DE3816462C2 - Vorrichtung zum Aufbereiten von über einen Schmalbandsignal zu übertragenen Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Signalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

In der DE 30 24 277 A1 ist ein Senderempfänger für Frequenz­ modulationsbetrieb beschrieben. Bei dieser bekannten Vor­ richtung wird ein Empfangssignal aufgeteilt und zwei Mi­ schern zugeführt. Den beiden Mischern werden außerdem ein Ausgangssignal einer Oszillatorschaltung einmal direkt und einmal um 90° phasenverschoben zugeführt. Die Ausgangs­ signale der Mischer werden jeweils getrennt über Tiefpässe, Verstärker, Hochpässe sowie 45° Phasenschieber geleitet und anschließend in einem Summierglied zusammengeführt. Das Aus­ gangssignal des Summierglieds wird der Oszillator/Modula­ torschaltung zur Modulation zurückgeführt, und von dort über eine Sendeantenne weitergesendet.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das Empfangssignal le­ diglich verstärkt und mit der gleichen Frequenz und der gleichen Bandbreite weitergesendet.

In der DE 30 24 278 A1 ist ein Gleichkanal-Duplexsen­ der/Empfänger für Amplituden-Modulationsbetrieb beschrieben. Mit diesem Sender/Empfänger können Signale gleichzeitig auf dem gleichen Kanal empfangen und gesendet werden. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das Empfangssignal zwei Mischern zugeführt und darin mit dem Signal eines Empfänger-Oszilla­ tors einmal direkt und einmal um 90° phasenverschoben ge­ mischt. Die Ausgangssignale der Mischer werden Kombinatoren zugeführt, die außerdem mit Rückkopplungssignalen von zwei Korrelatoren gespeist werden. Das Ausgangssignal der Kombi­ natoren wird tiefpaßgefiltert, verstärkt und einem Demodula­ tor zugeführt. Das Ausgangssignal des Demodulators dient zur Modulation des Signals des Empfänger-Oszillators in einem Modulator. Das so modulierte Signal wird über eine Sendean­ tenne abgestrahlt.

In DE 30 21 216 A1 ist ein Relaissender-Empfänger, insbeson­ dere für AM-Duplexbetrieb beschrieben. Diese Vorrichtung weist zwei Gegentakt-Mischstufen auf, die beide von der Empfangs- und der Sendeantenne gespeist werden. Die Aus­ gangssignale der Gegentakt-Mischstufen werden einem Multi­ plizierer zugeführt, dessen Ausgangssignal zur Ansteuerung eines Trägerfrequenzoszillators dient. In einem Modulator wird das Signal des Trägerfrequenzoszillators mit dem Aus­ gangssignal einer Gegentaktmischstufe moduliert und über eine Sendeantenne abgestrahlt.

Bei der Übertragung von Signalen mit Funkfrequenzen treten Situationen auf, in denen über einen Schmalbandkanal ein für diesen Kanal zu großes Signal übertragen werden müßte. Besonders problematisch ist die genannte Signalüber­ tragung derart, daß die Phaseninformation erhalten bleibt. Dieses Problem ist besonders hervorgetreten bei verschiedenen in der Funkpeilung verwendeten Windmeßanwendungen in der Atmosphäre.

Die Windrichtungen und -geschwindigkeiten der Erdatmo­ sphäre werden in an sich bekannter Weise derart gemessen, daß die Bewegungen einer von einem Wasserstoff- oder Heliumballon nach oben und von Winden getriebenen Radiosonde mit verschie­ denen Verfahren von der Erde aus verfolgt werden und aus diesen Bewegungen die Winde der einzelnen Schichten der Atmo­ sphäre berechnet werden.

Zur Verfolgung von Radiosonden werden bisher drei Ver­ fahren eingesetzt, nämlich die Omega- und Loran C-Naviga­ tionsverfahren und das sog. Transpondersystem. Das bekannte Omega-Navigationsverfahren beruht auf der Nutzung der Funk­ signale des eigentlich für die Schiffsnavigation bestimmten weltweiten Omega-Netzes. Im Omega-Netz befinden sich acht an verschiedenen Stellen der Welt angeordnete Sendestationen, die im VLF-Bereich bei Frequenzen von 10,2 . . . 13,6 kHz arbei­ ten. Jede der Stationen hat ihre eigene 10 s Sendesequenz, die sie untereinander synchronisiert aussenden.

Im Peilsystem erfolgt die Windmessung mit Hilfe des Omega-Verfahrens in an sich bekannter Weise derart, daß in der Radiosonde ein VLF-Empfänger untergebracht ist, der die empfangenen Omega-Signale in dem Maße verstärkt, daß mit den Omega-Signalen der Funksender der Sonde moduliert werden kann. Die von der Sonde gesendeten Signale werden auf der Erde empfangen und demoduliert und es erfolgt die eigentliche Verarbeitung der Signale sowie die Demodulation und Ausgabe der Meßergebnisse.

Die Winde lassen sich aus den Omega-Signalen berechnen derart, daß die Phasen der Signale der einzelnen Stationen mit einer gemeinsamen Referenz verglichen werden und die zurückgelegten Strecken der Sonde in bestimmten Zeitabschnit­ ten aus diesen Phasenänderungen berechnet werden. Es ist zu betonen, daß die genannte Phasenmessung sehr genaue Filter­ verfahren voraussetzt, denn die Signale sind schwach und auf dem von der Sonde ausgesendeten Kanal liegen die Signale der meisten Omega-Stationen unterhalb des Rauschpegels.

