die Fortpflanzungsge schwindigkeit in dem Medium. Die benötigten Verzögerungen können somit mittels der Wandler- und Objektfeldgeometrie ausgedrückt werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ergibt sich z.B. die Verzögerung für den Wandler 2 C durch den folgenden Ausdruck:

Verzögerung = (r _max - r)/c

wobei:

r _max eine Referenzdistanz gleich oder größer als die Distanz zwischen dem Ziel und dem am meisten entfernten Wandler ist; r die Distanz zwischen dem Ziel und dem Wandler 2 C ist; und c die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des empfangenen Signals in dem betreffenden Medium ist.

Die Einfachheit dieses Ausdrucks täuscht, da für gewöhn lich r nicht explizit bekannt ist, sondern berechnet werden muß oder für jeden Wandler aus den bekannten Koordinaten für den Wandler und das Ziel für jedes neue Ziel bestimmt werden muß. Weiterhin wurde das Beispiel anhand einer Zweidimensionalität dargestellt; Gesichts felder sind jedoch zumeist dreidimensional und können tausende von möglichen Zielpunkten aufweisen. Die Zeit, die nötig ist, diese Berechnungen durchzuführen, ist insbesondere bei einer Echtzeit-Zielverfolgung, einer Abtastung und Videoanwendung kritisch, da hierbei die Steuerverzögerungen sehr schnell und häufig geändert werden müssen.

Wie bereits erwähnt, ist eine Möglichkeit das gesteckte Ziel zu erreichen, eine Wandlerzeit-Verzögerungssteuerung für jeden Wandler zu schaffen, welche einen Speicher aufweist, der eine Nachschlagtabelle für die Zeitverzö gerung einer jeden möglichen Position in dem dreidimen sionalen Gesichtfeld enthält, um das Signal für jeden Wandler bereitzustellen. Somit wäre für ein Gesichtfeld von 128 Pixel×128 Zeilen mit 64 verschiedenen Bereichen eine Nachschlagtabelle für jeden Detektor nötig, welche 1.048.576 Einträge enthält.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine Verzögerungsteuer einrichtung für jeden Detektor verwendet, wie in Fig. 2 dargestellt. In der vorliegenden Erfindung wird ein Paar von Nachschlagtabellen 7 und 8 verwendet. Ein m Bit-Ad ressignal wird m Adressenleitungen 9 der Nachschlagta belle 7 zugeführt, wobei das Adressensignal die Strahl richtung für einen zugehörigen Wandler anzeigt. Ein sich ergebendes Ausgangssignal auf n Ausgangsleitungen 10 der Nachschlagtabelle 7 wird n Adresseneingangsleitungen der Nachschlagtabelle 8 zugeführt. Zur gleichen Zeit wird ein Entfernungssignal aus x-n Bits x-n Adressenleitungen 11 zugeführt, welche zur Nachschlagtabelle 8 führen. Das sich ergebende y Bit-Ausgangssignal (mit weniger Bits als x) von der Nachschlagtabelle 8 auf y Leitungen 12 ent spricht der Verzögerung, welche dem von dem zugehörigen Detektor empfangenen Signal zugeführt werden soll, bevor es mit den Signalen von anderen Detektoren aufsummiert wird (oder alternativ hierzu welche dem Signal zugeführt werden soll, bevor dies dem zugehörigen Wandler zugeführt wird).

Das Eingangssignal auf den Eingangsleitungen 9 entspricht der Strahlrichtung. In dem zweidimensionalen Beispiel von Fig. 1 kann diese Richtung durch einen einzelnen Parame ter, beispielsweise dem Horizontalwinkel der Linie zwi schen dem Ziel 4 und dem Referenzpunkt 3 festgelegt wer den. In dem üblichen dreidimensionalen Fall sind zwei Koordinaten, z.B. Azimut und Höhenwinkel nötig, um ein deutig die Strahlrichtung festlegen zu können. In einem Beispiel kann das Azimut-Eingangssignal für die Nach schlagtabelle 7 aus einem Wort mit 7 Bits geformt sein. Der zugehörige Höhenwinkel-Eingang ist auf ähnliche Weise aus einem Wort mit 7 Bits gebildet. Somit würde die Adresse für die Nachschlagtabelle 7 aus 14 Bits bestehen. Dennoch kann das Ausgangswort von der Nachschlagtabelle 7, welches eine Funktion des Winkels A (Fig. 1) ist durch beispielsweise 8 Bits festgelegt werden: eine Gesamtre duktion von 6 Bits oder einem Faktor von 64.

Das Ausgangswort wird als Teil eines Adressensignals der Nachschlagtabelle 8 zugeführt. Der Rest des Adressensi gnals, der die Entfernung des Ziels anzeigt, wird den Eingangsleitungen 11 zugeführt. Das Wort, welches die Entfernung anzeigt, hat typischerweise 6 Bits. Hieraus folgt, daß die Adresse der Nachschlagtabelle 8 aus 14 Bits bestehen würde.

Da das adressierte Verzögerungssteuerdatum der Nach schlagtabelle 8, das auf die Leitungen 12 ausgegeben wird, würde beispielsweise aus 8 Bits bestehen, was eine wesentliche Verkleinerung im Vergleich zur Wortlänge der eingegebenen Adresse darstellt. Dieses Ausgangssignal bildet die Verzögerungssteuerung mit einer ausreichenden Bitlänge, um die nötige Auflösung zu definieren.

