DE4130046A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der signallaufzeit in einem empfaenger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Signallaufzeit in einem Empfänger nach dem Oberbegriff des ersten Vorrichtungsanspruches und des ersten Verfahrensanspruches.

In vielen Anwendungen, insbesondere dann, wenn aus Signallaufzeiten Entfernungen bestimmt werden sollen, ist es zur Vermeidung großer Meßfehler erforderlich, die Laufzeit von Signalen in Empfängern zu kennen. So ist beispielsweise aus der DE-Al-33 27 339 eine Einrichtung bekannt, bei der die Signallaufzeit im Empfänger dadurch bestimmt wird, daß man auf den Eingang des Empfängers ein Eichsignal gibt und dessen Laufzeit bis zu der Stelle, an dem die Zeitmessung im Empfänger durchgeführt wird, mißt. Auf diese Weise gewinnt man eine Aussage über die Laufzeit des Eichsignales, hat aber nur eine indirekte Information über die Laufzeit der tatsächlich zu verarbeitenden Signale. Sind diese beispielsweise stark verrauscht, so führt die Bestimmung der Laufzeit des Eichsignales dennoch zu einem mehr oder weniger großen Fehler.

Peil- und Ortungsverfahren basieren vielfach darauf, daß ein Signal mittels mehrerer Empfangszüge, bestehend aus Antenne und Empfänger, aufgenommen wird. Aus den Laufzeiten zu den einzelnen Empfangszügen wird der Ort der Signalquelle ermittelt. Der Einfluß der Signallaufzeiten in den verschiedenen Empfangszügen läßt sich dadurch ausschalten, daß man die verschiedenen Empfangszüge aus hochwertigsten Bauteilen mit geringen Fertigungstoleranzen und identischen Eigenschaften aufbaut. Zusätzlich ist erforderlich, daß sich die verschiedenen Empfangszüge auf derselben Temperatur, in derselben Luftfeuchtigkeit usw. befinden. Bei Peil- und Ortungsverfahren, bei denen die Empfangszüge verschiedene Empfänger sind, die räumlich getrennt sind, läßt sich diese Bedingung nicht mehr erfüllen. Hier wird es erforderlich, die Signallaufzeit im Empfänger zu messen und mit in die Entfernungsbestimmung einzubeziehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit deren Hilfe sich die Signallaufzeiten in Empfängern exakt angeben lassen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit der Merkmalskombination des ersten Vorrichtungsanspruches und durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des ersten Verfahrensanspruches.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, daß zur Ermittlung der Signallaufzeiten keine zusätzlichen Eichsignale verwendet werden, sondern daß ein aus einem empfangenen Signal abgeleitetes Referenzsignal benutzt wird. Damit ist sichergestellt, daß Störsignale, die dem empfangenen Signal überlagert sind, auch im Referenzsignal enthalten sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß man auf die Benutzung hochpräziser Paare von Bauelementen verzichten kann. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben und in seiner Funktionsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Empfängers mit Laufzeitbestimmung,

Fig. 2 den zeitlichen Ablauf eines Meßzyklus.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Empfängers, der die Vorrichtung und das Verfahren zur Bestimmung der Signallaufzeit benutzt. Das Blockschaltbild enthält vier große Blöcke, die mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet sind. Block 1 bezeichnet einen analog arbeitenden Hochfrequenzeingangsteil, Block 2 bezeichnet einen Teil des Empfängers, in dem im wesentlichen digitale Signale verarbeitet werden, Block 3 einen Teil, in dem digitale Signale in analoge zurückverwandelt werden, und Block 4 einen Teil zur Aufbereitung analoger Signale. In Block 1 ist mit HF eine Hochfrequenzeingangsstufe bezeichnet, auf die nach einem ersten Mischer eine erste Zwischenfrequenzstufe 1.ZF nach einem zweiten Mischer eine zweite Zwischenfrequenzstufe 2.ZF folgt. Außerdem enthält Block 1 eine mit FC bezeichnete Frequenzsteuereinheit, der die für die erste und zweite Mischstufe erforderlichen Frequenzen entnommen werden.