In dem bekannten Loran C-Windmeßverfahren werden Son­ den und Navigationsnetze verwendet, die lokal sind und deren Hörbarkeit ca. 2000 km beträgt. Zu einem Loran C-Netz ge­ hören 3 . . . 5 Stationen. Die Arbeitsfrequenz der Netze im Spek­ tralbereich einer 100 kHz-Aussendung beträgt 90 . . . 110 kHz. Die Windmessung mit dem Loran C-Verfahren ist mit besserer Genauigkeit möglich als im Omega-System. Die Sendungen der Stationen eines Netzes sind synchronisiert derart, daß aus den Differenzen der Eintreffzeiten der Signale verschiedener Stationen der Empfangsort bestimmt und aus den Änderungen der Differenzen der Eintreffzeiten die Standortsänderungen der Sonde und aus diesen die Winde berechnet werden können. Auch bei diesem bekannten System ist für eine genaue Zeitmessung wesentlich, daß sich die gemeinsamen Phasen der Signale der einzelnen Stationen nicht verändern.

Im Loran C-System ist die Konstruktion der Sonde im wesentlichen ähnlich der der Sonde des Omega-Systems. Der Empfänger ist ein Bandpaßverstärker, dessen Mittelfrequenz 100 kHz und Bandbreite ca. 10 kHz ist. Die Bandbreite der Aussendung liegt mindestens über 2 × 100 kHz. Auch die Erd­ ausrüstung dieses Systems ist der des Omega-Systems ähnlich, bei dem der Korrelator jedoch durch einen Loran C-Empfänger zu ersetzen ist, der die Zeitdifferenzen der einzelnen Sta­ tionen mißt.

Das Prinzip des bekannten Transponder-Systems besteht darin, daß die Entfernung der Sonde von der Erdstation durch Messung der Laufzeit des Funksignals von der Erde bis zur Sonde und zurück bestimmt wird. Die Sonde hat einen speziel­ len Empfänger zum Empfang des von der Erde gesendeten Si­ gnals. Bei den betreffenden im Betrieb befindlichen Systemen erfolgt die Messung derart, daß die von der Erde gesendete Funkwelle mit einem 75 kHz Signal moduliert ist, das in der Sonde demoduliert wird und mit dem wiederum die Aussendung der Sonde moduliert wird. An der Erde werden die Phasenän­ derungen des durch die Sonde gelaufenen genannten 75 kHz Signals verfolgt, aus denen sich die Entfernungsveränderungen der Sonde berechnen lassen.

Die Frequenz (Omega-, Loran C- oder Transponder-) eines über Telemetriekanal zu übertragenden Signals ist bedeutend größer als die Informationsbandbreite des betreffenden Si­ gnals. Z.B. beträgt die Frequenz im Omega-System 13,6 kHz, aber das Informationsband im Umfeld der betreffenden Frequenz ist sehr schmal, genau genommen ist die nötige Information in einem Band von einigen Hz enthalten. Im Loran C beträgt die Mittelfrequenz 100 kHz und zur Übertragung der Information genügt ein 10 kHz Band. Im Transponder-System ist die Signal­ frequenz 75 kHz und schon eine Bandbreite von 1 kHz würde ausreichen.

Wenn mit diesen Signalen normal ein Sender moduliert wird, entweder durch Amplituden-, Frequenz- oder Phasenmodu­ lation, beträgt die Breite des nötigen Funkkanals in jedem einzelnen Fall wenigstens das Zweifache der betreffenden Frequenz.

Das eindeutigste Mittel zum Schmälern des nötigen Bandes besteht, in der Frequenzteilung. Diese ist jedoch in der Praxis keine funktionsfähige Alternative, weil die Si­ gnale in der Sonde derart rauschbehaftet sein können, daß digitale Teilung nicht möglich ist oder der Formant (Loran C) des Signals so ist, daß eine Teilung nicht sinnvoll ist.

Aus der Radioempfangstechnik ist der Gebrauch von Zwi­ schenfrequenzen bekannt; d. h. mit einem Mischer wird die Differenz zwischen einer Signalfrequenz und einer sog. Lokal­ oszillatorfrequenz gebildet. Normal enthält diese Differenz­ frequenz, sog. Zwischenfrequenz, die Information der ursprüng­ lichen Modulation und damit läßt sich die Modulation aus dieser Zwischenfrequenz demodulieren.

Wenn in Fällen von Navigationssignalen in der Sonde eine Differenzfrequenz gebildet wird, enthält diese Differenz­ frequenz als solche nicht die im Signal enthaltene Informa­ tion, weil die Information in der Phase des ursprünglichen Signals enthalten ist. In der Differenzfrequenz ist ein unbe­ kannter Faktor die genaue Frequenz des Lokaloszillators und damit auch deren momentane Phase.

In der Bundesrepublik Deutschland zum Beispiel lassen die Funkverkehrsbestimmungen beim Funkpeileinsatz nur eine Kanalbreite von 20 kHz zu. Die bisher bekannten Sendeverfah­ ren erfordern jedoch für das Omega-Signal eine Mindestkanal­ breite von 27,2 kHz.

Bei der bekannten Übertragung von Loran C-Signalen führt die Modulationsfrequenz zu Problemen, weil bei Anwen­ dung der Frequenzmodulation beim Empfang (an der Erde) die Rauschdichte nach der Demodulation proportional zum Quadrat der Frequenz ist. Somit könnte durch Verkleinerung der zu modulierenden Frequenzen das S/N-Verhältnis des demodulierten Signals verbessert werden. Die Empfindlichkeit des Systems kann damit im Prinzip auch durch Verschmälerung des Zwischen­ frequenzbandes des Empfängers verbessert werden.