Die Nachschlagtabellen, die in diesem Beispiel verwendet werden, beinhalten je 2¹⁴ (16.384) Wörter, was zu einer Gesamtanzahl von 32.768 Wörtern führt, was eine ganz erhebliche Verringerung im Hinblick auf die 1.048.576 Einträge bei den bekannten Vorrichtungen darstellt.

Die Geometriegrundlagen für die vorliegende Erfindung können durch Neuschreiben der Verzögerungsgleichung von oben in einer etwas abgewandelten Form besser erläutert werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 können die benötigten Verzögerungen am besten relativ zum Zeitpunkt der Ankunft der Wellenfront an einem echten oder hypotetischen Wand ler festgelegt werden, der an dem Referenzpunkt 3 ange ordnet ist. Unter der Annahme, daß der Abstand vom Refe renzpunkt 3 zum Ziel 4 als Zielentfernung definiert ist, beträgt der Verzögerungsbetrag, der den Signalen des Wandlers 2 C zugeführt werden muß wie folgt:

Verzögerung = d _ref + (R - r)/c

wobei:

d _ref die am Referenzpunkt 3 benötigte Verzögerung ist; und R die Zielentfernung ist.

Das ebene Dreieck, das durch Ziel, Referenzpunkt und Wandler 2 C gebildet wird, kann nach r aufgelöst werden, und erlaubt daß die Verzögerung wie folgt geschrieben wird:

Verzögerung = d _ref + [R - (R ² + x ² - 2Rx cos A) ^1/2]/c

wobei:

A der Winkel zwischen den Linien ist, welche Referenzpunkt und Zielpunkt und Referenzpunkt und Wandler 2 C verbinden; und x der Abstand zwischen Wandler und Referenzpunkt ist.

Es sei hier festgehalten, daß, obwohl das Beispiel zwei dimensional ist, dieser Ausdruck auch im dreidimensiona len Raum voll zutrifft.

Das wesentliche in dieser Form des Ausdrucks der Verzö gerung ist, daß für jeden gegebenen Wandler die Strahl steuerungsverzögerung eine Funktion von lediglich zwei variablen Parametern, nämlich von R und A ist. Weiterhin ist der Winkel A für jeden gegebenen Wandler durch die Strahlrichtung (Richtung der Linie vom Referenzpunkt zum Zielpunkt) und durch die Anordnung des Wandlers eindeutig festgelegt und ist unabhängig von der Zielentfernung R. Somit können die beiden Strahlrichtungskoordinaten (z.B. Pixel und Zeile oder Azimut und Höhenwinkel) in einen einzigen Zwischenparameter (A) umgewandelt werden, und zwar völlig unabhängig von der Entfernungskoordinate (R), so daß hiermit das dreidimensionale Nachschlagen auf zwei kaskadenartig hintereinandergeschaltete zweidimensionale Nachschlagvorgänge verringert ist. Das Verzögerungssignal wird somit von einem dreidimensionalen in ein zweidimen sionales Problem transformiert, welches erheblich ver ringerten Speicherbedarf im Vergleich zu einem Speicher für dreidimensionale Parameter benötigt.

Die Nachschlagtabellen 7 und 8 können Speicher mit wahl freiem Zugriff (RAM) sein. Ein einzelner, auf einem 128k-Chip realisierter Speicher für die Nachschlagtabelle 7, z.B. der Typ 27128, kann eine Gesamtzahl von 16.384 einzelnen Strahlrichtungswörtern aufnehmen. Dies reicht aus für ein Gesichtsfeld von 128 Pixel×128 Pixel oder 360 Inkrementen in Azimut-Richtung mit einem Höhenwinkel von 45. Im schlimmsten Fall (volle sphärische Abdeckung) ist diese Größe von Speicher in der Lage, eine Auflösung von 2° sowohl in Azimut als auch Höhenrichtung zu bilden, obwohl das Definieren der Strahlen auf diese Art und Weise nicht der am meisten wirksame Gebrauch von Nach schlagtabellen-Adressen ist, wenn das Kriterium gleich förmige Winkelüberstreichung des Gesichtsfeldes ist. Es sei hier festgehalten, daß der Adressencode einfach als ein Listing der Strahlrichtungen in jeder beliebigen Reihenfolge (beispielsweise in einer Rast-Abtastfolge) sein kann und auf die Strahlen kann wahlfrei zugegriffen werden.

Das Adressenfeld eines Speicherchips des Typs 27128 ist 14 Bits breit. Ein ähnlicher Speicherchip kann auch für die Nachschlagtabelle 8 verwendet werden. Da 8 Bits für die Eingangsadresse der Nachschlagtabelle 8 verwendet werden, um die Funktion des Winkels A (Ausgang von der Nachschlagtabelle 7) zu spezifizieren, sind 6 Bits für die Entfernungsdaten (x-n) verfügbar. Das am meisten ef fiziente Kodierungsschema ist das, das eine gleichmäßige Verteilung von Verzögerungsfehlern von unendlich bis mi nimalen Abstand, auf den der Strahlformer fokussieren kann, erzeugt.