Bei Anwendung des bekannten Transpondersystems ist in einigen Fällen, z. B. zu Simulationszwecken von Systemen, nötig, das vom Empfänger erhaltene 75 kHz Signal zu speichern derart, daß die Phaseninformation des Signals nicht verloren geht. Aber bei den meisten Recordern, die gut genug für die­ sen Zweck sind, beträgt die maximale Oberfrequenz des Wieder­ gabebandes ca. 20 kHz.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufbereiten von Signalen mit einer bestimmten Signalfrequenz bereitzustel­ len, damit diese über einen Schmalbandkanal übertragen oder mit einem Magnetband-Aufnahmegerät aufgezeichnet werden können und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der die so aufbereiteten Signale wieder hergestellt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13.

Ein aus diesen beiden Vorrichtungen bestehendes System arbeitet wie folgt:

• (a) das Information enthaltende Signal wird am Senderende des Systems zu einem Mischer geleitet,
• (b) zum genannten Mischer wird das Signal des Lokal­ oszillators des Senderendes geleitet,
• (c) im Mischer wird aus dem Infor­ mationssignal und dem Lokaloszillatorsignal ein Misch­ resultat gebildet, dessen Frequenzbereich im wesentli­ chen niedriger liegt als der Frequenzbereich des zu übertragenden Informationssignals,
• (d) das auf genannte Weise geschaffene Mischsignal wird als Modulationssignal des Funksenders verwendet,
• (e) vom Funksender wird sowohl das Information enthaltende Signal des genannten Modulationssignals als auch eine ausreichend genaue Information über das vom Senderende zu mischende Signal, d. h. über Frequenz und Phase des Lokaloszillatorsignals, übertragen,
• (f) am Empfängerende des Übertragungssystems wird die zu übertragende demodulierte Modulation mit einem Bandfil­ ter oder dergleichen getrennt und das auf diese Weise erhaltene Signal wird zum Mischer des Empfängers geleitet,
• (g) zum letztgenannten Mischer wird auch das Signal geleitet, das Information über Frequenz und Phase des Lokaloszillators des Senderendes enthält,
• (h) in dem Mischer des Empfängers wird aus den in diesen gespeisten genannten Signalen ein Mischresultat gebildet, das von seinem Informationsinhalt und seiner Frequenz her dem ursprünglichen Informationssignal des Senderendes entspricht.

Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft bei solchen Radiosignaltransmissionen angewendet werden, bei denen die eigentliche Informationsbandbreite kleiner ist als die Bandbreite der frequenzmodulierten Trägerschwingung des Transmissionskanals, aber die Signalfrequenz selbst größer als diese ist.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit darin, daß Mischung angewendet wird, d. h. Frequenzkonversion, bei der das Signalband auf eine geeignete Fre­ quenz im Trägerfrequenzbereich herabgesetzt wird und außer diesem runtergesetzten Signalband auf diese oder jene Weise genaue Information über das mischende Signal, d. h. über Frequenz und Phase des sog. Lokaloszillatorsignals übertragen wird. Nach dem Empfang der genannten Signale wird das dem ursprünglichen entsprechende Signal rekonstruiert. Zwischen dem ursprünglichen und dem rekonstruierten Signal besteht eine bestimmte Phasendifferenz, deren Größe nicht unbedingt bekannt sein muß. Hauptsache ist, daß diese Phasendifferenz in erfindungsgemäßen Transponder-Anwendungen genügend unver­ ändert oder bei erfindungsgemäßen Omega- und Loran C-Anwen­ dungen genügend langsam veränderlich bleibt.

Gemäß der Erfindung wird als Lokaloszillator ein verhält­ nismäßig stabiler Oszillator verwendet, mit anderen Worten, nach einer kurzen Zeit, d. h. während einiger (5 . . . 20) Perio­ den, hat sich die Frequenz so gut wie nicht verändert. Damit ist möglich, die Phase und Frequenz des Lokaloszillators im Funkkanal zu übertragen derart, daß die Frequenz des Signals am Sender in einem geeigneten Teilungsverhältnis geteilt wird und am Empfänger dementsprechend mit demselben Teilverhältnis multipliziert wird. Dies entspricht dem, daß bei einem Teilungsverhältnis N nur der Änderungszustand jedes N′ten Si­ gnals (d. h. Impulskante) gesendet wird, aber diese Probe­ nahmefrequenz reicht zum Rekonstruieren des ursprünglichen Signals mit einem phasenverriegelten Multiplikator aus, weil das ursprüngliche Signal sehr frequenzstabil, zweckmäßig von einem Kristalloszillator geführt ist.

Zur Sendung ist die genannte Teilung nötig, weil die Frequenz des Lokaloszillators nahe der Signalfrequenz liegen muß, damit die Frequenz des zu sendenden Differenzsignals klein ist. Wenn in der Erfindung zur Modulation des Senders diese Differenzfrequenz und geteilte Frequenz verwendet wird sowie für die Linearität des Funkkanals gesorgt wird, wird erreicht, daß die größte zu modulierende Frequenz viel niedriger ist als die ursprüngliche in der Sonde empfangene Signalfrequenz und damit kann die erforderliche Bandbreite verkleinert werden. Die Signale werden am Empfänger auf ihre ursprüngliche Frequenz zurückgebracht, wobei das in der vorlie­ genden Anmeldung beschriebene Verfahren angewendet wird.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf einige in den Abbildungen der beigefügten Zeichnung darge­ stellte Ausführungsbeispiele, auf deren Einzelheiten die Erfindung nicht eng begrenzt ist, ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Radiosonde und deren Anwendung im Omega-Windpeilungssystem.

Fig. 2 zeigt schematisch die Sondenfunksysteme in der Anwendung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt als Blockschema Sendersysteme der ersten Anwendung der Erfindung.