Der Effekt der Entfernungsauflösung in der Verzögerungs bestimmung ist hochgradig nichtlinear und reicht von sehr groß im Nahfeld bis vernachlässigbar im Weitfeld. Ein nichtkodiertes Entfernungseingangssignal würde eine verschwenderisch hohe Nachschlagtabelle-Adressenwortlänge benötigen, um eine annehmbare Auflösung für ein Ziel im Nahfeld zu erzeugen. Daher ist es wünschenswert, die An zahl von Wörtern, die für Nahfeldentfernungen gespeichert sind zu erhöhen und die Anzahl von Entfernungen für das Weitfeld zu verringern, d.h. umgekehrt zur Nichtlineari tät.

Somit ist jeder Zeitverzögerungssteuerschaltkreis iden tisch mit der Ausnahme der Daten, die in jedem Speicher bereich der Nachschlagtabellen gespeichert sind.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines digitalen Zeitver zögerers und Summenstrahlformers. Wandler 15 unterbrechen die von dem Ziel empfangenen Signale. Die empfangenen Signale laufen durch zugehörige Verstärker 16 und die verstärkten Signale werden A/D-Wandlern 17 zugeführt. Hier werden die Signale in digitale Form gewandelt und dann steuerbaren Zeitverzögerungsschaltkreisen 18 zuge führt. Nachdem sie einer Zeitverzögerung unterworfen wurden, werden die digitalisierten Signale von den Wand lern auf die Eingänge eines Summierungsschaltkreises 19 gelegt, dessen Ausgang 20 das Strahlausgangssignal für die Antenne ist. Ein Zeitgeber- und Steuerschaltkreis 21 steuert die Zeitverzögerungen in den Zeitverzögerungs schaltkreisen 18, sowie die Arbeitsweise der A/D-Wandler 17 und des Summierungsschaltkreises 19. Der Schaltkreis 21 liefert Steuersignale an die Zeitverzögerungsschalt kreise 18, um eine elektrische Steuerung (Strahlformung) der Antenne zu erreichen, und um die Verzögerungscharak teristiken zu erfüllen, die nötig sind, die genau Lage des Zieles 4 in einem dreidimensionalen Raum zu identi fizieren, wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 be schrieben, wobei dies innerhalb der Auflösungskapazität der Antenne erfolgt.

Fig. 4 zeigt den Zeitverzögerungsschaltkreis, der inner halb eines jeden Blockes 18 in Fig. 3 enthalten ist. Die Nachschlagtabelle 7 empfängt ein Strahlrichtungssignal auf ihren Eingangsadressenleitungen 9. Die Adresse kann als vordefinierte Strahlennummer spezifiziert werden, welche vorstandardisiert wurde, um eine gewisse Richtung anzuzeigen.

Das Ausgangssignal der Nachschlagtabelle 7 läuft über die Ausgangsleitungen 10 zusammen mit einem Entfernungs adressensignal auf Eingangsleitungen 11 zu den Adressen eingängen der Nachschlagtabelle 8. Das Entfernungsein gangssignal kann entweder durch einen Entfernungscode repräsentiert werden, der vordefiniert wurde, um eine vordefinierte Entfernung anzuzeigen. Der Entfernungscode und das Ausgangssignal der Nachschlagtabelle 7 bilden zusammen den Adresseneingang der Nachschlagtabelle 8, welche wiederum ein Verzögerungssteuersignal auf der Ausgangsleitung 12 erzeugt.

Das über einen Wandler 15 vom Ziel empfangene, digitali sierte Signal wird über eine Eingangsdatenleitung 23 ei nem Datenanschluß DIN eines Datenspeichers 24 zugeführt. Die Schreibadresse, welche dem Ausgangs-Datensignalwort von der Nachschlagtabelle 8 zugefügt wird, wird auf Da tenadressenleitungen 25 empfangen, welche mit dem Eingang eines Summierungsschaltkreises 26 verbunden sind. Das Ausgangssignal des Summierungsschaltkreises 26 wird dem Adresseneingang des Datenspeichers 24 zugeführt.

Vorzugsweise werden die Datenadressen-Quellensignale in einem Zähler erzeugt, der lediglich die Adreßstellen zum Schreiben der Eingangsdaten von den Wandlern, die auf den Datenleitungen 23 laufen inkrementiert. Hierbei ist es vorzuziehen, daß der Datenspeicher 24 ein Schieberegister (rotating buffer) ist, der nur die Daten sequentiell von einem Ende des Speichers zum anderen schreibt und dann wieder am Anfang beginnt und hierbei die alten Daten überschreibt, sobald das Speicherende erreicht worden ist.

Das Verzögerungssignal von der Nachschlagtabelle 8 läuft durch ein UND-Gatter 27 zu einem anderen Eingang des Summierungsschaltkreises 26. Der zweite Eingang des UND-Gatters 27 ist mit einem Steuereingang 28 verbunden, der ebenso mit einem Lese-Schreib-Eingang (R/W) des Da tenspeichers 24 verbunden ist. Das verzögerte Eingangs datum wird an einer Datenausgangsleitung 29 vom Daten speicher 24 erhalten. Das verzögerte Datum auf der Lei tung 29 eines jeden Datenspeichers wird mit einem ent sprechenden Eingang des Summierungsschaltkreises 19 (Fig. 3) verbunden.