Fig. 4 verdeutlicht das Signalrekonstruktionsver­ fahren in der Anwendung nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine zweite Anwendung der Erfindung, in der eine aus der Referenzfrequenz des synthe­ tisierten Senders abgeleitete Frequenz als Lokaloszillatorfrequenz verwendet wird.

Fig. 6 zeigt das Signalrekonstruktionsverfahren des Systems nach Fig. 5.

Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Anwendung zur Aufnahme und Rekonstruktion des Signals einer Transpondersonde, wobei Fig. 7 das Block­ schema des Aufnahmesystems ist.

Fig. 8 zeigt dieselbe Anwendung wie Fig. 7 seitens des Signal-Abnahmeverfahrens vom Band.

In Fig. 1 ist schematisch die Funktion des Omega-Wind­ peilungssystems als Blockschema gezeigt. Zu dem System gehört eine Radiosonde 10, die mit Hilfe eines Sondenfadens 11 an einem Sondenballon 12 befestigt ist, der leichter als Luft ist und die Sonde 10 von der Erde in höhere Luftschichten hebt. Zur Sonde 10 gehört eine Empfängerantenne 14 sowie eine Senderantenne 15, die das Funksignal R zur Empfangsvorrich­ tung an der Erde sendet, die aus einer Empfänger- und Demo­ dulationseinheit 30 besteht. Von der Einheit 30 wird die demodulierte Modulation zur Einheit 40 geleitet, die aus einem Korrelator und anderen Omega-Signalfilter- und -phasen­ meßteilen besteht. Von der Einheit 40 wird das Signal zum Computer 60 geleitet, der die Windberechnungen durchführt.

Die Peripheriegeräte (nicht gezeigt) des Computers 60 drucken das Ergebnis der Berechnungen aus.

Nach Fig. 2 werden die von der Antenne 14 der Sonde 10 empfangenen langwelligen Omega-Signale zum VLF-Omega-Empfän­ ger 20 geleitet. Zur Sonde 10 gehört auch ein Meßteil 16, von dem die von diesem erhaltenen Meßsignale S₁ als Modulations­ signale des Funksenders 18 zusammen mit den Signalen S₂ des VLF-Empfängers 20 weitergeleitet werden. Der Meßteil 16 mißt die meteorologischen Größen, Druck, Temperatur und relative Feuchte. Der Funksender (Sender) 18 sendet über seine Senderantenne 15 das Funksignal R zu der in Fig. 1 dargestellten Erdstations­ anlage 30, 40 und 60.

Wenn der VLF-Empfänger 20 ein Omega-Empfänger ist, kann er nur auf eine Frequenz abgestimmt sein, z. B. 13,6 kHz. Die Bandbreite (-3 dB) ist z. B. 20-500 Hz und die Verstärkung ca. 80 dB. Der Empfänger 20 ist also ein Bandpaßverstärker. Bei den neuesten Peilungssystemen können mehrere Frequenzen des Omega-Netzes verwendet werden, wobei in der Sonde 10 ein breitbandiger Verstärker eingesetzt werden kann. Wenn keine Frequenzkonversion angewendet wird, besteht die Möglichkeit, alle Signale des Bereichs 10,2 . . . 13,5 kHz zu übertragen. Bei Verwendung von Frequenzkonversion trifft auf einen schmalen Filter konstanter Frequenz, der sich hinter dem Mischer be­ findet, nur eine Differenzfrequenz. Wenn mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren mehrere Signalfrequenzen aus dem genannten Frequenzbereich gesendet werden sollen, müssen hinter dem Mischer die entsprechenden Bandpaßfilter ergänzt werden, deren Ausgangssignale zur Modulation summiert werden können. Am Empfänger sind damit mehrere parallele Rekonstruktions­ kreise erforderlich, die ein mit Phasenrastung generiertes Lokaloszillatorsignal verwenden können.

Die Bandbreite, die im vorstehenden als Beispiel ge­ nannt ist, betrifft ein herkömmliches im Einsatz befindliches Verfahren, aber der praktisch verwendbare Bereich ist vor­ zugsweise 300 . . . 900 Hz d. h. 600 ± 300 Hz oder auch 500 Hz, aber die genannten 20 Hz entsprechen bei den im Einsatz be­ findlichen Sondensystemen nicht den Möglichkeiten der Praxis. Somit ist der Omega-Empfänger möglicherweise nur auf eine Frequenz abgestimmt, z. B. 13,6 kHz, was aber kein Zwang ist. In den bisher bekannten alten Systemen war wegen der Vermei­ dung von Störungen günstig, so zu verfahren, aber bei den neueren Systemen wird angestrebt, zusätzliche Informationen über den Betrieb mehrerer Frequenzen zu erhalten, weshalb der Empfänger breitbandiger ausgeführt wird.

Im Funksender 18 der Sonde 10 werden die Modulations­ signale S₁ und S₂ der genannten Einheiten 16 und 20 summiert und mit der betreffenden Summe wird der Sender 18 modu­ liert. Die üblichste Modulationsweise ist die Frequenzmodu­ lation. Für den Peilungseinsatz sind die Frequenzbereiche 400 . . . 406 MHz und 1660 . . . 1700 MHz reserviert.

Da das Trägerfrequenz-Modulationssignal 13,6 kHz ist, muß die Radiofrequenzkanalbreite wenigstens 2 × 13,6 kHz = 27,2 kHz betragen, damit die Übertragung des Omega-Signals zur Erdstation auf dem Funkweg unter Verwendung von Frequenz­ modulation gelingt.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Verwirklichung eines Omega-Empfängers der Sonde 10 gezeigt, d. h. ein vor­ teilhafter VLF-Empfänger 20 nach Fig. 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen 13,6 kHz Einfrequenz­ empfänger 20. Der Empfänger 20 besteht aus einem Vorver­ stärker und Antennenanpasser 21 mit Vorwahl des Frequenzbe­ reichs. Bei einer Mittelfrequenz von 13,6 kHz kann die Band­ breite z. B. 500 . . . 2000 Hz betragen, was nicht kritisch ist. Die geeignete Verstärkung liegt in der Größe von 20 . . . 40 dB.

Der Empfänger 20 besteht erfindungsgemäß aus einem Lokal­ oszillator 22, dessen Frequenz z. B. 12,3 kHz beträgt, die durch Teilung aus einer geeigneten Kristalloszillatorfrequenz gebildet wird. Stabilität des Kristalloszillators ist nicht unbedingt erforderlich, aber sie schließt die Möglichkeit aus, daß das Pendeln der Frequenz Phasenfehler verursacht und dazu führt, daß die Differenzfrequenz des Ausgangs des Mischers 23 vom Band des nächsten Verstärkers abwandert. Im Mischer 23 wird die Differenzfrequenz 13,6 - 12,3 = 1,3 kHz des Signal- und Lokaloszillators 22 gebildet.

Der in Fig. 3 gezeigte Empfänger 20 besteht weiter aus einem Bandpaßverstärker 24, mit dem gerade die betreffende 1,3 kHz Differenzfrequenz am Ausgang des Mischers 23 abge­ nommen wird. Mit diesem System wird auch eine bessere Selek­ tivität erzielt als auf bekannte Weise. Der Empfänger 20 besteht auch aus einem Frequenzteiler 25, weil das bloße Senden der Differenzfrequenz, d. h. gewissermaßen der Zwi­ schenfrequenz, zur Erde seitens der Ziele der Erfindung nicht genügt, weil die Phase des Signals des Mischresultats durch die Phase und Frequenz des Lokaloszillators 23 beeinflußt wird, und in der Praxis nicht möglich ist, in der Sonde 10 einen so stabilen Oszillator anzubringen, daß die bloße Vor­ information über dessen Arbeitsfrequenz genügen würde. Des­ halb wird in dem erfindungsgemäßen System ein Bezugssignal mit der Realzeitinforma­ tion sowohl über die Frequenz als auch Phase des Signals des Lokaloszillators 25 verwendet. Zur Übertragung dieser Infor­ mation, erfindungsgemäß auf schmalem Kanal, wird das Lokal­ oszillatorsignal mit einem die Phaseninformation erhaltenden digitalen Frequenzteiler 25 in einem geeigneten Teilungsver­ hältnis, z. B. durch 8, geteilt, damit die auf dem Funkweg zu sendende, den Sender modulierende Frequenz genügend klein wird. Der Sender 20 besteht weiter aus einer Summiereinrichtung 26, in der die beiden erhaltenen gesonderten Signale S₃ und S₄ summiert werden sowie die Niveaus der Signale und deren Verhältnisse in geeigneter Weise eingestellt werden; der Sender 18 der Sonde 10 wird sodann mit diesem Summensignal S₃ + S₄ modu­ liert.

Die Rekonstruktion des Signals R des Funksenders 18 der Sonde 10, d. h. dessen Rückführung in den ursprünglichen Fre­ quenzbereich erfolgt erfindungsgemäß nach der in Fig. 4 dar­ gestellten Anordnung. Weil die Korrelatoren der Einheit 40 konstruiert sind, die ursprünglichen Frequenzen des Omega-Netzes zu handhaben, sind auch hierzu die Signale vor Eingabe in den Korrelator auf ihren ursprünglichen Zustand zurückzu­ bringen. Die in Fig. 4 gezeigten Rekonstruktionskreise ge­ hören damit zur an der Erde befindlichen Einheit 30, die außerdem aus einem Demodulator des Empfängers 30 besteht.

Nach Fig. 4 werden mit Bandpaßfiltern 31 und 32 aus der vom Empfänger erhaltenen demodulierten Modulation die Diffe­ renz- bzw. Zwischenfrequenz 1,3 kHz und das Teilungsresultat 1,537 kHz der Frequenz des Lokaloszillators 22 getrennt. In dem Phasenverriegelungskreis nach Fig. 4 wird ein Signal gebildet, das genau dieselbe Frequenz wie das ursprüngliche, d. h. Signal des Lokaloszillators 22 der Sonde 10 hat und mit diesem synchronisiert ist, und das jetzt als zweites Ein­ gangssignal des Mischers 33 verwendet wird. Zum Phasenver­ riegelungskreis gehören ein Phasendemodulator 34 und ein in dessen Block befindlicher Tiefpaß, als deren Ausgangssignal eine zur Phasendifferenz proportionale Gleichspannung U_o dient, mit der der Block 36 gesteuert wird, der ein VCO (Voltage Controlled Oscillator), d. h. spannungsgesteuerter Oszillator ist, dessen Arbeitsfrequenz ca. 12,3 kHz frei schwingend ist und dessen Frequenz mit der Ausgangsspannung U_o geregelt wird derart, daß sie genau 8 Mal das vom Empfän­ ger 30 zum Phasendemodulator 34 erhältliche 1,537 kHz Signal ist. Das zweite Vergleichssignal des Phasendemodulators 34 wird aus der Ausgangsfrequenz des VCO erhalten, indem diese in dem Frequenzteiler 37 durch 8 geteilt wird. Damit ist die Multi­ plikation des Teilungsresultats 1,537 kHz der Frequenz des Lokaloszillators 22 mit 8 ausgeführt derart, daß das Resultat mit dem Signal synchron ist, das die 12,3 kHz Frequenz der Sonde 10 hat.