Im Betrieb implementiert ein externer Steuerschaltkreis (der nicht Teil dieser Erfindung ist) einen Schreibzyklus. Ein Schreibimpuls wird auf der Steuerleitung 28 empfan gen, mit dem R/W-Anschluß des Datenspeichers verbunden und versetzt den Datenspeicher 24 in den Schreibmodus. Zur gleichen Zeit wird das UND-Gatter 27 gesperrt. Daten auf den Eingangsleitungen 23 von einem zugehörigen Wand ler werden in den Datenspeicher 24 in der Adresse ge schrieben, die durch die Signale auf den Adressenleitun gen 25 spezifiziert ist.

Es sei nun angenommen, daß der Datenspeicher 24 mit Date von vorhergehenden Zyklen gefüllt ist, die Datenadressen inkrementieren und der Steuereingang 28 in einen Lesezyk lus schaltet. Das UND-Gatter 27 wird freigegeben und er laubt, daß die Ausgangsdaten von der Nachschlagtabelle 8 zu dem Summierungsschaltkreis 26 laufen. Die Adresse des Datums auf der Leitung 25 wird somit um den Wert des Ausgangsdatums von der Nachschlagtabelle 8 inkrementiert. Die Leseadresse des Datenspeichers 24 wird somit von der Adresse, in die gerade geschrieben wurde inkrementiert, wobei die Inkrementierung eine Verzögerung darstellt.

Auf diese Art werden Schreib- und Lesezyklen zeitlich gemultiplext, wobei vorzugsweise mehrere Lesezyklen für jeden Schreibzyklus stattfinden sollten. Die Strahlaus gangsrate wird somit im wesentlichen unabhängig von der abgetasteten Dateneingangsrate. Die Abtastrate wird be stimmt durch Anforderungen hinsichtlich der Strahlfor mungs-Zeitverzögerung und der Auflösung und nicht durch eine Abtasttheorie und ist normalerweise um vieles höher als die Nyquist-Rate.

Die Zeitverzögerung eines bestimmten Ausgangs-Abtastwer tes ist einfach die Differenz zwischen der Leseadresse und der Schreibadresse multipliziert mit dem Abtastin tervall. Es soll hier festgehalten werden, daß es die Relativverzögerung zwischen den Signalen der Wandler ist, welche wichtig für die Strahlformung ist, und nicht der Absolutbetrag der Verzögerung.

Die Minimalkapazität des Datenspeichers ausgedrückt in der Anzahl von Abtastwerten, die speicherbar sind, wird bestimmt durch die Abtastrate und die gewünschte maximale Verzögerung, welche eine Funktion der Strahlengeometrie und der Steuerwinkel ist. In der Praxis sollte ein grö ßerer Datenspeicher verwendet werden, so daß mehrere Ab tastwerte eines jeden Strahles (in einer schnappschußar tigen Zeitsequenz) erhaltbar sind, ohne auf neue Daten warten zu müssen.

Die Wortgröße des Datenspeichers kann so klein wie ein Bit sein, wobei in diesem Falle einfache Begrenzer schaltkreise anstelle der A/D-Wandler verwendbar sind, oder aber die Wortgröße kann so groß wie gewünscht sein. Die Wahl der Wortgröße hängt normalerweis ab von Überle gungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit eines Sonars oder Radars und weniger von Einschränkungen hinsichtlich der Strahlformungstechnik.

Weiterhin soll festgehalten werden, daß der Strahlnummer (Richtung)-Entfernungscode (Entfernung), die Datenadresse und die verschiedenen Steuersignale extern erzeugt werden und für alle Verzögerungsschaltkreise in dem System ge meinsam sind. Der einzige Unterschied zwischen den Schaltkreisen für jeden Wandler besteht in den Daten, die in den Nachschlagtabellen gespeichert sind.

Der Summierungsschaltkreis oder Addierer 26 führt eine Verschiebung der Verzögerung relativ zur momentanen Schreibadresse durch, so daß keiner der Verzögerungswerte die Grenze zwischen den alten und neuen Daten überlappt und gestattet der Steuerung, schrittweise durch eine Zeitfolge von "Schnappschüssen" eines jeden Strahles zu laufen.

Fig. 5 zeigt eine Realisierung des Blockschaltbildes von Fig. 4. Als Nachschlagtabellen 7 und 8 sind löschbare, programmierbare Lesespeicher (EPROMs) 30 und 31 vorgese hen, von denen jedes vorzugsweise der Typ 27128 (128k) ist. Die 14 Adresseneingänge A 0 bis A 13 empfangen das Strahlnummerwort oder ein Paar von Worten. Die acht Da tenausgangsanschlüsse D 0 bis D 7 des EPROM 30 sind mit acht Adressenleitungen des EPROM 31 verbunden, wohingegen sechs Eingangsleitungen, welche den Entfernungscode tra gen, mit den verbleibenden Adressanschlüssen des EPROM 30 verbunden sind, so daß ein Adreßsignal mit 14 Bits den Anschlüssen A 0 bis A 13 zugeführt wird.