Nach Fig. 4 werden im Mischer 23 aus den zu mischenden 1,3 kHz und 12,3 kHz Signalen Differenz- und Summenfrequenzen gebildet, aus denen in der letzten Stufe, d. h. mit dem Band­ paßverstärker 35 das gewünschte f_out = 13,6 kHz Signal her­ ausgelesen wird. Die Selektivität des Bandpaßverstärkers 35 wird so gut ausgeführt, daß die nicht erforderlichen Misch­ ergebnisse genügend gedämpft werden, z. B. ist eine 30 dB Dämpfung am 1 kHz Ende der 13,6 kHz Frequenz ausreichend. Die Verstärkung des Bandpaßverstärkers 35 wird so eingestellt, daß das Ausgangssignal f_out auf dem geeigneten Niveau ist, um zum Korrelator der Einheit 40 gespeist zu werden.

In der Erfindung kann bei der Phaseninformationsüber­ tragung die Trägerfrequenz des Senders 18 der Sonde 10 in einem solchen Fall genutzt werden, wenn aus irgendeinem Grun­ de ein Sender 18 verwendet wird, dessen Trägerwellenfrequenz mit einem Frequenzsynthetisator hergestellt ist, welche An­ wendung in Fig. 5 veranschaulicht ist. Wenn im Sender 18 direkte Synthetisierung angewendet wird, steht im Sender 18 die Frequenz des Vergleichssignals der Phasenverriegelung in einem Ganzzahlverhältnis zur Trägerwellenfrequenz. Wenn z. B. die Frequenz des Phasenvergleichs 10 kHz und die Frequenz der Trägerwelle 402.01 MHz beträgt, ist dieses Verhältnis 40201. Diese Phasenvergleichsfrequenz kann als Lokaloszillatorfre­ quenz des Omega-Empfängers 20 verwendet werden. Mit der Pha­ senverriegelung kann als Lokaloszillatorfrequenz auch eine andere Frequenz erzeugt werden, wie z. B. 15 kHz, die mit dieser 10 kHz Referenzfrequenz synchronisiert ist.

Wenn nach Fig. 5 die im vorstehenden genannte Lokal­ oszillatorinformation in der Trägerfrequenz des Senders 18 enthalten ist, braucht sie nicht extra moduliert zu werden und der Empfänger 20 der Sonde 10 vereinfacht sich zu der in Fig. 5 dargestellten Form. Die Auslegung der Blöcke 21, 23 und 24 erfolgt nach denselben Prinzipien wie dies im vor­ stehenden in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben ist. Nach Fig. 5 wird das gesendete Signal R mit dem in Fig. 6 dargestellten System rekonstruiert, nach dem im Empfänger 50 zuerst die Trägerfrequenz des Senders 18 herausgefiltert wird oder ein auf diese bezogen phasenverriegeltes Hochfrequenzsignal gebildet wird. Dies kann z. B. mit dem Rohde & Schwartz Emp­ fängersystem ET001 ausgeführt werden. Wenn eine Trägerfre­ quenz f_k zur Verfügung steht, wird sie mit einem digitalen Frequenzteiler 51 im Teilungsverhältnis 40201 geteilt und damit wird eine 10 kHz Referenzfrequenz verfügbar, aus der durch Verwendung von Phasenverriegelungskreisen 53, 54, 55 und 56 eine 15 kHz Frequenz erhältlich ist. Danach wird zur Bildung der 13,6 kHz Frequenz die in dem Mischer 52 durch­ geführte Mischung zwischen 1,4 Hz und 15 kHz und die Band­ paßfilterung in dem Bandpaßverstärker 57 gebraucht, um die gewünschte Frequenzkomponente 13,6 kHz hervorzubekommen. Die allgemeinen Funktionsprinzipien dieser Anwendung sind ansonsten die gleichen wie bei den in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschrie­ benen. In Loran C-Anwendungen sind die Ausführungsweisen im Prinzip gleich denen der Anwendung des Omega-Systems. Die verwendeten Frequenzen und Frequenzen der Filter und Ver­ stärker und Bandbreiten müssen natürlich für Loran C-Signale passend gewählt werden.

In Fig. 7 und 8 ist eine erfindungsgemäße Anwendung zur Aufnahme des Transponder-Signals gezeigt. Zur Phasenmessung werden zwei gleichfrequente, 75 kHz Signale CH₁ und CH₂ ge­ braucht, deren gemeinsame Phasendifferenz gemessen wird. Das Signal CH₁ ist das Referenzsignal und das Signal CH₂ durch­ läuft die Sonde 10 und dabei ändert sich die Phase des Sig­ nals CH₂.

Entsprechend dem Prinzip der Erfindung wird das Signal in zwei Komponenten geteilt, eine 15 kHz Zwischenfrequenz und eine Lokaloszillatorfrequenz, die digital zu einer genügend niedrigen Frequenz geteilt wird. Die Lokaloszillatorfrequenz 60 kHz wird durch Phasenverriegelung aus dem Referenzsignal gebildet. Für die Aufnahme werden beide 9,375 kHz = 75 kHz÷8 und 15 kHz Signale nach Fig. 7 linearisch auf einen Kanal summiert, für dessen Bandbreite z. B. 20 kHz ausreichen, d. h. als Recorder kann ein Audiorecorder guter Qualität verwendet werden.