Die acht Datenausgangsanschlüsse D 0 bis D 7 des EPROM 31 (Nachschlagtabelle 8) werden mit dem Eingang eines Hal tekreises 32 des Typs 273 verbunden. Der Ausgang des Latch oder Haltekreises 32 ist mit einem Summierungs schaltkreis 33 des Typs 283 verbunden. Der Haltekreis 32 führt die Funktion des UND-Gatters 27 (Fig. 4) durch und verbessert die Systemgeschwindigkeit durch Entfernen der Nachschlagtabellen-Zugriffszeit von dem Zeitzyklus des Datenspeichers. Dies ist vorteilhaft, da auf den Daten speicher normalerweise um vieles häufiger zugegriffen wird, als auf die Nachschlagtabelle.

Das Datenadressensignal (z.B. 11 Bits) wird über die Adressenleitungen 25 dem anderen Eingangsanschluß des Summierungsschaltkreises 33 zugeführt und der Ausgangs anschluß mit 11 Bit des Summierungsschaltkreises 33 wird mit den Adressenanschlüssen A 0 bis A 10 eines Datenspei chers 34 verbunden. Der Datenspeicher 34 kann ein 2k×8 statisches RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) sein.

Die digitalisierten Eingangsdaten von dem Wandler laufen durch einen Tri-state-puffer 35 und werden auf die Daten anschlüsse D 0 bis D 7 des Datenspeichers 34 gelegt. Die gleichen Anschlüsse werden verwendet, das verzögerte Ausgangsdatum auf eine Leitung 36 zu legen.

Die Speicher 30 und 31 können natürlich größer sein, z.B. 512k um die Auflösung zu erhöhen, und da die Preise für derartige Speicherbausteine sinken, ist diese Möglichkeit in Erwägung zu ziehen. Jeder der beschriebenen Speicher ist mit 16.382 8-Bitwörtern organisiert, so daß der Speicher 30 eine Gesamtanzahl von 16.384 verschiedenen Strahlrichtungen abdecken kann, was, wie bereits erwähnt, ausreichend für ein Gesichtsfeld von 128 Pixel×128 Pixeln oder 360 Inkrementen in Azimut×45 in Höhenwinkel ausreicht. Der Speicher 31 erzeugt ein 8 Bit-Ver zögerungswert.

Die verbleibenden Steuerleitungen für jeden der Speicher (z. B. CS, WE etc.) sind allgemein bekannt und werden hier nicht näher erläutert.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegen den Erfindung. In dieser Ausführungsform werden die Nachschlagtabellen unter Verwendung von dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAMs) 40 und 41 rea lisiert. Jeder Speicher hat eine Kapazität von 64k Wör tern mit 9 Bits pro Wort. Das DRAM 40 wird ähnlich wie der Speicher 30 in der Ausführungsform gemäß Fig. 5 adressiert. Allerdings sind die Datenausgangsleitungen D 0 bis D 8 mit einer Gruppe von Eingängen eines 2:1 Multi plexers 42 mit den Entfernungscodedaten verbunden und die Leitungen 11 sind mit der anderen Eingangsgruppe verbun den. Die Ausgangsanschlüsse des Multiplexers 42 sind mit den Adresseneingängen A 0 bis A 7 des DRAM 41 verbunden. Die Datenausgangsleitungen D 0 bis D 8 des DRAM 41 sind mit den Eingängen eines Haltekreises 43 verbunden und die Ausgänge des Haltekreises 43 sind mit einem Satz von Eingängen des Summierungsschaltkreises 33 verbunden. Der andere Satz von Eingängen des Sunmierungsschaltkreises 33 ist mit den Adressenleitungen 25 ähnlich wie in der Aus führungsform von Fig. 5 verbunden. Der Ausgang des Sum mierungsschaltkreises 33 ist mit den Adresseneingängen des Datenspeichers 34 verbunden, der in diesem Fall ein 4k Wort×8 Bit RAM ist.

Der oben beschriebene Schaltkreis arbeitet ähnlich wie der Schaltkreis gemäß Fig. 5 mit der Ausnahme, daß hier der Multiplexer 42 verwendet wird, das 9 Bit-Ausgangssi gnal des DRAM 40 und das 7 Bit-Entfernungssignal mitei nander zu verbinden, um ein 8 Bit-Adressenwort für das DRAM 41 zu bilden. Allerdings sind Daten in DRAMs flüch tig; die Daten für die Nachschlagtabellen müssen jedesmal vom Systemcontroller übernommen werden, wenn das System hochgefahren wird. In der Lage zu sein, die Nachschlag tabellen neu zu laden ist sehr vorteilhaft in Anwen dungsfällen, in denen sich die Bereichsgeometrie langsam ändert, so wenn z.B. die Wandler aus der Luft abgeworfene Treib-Sonarbojen, z.B. für militärische Unterwasseror tungssysteme sind. Die Verwendung von Ein-Bit breiten Speichern erlaubt außerdem eine größere Flexibilität in der Wortlänge der Nachschlagtabelleneingänge und -aus gänge, jedoch mit dem Aufwand einer höheren Schaltkreis komplexität.

Um die Speicher zu laden, werden einzuschreibende Daten auf Datenleitungen 43 von dem externen Controller zur Verfügung gestellt. Die Datenleitungen sind mit den Da tenanschlüssen des Speichers 40 über einen Tri-state puffer 44 verbunden und mit den Datenanschlüssen D 0 bis D 8 des Speichers 41 über einen Tri-state-puffer 45 ver bunden. Externe Steuerleitungen sind mit den Steuerein gängen der Tri-state-puffer 44 und 45 über einen Bus 48 verbunden.

Schreibadreß-Leitungen 46 führen Speicherauswahlsignale für die DRAMs 40 und 41 von einem externen Controller zu einem Adressendekoder 47, in welchem sie dekodiert wer den. Die Ausgangsleitungen des Dekoders 47 sind mit den Chip-Auswahleingängen der Speicher 40 und 41 verbunden. Um die Speicher 40 und 41 zu laden, werden Daten auf den Leitungen 43 zur Verfügung gestellt und entweder durch den Tri-state-puffer 44 oder den Puffer 45 unter Steue rung eines Puffer-Freigabesignales auf dem Bus 48 ge führt. Die Speicherauswahl-Adresse erscheint auf dem Adreßbus 46, wird dekodiert und ein sich ergebendes Freigabesignal erscheint an dem Eingang des Speichers 40. Die Daten werden in die Adresse geladen, die durch die Adreßleitungen 9 definiert ist.

Daten, welche in dem Speicher 41 geladen werden, werden durch den Tri-state-puffer 45 von den Leitungen 43 zur Verfügung gestellt, der Speicher 41 wird durch ein Signal am Adreßbus 46 aktiviert, welches im Dekoder 47 dekodiert wird und wird dann dem Anschluß des Speichers 41 zuge führt.

Nachschlagtabellen-Daten, welche eingelesen werden, er scheinen an den Anschlüssen D 0 bis D 8 des Speichers 41 über den Puffer 45 und werden in den Speicher in Adressen geladen, die durch Adreßdaten, welche über den Puffer 44 unter Steuerung eines Signals auf dem Bus 48 und Adreß daten auf den Leitungen 11 spezifiziert sind. Die Adreß daten laufen durch den Multiplexer 42 auf die Adressen eingänge A 0 bis A 7 des Speichers 41. Adreßdaten, die durch den Puffer 44 laufen werden nicht in dem Speicher 40 geladen, da der Speicher 40 zu diesem Zeitpunkt durch ein Sperrsignal an seinem Freigabeanschluß als Ergebnis des von dem Dekoder 47 dekodierten Signales gesperrt ist.

Während des normalen Nichtlade-Vorganges des Schaltkrei ses sind die Tri-state-puffer 44 und 45 durch Steuersi gnale auf dem Steuerbus 48 nichtleitend geschaltet. Die beiden Speicher 40 und 41 werden mittels eines Adreßsi gnales, welches auf dem Adreßbus 46 erscheint und vom Dekoder 47 dekodiert wird, um die benötigten Freigabesi gnale zu erhalten, ausgewählt.

Das Strahlrichtungs-Auswahlsignal wird extern auf den Adreßbus 9 gelegt. Das Wort mit 9 Bits, das in der adressierten Stelle des Speichers 40 gespeichert ist, wird an den Datenausgängen D 0 bis D 8 des Speichers aus gegeben und erscheint am Eingang des Multiplexers 42. Gleichzeitig wird ein 7 Bit-Entfernungssignal extern auf die Leitungen 11 gelegt, und vervollständigt die Adresse für den Speicher 41. Der Multiplexer 42 kombiniert die beiden Signale und legt ein 8 Bit-Adressensignal an die Adresseneingänge des Speichers 41, der wiederum ein 9 Bit-Verzögerungssignal aus seiner Adresse an den Halte kreis 43 gibt. Das gehaltene 9 Bit-Signal wird einem der Anschlüsse des Summierungsschaltkreises 33 zugeführt, der sie mit den 12 Bit-Daten auf den Bus 25 kombiniert und ein Adressensignal für den Datenspeicher liefert.

Der externe Controller kann von einem Durchschnittsfach mann problemlos entwickelt werden, um die externen Si gnale erzeugen zu können, wie oben beschrieben wurde. Der Rest des Schaltkreises gemäß Fig. 6 arbeitet ähnlich wie der gemäß Fig. 5.

Das verzögerte Wandlerdaten-Ausgangssignal auf den Lei tungen 36 von jedem der Schaltkreise wird dem digitalen Summierungsschaltkreis (Fig. 3) zugeführt, wo eine Auf summierung erfolgt, um das Ausgangssignal der Antenne auf der Leitung 20 zu erzeugen.

Der beschriebene Strahlformer ist für eine Expansion sehr gut geeignet. Dies kann sehr effektiv dadurch erreicht werden, daß die Strahlformer-Grundeinheit derart ausge legt wird, daß sie eine feste Anzahl von Wandelkanälen (z.B.) 64 abarbeiten kann und in dem zwei oder mehrere Einheiten im Parallelbetrieb gefahren werden.

Zusätzliche Strahlformer, welche die gleichen Wandlerda ten parallel abarbeiten, können verwendet werden, um die Anzahl von Strahlabtastwerden pro Sekunde (der gleichen Anzahl von Strahlen) zu erhöhen, oder um die Anzahl von Strahlen bei der gleichen Strahlenausgangsrate zu erhöhen oder beides. In jedem Fall ist eine logische Schaltung vorzusehen, welche nach dem A/D-Wandlern eingesetzt wird, um die zusätzlichen Strahlformer miteinander zu verbinden und um funktionelle Verdoppelungen zu vermeiden.