In Fig. 7 stellen dar: die Einheit 70 einen das Refe­ renzsignal CH₁ begrenzenden Verstärker, 71 Tiefpaß, 72 Niveau­ regelungseinheit, 73 Phasendemodulator, 74 Tiefpaß, 75 Sum­ mierverstärker (Summiereinrichtung), 76 Bandpaßverstärker für das von der Sonde kommende 75 kHz Signal CH₂, 77 Mischer, von dem die aus die­ sem erhältliche Differenzfrequenz zum Bandpaßverstärker 78 geleitet wird, dessen Signal wiederum zum Summierverstärker 75 geleitet wird. Das vom Summierverstärker 75 erhaltene Signal wird in den Recorder (nicht gezeigt) gespeist.

Das Abspielen des aufgenommenen Signals und die Rekon­ struktion erfolgen nach Fig. 8 derart, daß diese beiden Signale mit Bandpaßfiltern oder -verstärkern 81 und 82 auf verschiedene Kanäle aufgeteilt werden. Mit dem Phasenverrie­ gelungskreis 83, 84, VCO wird die Multiplikation der Frequenzen derart ausgeführt, daß die 75 kHz Referenz erhalten wird. Für den zweiten Kanal wird mit der Phasenverriegelung ein 60 kHz Signal gebildet, mit dessen Einsatz sich das 15 kHz Signal in dem Mischer 86 auf 75 kHz Frequenz mischen läßt. Schließlich wird mit dem Bandpaßverstärker 89 nur das gewünschte 75 kHz Sondensignal CH₂ herausgelesen.

In Fig. 8 stellt die Einheit 80 den Pufferverstärker des Eingangs des vom Recorder abgespielten Signals dar, des­ sen Grenzfrequenz f_c < 20 kHz ist. Die Einheiten 81 stellen Bandpaßverstärker dar. Die Einheit 83 ist ein Phasendemodu­ lator und Einheit 84 ein Tiefpaß. Dementsprechend ist Einheit 85 ein Phasendemodulator, Einheit 86 ein Mischer und Einheit 87 ein Tiefpaß. Aus dem System ist über die Driver-Einheit 88 das 75 kHz Referenzsignal erhältlich. Das Ausgangssignal des genannten Mischers 86 wird zum Bandpaßverstärker 89 geleitet, als dessen Ausgangssignal das 75 kHz Sondensignal CH₂ erhal­ ten wird.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Aufbereiten von Signalen mit einer be­ stimmten Signalfrequenz, insbesondere mit einer Sonde empfangenen, Informationen enthaltenden Signalen (S₂) zum Übertragen über einen Schmalbandkanal, dessen Bandbreite kleiner als die Modulationsbandbreite des Signals ist, oder zum Aufzeichnen mit einem Magnetband-Aufnahmegerät, mit

• (a) einem ersten Mischer (23; 77), dem das Signal (S₂) und ein Lokalozillatorsignal zugeführt sind, und der ein Mischsignal (S₃) erzeugt, dessen Frequenz niedriger ist als die Frequenz des Signals (S₂), gekennzeichnet durch
• (b) einer Einrichtung (25; 70-74), die ein Bezugssignal (S₄) erzeugt, das Informationen über Frequenz und Phase des Lokaloszillatorsignals enthält, und
• (c) einer Summiereinrichtung (26; 75), die das Mischsignal (S₃) und das Bezugssignal (S₄) summiert und ein Schmalbandsignal erzeugt, das einem Sender (18) als Modulationssignal zur Übertragung oder einem Aufnahmegerät zugeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Antenne (11; 14), mit der Signale eines Omega- oder Loran C-Navigationssystems, oder eines sogenannten Transponder-Systems empfangen werden, und einem Empfän­ ger (20), mit einem Vorverstärker (21; 76), der vorzugs­ weise ein auf eine geeignete Frequenz abgestimmter Band­ paßverstärker ist und der die über die Antenne empfange­ nen Signale an den ersten Mischer (23; 77) liefert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverstärker (21) auf eine Frequenz im Bereich von 10,2 bis 13,6 kHz für den Empfang von Omega-Naviga­ tionssignalen abgestimmt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverstärker ein Bandpaßverstärker (76) ist, der auf eine bestimmte Frequenz von vorzugsweise 75 kHz mit einer bestimmten Bandbreite von vorzugsweise 5 kHz für den Empfang von Transponder-Signalen abgestimmt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Sender (18), aus dessen Ausgangssignal durch Frequenzteilung das Lokaloszillatorsignal abgeleitet wird, und dessen Ausgangssignal als Trägerfrequenz mit dem Mischsignal (S₃) moduliert wird, wobei die Trägerfrequenz das Bezugssignal enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Bandpaßverstärker (24; 78), der dem ersten Mischer (23; 77) nachgeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Lokaloszillator (22), dessen Frequenz benachbart zu der Signalfrequenz des Signals (S₂) liegt, wobei das Lokaloszillatorsignal zu einem ersten Frequenzteiler (25) geführt ist, der das Bezugssignal (S₄) erzeugt, dessen Frequenz benachbart zur Frequenz des Misch­ signals (53) liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Lokaloszillators (22) etwa 12 bis 15 kHz beträgt, das von dem ersten Mischer (23) gelieferte Mischsignal eine Differenzfrequenz von etwa 1 bis 2 kHz aufweist und der Frequenzteiler (25) ein Tei­ lungsverhältnis von etwa 5 bis 10 aufweist, so daß die Frequenzen des Mischresultatsignals und des Bezugssignals untereinander gleiche Größenordnung haben, und das Ausgangssignal der Summiereinrichtung (26) als Modulationssignal an einen Funksender (18) wei­ tergeleitet wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen begrenzenden Verstärker (70), dem ein externes Referenz­ signal (CH₁) zugeführt ist, aus dem durch Frequenztei­ lung das Bezugssignal abgeleitet wird, das gegebenenfalls nach Durchlaufen eines Tiefpaßfilters (71) und einer Amplitudeneinstelleinrichtung (72) der Summiereinrichtung (75) zugeführt ist, und wobei aus dem Referenzsignal mittels einer Phasenverriegelungs­ schaltung (73, 74) das Lokaloszillatorsignal abgeleitet wird, das dem ersten Mischer (77) zugeführt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Referenzsignal (CH₁) im Be­ reich von 75 kHz liegt, und die Frequenzteilung des ex­ ternen Referenzsignals (CH₁) sowie die Frequenz des Lo­ kaloszillatorsignals derart gewählt sind, daß das von der Summiereinrichtung (75) ausgegebene Signal eine Fre­ quenz unterhalb einer Oberfrequenz (f_c) aufweist, so daß das ausgegebene Signal von einem Aufnahmegerät auf Magnetband aufgezeichnet werden kann.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ausgangssignals der Summiereinrichtung (75) wesentlich niedriger als die Signalfrequenz des Signals (CH₂) ist, vorzugsweise kleiner als 20 kHz, so daß als Aufnahmegerät ein ausreichend hochwertiger Audiorecorder verwendbar ist, dessen maximale Oberfrequenz f_c < 20 kHz ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Meßteil (16), das Meßsignale (S₂) liefert, die vorzugsweise meteorologische Größen, Druck, Temperatur und relative Feuchtigkeit betreffen und die gemeinsam mit den empfangenen Signalen aufbereitet werden.