Ähnlich können zwei oder mehr Strahlformer parallel ange ordnet werden, um eine größere Anzahl von Wandlern abzu arbeiten, obwohl in diesem Fall der digitale Summie rungsschaltkreis vergrößert werden müßte.

Die grundlegenden Verzögerungsschaltkreise wie oben beschrieben, sind sowohl in der Lage zu übertragen, als auch zu empfangen. Bei einer Übertragung müßte der Da tenspeicher (24 oder 34) mit einer geeigneten Wellenform programmiert werden (z.B. Chirp) und ein D/A-Wandler ge folgt von einem Leistungsverstärker müßte an dem Ausgang vorgesehen werden, um das zugehörige Wandelelement zu treiben.

Der beschriebene Strahlformer ist entweder für aktive oder passive Einsätze anwendbar. Wenn die Anwendung als Empfangs-Strahlformer bei einem Sonar erfolgt, wird der Entfernungscode, der von dem Systemcontroller erzeugt wird, vorzugsweise linear mit der Zeit nach jedem Über tragungsimpuls angehoben, so daß die empfangenen Echos immer fokussiert sind. Bei Anwendungsfällen mit einem passiven Empfänger kann die Entfernungsfunktion unter der Steuerung einer Bedienungsperson liegen.

Die vorliegende Erfindung ist auch bei Strahlformern mit Phasenverschiebung anwendbar. Da normalerweise weniger Bits nötig sind, um eine Phasenverschiebung zu spezifi zieren (im Gegensatz zu einer Zeitverzögerung) kann die Ausgangswortlänge der zweiten Nachschlagtabelle (Nr. 8 in Fig. 4) verringert werden.

Obwohl die Systemausführung, die beschrieben wurde, auf eine akustische Sonar-Anwendung zutrifft, kann das er findungsgemäße System ohne weiteres auch in Radarsyste men, insbesondere in Radarsystemen mit einem digital ge steuerten Phasenverschieber angewendet werden. Nieder frequenz-Radars, wie diejenigen, die für horizontüber greifende Anwendungen eingesetzt werden, können den Strahlformer direkt im Basisband verwenden.

Der beschriebene Strahlformer ist auch vollkompatibel mit Systemen, bei denen eine Korrelations-Verarbeitung des Strahlsignalausgangs für eine Impulskompremierung oder für eine Erkennung von codierten Pulsen verwendet wird.

Claims

1. Strahlformer-Steuervorrichtung für eine Mehrfach wandler-Antennenanordnung, gekennzeichnet durch:
einen Verzögerungsschaltkreis zur Erzeugung eines Verzögerungs- oder Phasenverschiebungs-Steuersignals für jeden Wandler, wobei jeder Verzögerungsschalt kreis eine erste digitale Vorrichtung zum Empfang eines oder eines Paars von Signalen, welche eine Zielrichtung relativ zu einem festgelegten Refe renzpunkt anzeigen und zum Erzeugen als Antwort hierauf eines ersten Signals aufweist, welches eine Funktion eines eingeschlossenen Winkels zwischen Linien bildet, welche den Referenzpunkt und den zu gehörigen Wandler und den gleichen Referenzpunkt und ein Ziel miteinander verbinden; und
eine zweite digitale Vorrichtung in Schaltkreisver bindung mit der ersten digitalen Vorrichtung, zum Empfang des ersten Signals und eines zweiten Si gnals, welches die Entfernung des Ziels relativ zum Referenzpunkt anzeigt und zum Erzeugen als Antwort hierauf eines Ausgangssignals entsprechend dem Steuersignal.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der digitalen Vorrichtungen aus einer er sten Nachschlagtabelle zum Empfang der anzeigenden Zielrichtungssignale als erste Nachschlagtabellen- Adresse und zum Lesen als Antwort hierauf eines entsprechenden digitalen Wortes, welches das erste Signal definiert und einer zweiten Nachschlagtabelle besteht, welche das erste Signal und das zweite Si gnal als zweite Nachschlagtabellen-Adresse empfängt und als Antwort hierauf ein entsprechendes digitales Wort ausliest, welches das Ausgangssignal defi niert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Nachschlagtabelle mehr Wörter, welche die Nahfeld-Verzögerungswerte defi nieren als Wörter, welche die Weitfeld-Verzöge rungswerte definieren beinhaltet, so daß die Anten nenauflösung im Nahfeld höher ist als die im Weit feld.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Nachschlagtabellen als Speicher mit wahlfreiem Zugriff (ROM) ausgebildet sind.

5. Mehrfachwandler-Antennenanordnung, gekennzeichnet durch:

a) eine Mehrzahl von digitalen Zeitverzögerungs einrichtunge, von denen je eine einem Wandler zugeordnet ist, um eine Signalübertragung hier durch zu verzögern und welche einen Verzöge rungs-Steuereingang aufweisen;
b) A/D-Wandler, welche mit jedem Wandler verbunden sind, um ein Ausgangssignal hiervon zu empfangen und welche einen Ausgang aufweisen, der mit ei nem Eingang einer zugehörigen Zeitverzögerungs einrichtung verbunden ist;
c) Summierungseinrichtungen mit Eingängen, welche mit den Ausgängen der Zeitverzögerungseinrich tungen verbunden sind, um Ausgangssignale der Wandler zu empfangen und ein Strahlausgangssi gnal der Antenne zu erzeugen;
d) Steuervorrichtungen zur Steuerung der Zeitver zögerung einer jeden Zeitverzögerungseinrich tung, wobei jede Steuereinrichtung aufweist:
eine erste Nachschlagtabelle zum Empfang eines Signales, welches die Richtung eines Ziels re lativ zu einem festgelegten Referenzpunkt an zeigt und zum Ausgeben eines ersten Signals, welches einen eingeschlossenen Winkel zwischen Linien anzeigt, welche den Referenzpunkt und einen zugehörigen Übertrager und den gleichen Referenzpunkt und das Ziel miteinander verbinden und
eine zweite Nachschlagtabelle zum Empfang des ersten Signales und eines zweiten Signales, welches die Entfernung des Ziels relativ zum Referenzpunkt anzeigt und zum Ausgeben eines Verzögerungs-Steuersignales als Antwort hierauf; und
e) Einrichtungen zum Zuführen des Verzögerungs- Steuersignals zu dem zugehörigen Verzögerungs- Steuereingang einer zugehörigen Verzögerungs einrichtung, um die Verzögerung der Übertragung eines Signals von einem zugehörigen Wandler zu steuern.

6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachschlagtabellen für jede Zeitverzögerungs einrichtung Speicher mit wahlfreiem Zugriff (ROM) sind, welche Wörter, die das erste Signal und das Verzögerungs-Steuersignal anzeigen in festgelegten Adreßbereichen speichern, wobei die Zielrichtungs signale in Form einer Zielrichtungs-Beschreibung vorliegen, die eine erste digitale Adresse zum Lesen eines Wortes aus einer entsprechenden Adressenstelle bildet, wobei weiterhin das zweite Signal in Form einer Entfernungscode-Beschreibung vorliegt, welche eine zweite digitale Adresse in Kombination mit dem ersten Signal bildet, um ein Wort in einer zugehö rigen Adressenstelle entsprechend dem Verzögerungs steuersignal zu lesen.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zeitverzögerungseinrichtung in Form eines di gital gesteuerten Phasenverschiebers vorliegt.

8. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zeitverzögerungseinrichtung einen Datenspeicher aufweist, zum Schreiben von digitalen Ausgangssi gnalen von einem zugehörigen A/D-Wandler und zum Lesen des Datenspeichers an einer Adresse, welche von einem zugehörigen Verzögerungs-Steuersignal spezifiziert worden ist.

9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenspeicher in Form eines Schieberegisters vorliegt, und Einrichtungen aufweist, mittels denen die digitalen Signale in sequentiellen Adreßbereiche einschreibbar sind und weiterhin Einrichtungen auf weist, um die digitalen Signale aus den sequentiel len Adreßbereichen auszulesen, welche von den Schreibadressen um einen Adressenschritt entfernt sind, der durch das Verzögerungs-Steuersignal defi niert ist.

10. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haltekreis vorgesehen ist, der mit dem Daten ausgang der zweiten Nachschlagtabelle verbunden ist, um vorübergehend die Verzögerungs-Steuersignale zur Adressierung des Datenspeichers zu speichern.

11. Verfahren zur Steuerung der Strahlrichtung einer Mehrfachwandler-Antennenanordnung, gekennzeichnet durch:
Speichern erster digitaler Wörter entsprechend eines eingeschlossenen Winkels zwischen Linien, welche einen Referenzpunkt mit einem Wandler und den glei chen Referenzpunkt mit einem Ziel verbinden für je den Wandler in einer entsprechenden Nachschlagta belle;
Speichern zweiter digitaler Wörter entsprechend Verzögerungs-Steuersignalen, welche den Entfernungen eines Ziels relativ zum Referenzpunkt für jedes der ersten digitalen Wörter entsprechen in einer zweiten Nachschlagtabelle, welche der ersten Nachschlagta belle für jeden Wandler zugehörig ist;
Adressieren jeder ersten Nachschlagtabelle mit einem Adreßsignal entsprechend der Richtung des Ziels, um ein entprechendes erstes digitales Wort zu erhal ten;
Adressieren jeder zweiten Nachschlagtabelle mit ei nem entsprechenden ersten digitalen Wort kombiniert mit einem Signal entsprechend der Entfernung des Ziels, um ein entsprechendes zweites digitales Wort zu erhalten; und
Verzögern eines Signals, welches von einem entspre chenden Wandler empfangen wurde um einen Betrag entsprechend dem zweiten digitalen Wort.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bits des ersten digitalen Wortes kleiner als die Anzahl der Bits des Adreßsignals entsprechend der Richtung des Zählers ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß das von jedem Wandler empfangene Si gnal in sequentiellen Speicherbereichen gespeichert wird und die gespeicherten Signale wiederholt an Stellen ausgelesen werden, welche von den Speicher stellen um einen Betrag entsprechend dem zweiten digitalen Wort versetzt sind.