13. Vorrichtung zur Rekonstruktion von insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 erzeugten Schmalbandsignalen gekennzeichnet durch:

• (a) eine Einrichtung (31, 32; 50; 81, 82) zum Trennen des Mischsignals von dem Bezugssignal,
• (b) eine Einrichtung (34, 36, 37; 51-56; 83, 84, 85, 87) zum Erzeugen eines zweiten Lokaloszillatorsignals aus dem Bezugssignal und
• (c) einen zweiten Mischer (33; 53; 86), dem das Mischsignal und das zweite Lokaloszillatorsignal zugeführt wird, dessen Ausgangssignal bezogen auf seinen Informationsinhalt und seine Frequenz dem ursprünglichen Signal entspricht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des zweiten Mischers (33; 52; 86) an eine Bandpaßeinrichtung (35; 57, 89) weitergeleitet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung einen Empfänger (50) aufweist, der das Trägerfrequenzsignal (f_k) herausfil­ tert und das demodulierte Mischsignal an den zweiten Mischer (52) liefert, wobei das Trägerfrequenz­ signal nach Durchlaufen eines oder mehrerer Frequenztei­ ler (51, 53) an den Eingang eines Phasendemodulators (54) angelegt ist, dessen Ausgangssignal als Steuersignal für einen spannungsgesteuerten Oszillator (55) dient, der das zweite Lokaloszillatorsignal erzeugt, wobei das zweite Lokaloszillatorsignal nach Durchlaufen eines weiteren Frequenzteilers (56) auch an den zweiten Eingang des Phasendemodulators (54) angelegt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung eine zweite Bandpaßeinrichtung (31; 82) zum Herausfiltern des Mischsignals, das an den zweiten Mischer (33; 86) angelegt ist, und eine dritte Bandpaßeinrichtung (32; 81) zum Herausfiltern des Bezugssignals aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal an einen Phasendemodulator (34) angelegt ist, dessen Ausgangssignal als Steuersignal für einen spannungsgesteuerten Oszillator (36) dient, der das zweite Lokaloszillatorsignal erzeugt, wobei das zweite Lokaloszillatorsignal nach Durchlaufen eines weiteren Frequenzteilers (37) an den zweiten Eingang des Phasendemodulators (34) angelegt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal an einen ersten Phasendemodulator (83) angelegt wird, dessen Ausgangssignal nach Durchlaufen eines Tiefpaßfilters (84) als Steuersignal für einen ersten spannungsgesteuerten Oszillator dient, der das ursprüngliche externe Referenzsignal (CH₁) erzeugt, wobei das Referenzsignal (CH₁) nach Durchlaufen eines Frequenzteilers an den zweiten Eingang des ersten Phasendemodulators (83) angelegt ist, das Referenzsignal (CH₁) an eine Treiberschaltung (88) angelegt ist, und das Referenzsignal (CH₁) nach Durchlaufen eines Frequenzteilers an einen zweiten Phasendemodulator (85) angelegt ist, dessen Ausgangssignal nach Durchlaufen eines Tiefpaßfilters (87) als Steuersignal für einen zweiten spannungsgesteuerten Oszillator dient, der das zweite Lokaloszillatorsignal erzeugt, wobei das zweite Lokaloszillatorsignal nach Durchlaufen eines weiteren Frequenzteilers an den zweiten Eingang des zweiten Phasendemodulators (85) angelegt wird.

19. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einer Radiosonde, die mittels eines Ballons (12) in die Luft gelassen wird und entweder mit Omega- oder Loran C-Navigationssystemen oder sogenannten Transponder-Systemen verfolgt wird, mit einem Empfänger (20), einem Meßteil (16) und einem Funksender (18), mit dem auf dem Funkweg Signale zu einer Erdstation gesendet werden, die eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18 aufweist zur Rekonstruktion des ursprünglichen Sendesignals.

20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß Signale übertragen werden, deren Informationsbandbreite kleiner ist als die Bandbreite der frequenzmodulierten Trägerschwingung des Übertragungskanals, aber die Signalfrequenz selbst größer ist als diese Bandbreite.