In Block 2 ist mit BP ein Bandpaß bezeichnet, dessen Eingang das Ausgangssignal der 2.ZF zugeführt wird. Am Ausgang des Bandpasses BP liegt ein bandpaßgefiltertes Signal an, das einem Analog/Digitalwandler zugeführt wird. Das digitalisierte Bandpaßsignal gelangt in einen Speicher ST. Außerdem ist in Block 1 eine mit TR bezeichnete Torschaltung vorhanden, die zusammen mit einer mit AS bezeichneten Ablaufsteuerung unterschiedliche Zyklen im Empfänger steuert. Das im Speicher ST abgespeicherte Signal gelangt in Block 3 zu einem Digital/Analogwandler, in dem es in ein analoges Signal zurückverwandelt wird. Dem Digital/Analogwandler ist ein mit TP bezeichneter Tiefpaß nachgeschaltet, der aus dem Ausgangssignal des Digital/Analogwandlers unerwünschte Frequenzanteile ausfiltert. Block 4 enthält ebenfalls zwei Mischer, in denen das Ausgangssignal des Tiefpasses auf die für die Hochfrequenzstufe HF erforderliche Frequenz gemischt wird. Mit PA ist eine Pegelanpaßschaltung bezeichnet, die der Anpassung der Signalpegel an die Eingangsstufe HF dient. Außerdem enthält Block 4 einen mit PLL bezeichneten Oszillator, der die Frequenzen für die Frequenzkontrolleinheit FC und die Mischer bereitstellt. Einem mit SP bezeichneten Signalprozessor werden einerseits Steuersignale der Ablaufsteuerung AS, andererseits auch die Ausgangssignale des Speichers ST zugeführt. Am Ausgang des Signalprozessors SP befindet sich eine Auswerteeinrichtung, in der die vom Empfänger empfangenen Signale ausgewertet werden.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: Ein von einer Antenne stammendes Eingangssignal wird in der Hochfrequenzstufe HF verstärkt, auf eine 1.ZF und anschließend auf eine 2.ZF gemischt. Im Bandpaß BP wird das Ausgangssignal in der Zwischenfrequenzlage bandpaßgefiltert und dem Analog/Digitalwandler zugeführt. Das digitalisierte Signal wird im Speicher ST abgespeichert. Die Speichergröße des Speichers ST und die Taktrate des Analog/Digitalwandlers bestimmen, ein wie großer Zeitausschnitt des Eingangssignales aufgenommen werden kann. Wenn der Speicher ST voll ist, wird das abgespeicherte Signal im Digital/Analogwandler zurückgewandelt, tiefpaßgefiltert in die erste Zwischenfrequenzlage heraufgemischt und schließlich in die Eingangsfrequenzlage hochgemischt. Dabei ist wichtig, daß zur Mischung in Block 4 dieselben Oszillatoren benutzt werden, die bereits in Block 1 zum Heruntermischen des Eingangssignales benutzt wurden. Der Pegel des Ausgangssignales der Mischer in Block 4 wird durch die Pegelanpassung PA an die Hochfrequenzeingangsstufe HF angepaßt. Das Ausgangssignal von Block 4 soll im folgenden Referenzsignal heißen. Der Zeitpunkt des Eintretens des Referenzsignales in den Empfänger ist durch die Ablaufsteuerung AS bekannt. Das Referenzsignal durchläuft, wie vorher schon das Eingangssignal, den gesamten Empfänger und gelangt ebenfalls zur Speichereinrichtung ST. Es wird dann zunächst die Kreuzkorrelationsfunktion des Eingangssignales mit dem digitalisierten Referenzsignal gebildet. Anschließend wird die zeitliche Lage des Maximums der Kreuzkorrelationsfunktion bestimmt. Die Zeitdifferenz zwischen der Lage dieses Maximums und dem Zeitpunkt des Eintritts des Referenzsignals in den Empfänger entspricht der Signallaufzeit von Signalen im Empfänger. In Fig. 2 ist das zeitliche Nacheinander der unterschiedlichen Verfahrensschritte dargestellt. Beginnend mit dem Zeitpunkt T₀ wird das hochfrequente Eingangssignal bis zum Zeitpunkt T₁ aufgenommen. In der Zeitspanne zwischen T₂ und T₁ wird dieses Signal ausgewertet und zur Referenzsignalerzeugung aufbereitet. Von T₂ bis T₃ wird das Referenzsignal aufgenommen und im Zeitraum T₃ bis T₄ ausgewertet. Anschließend erfolgt die Korrelation.

In Fig. 2 sind verschiedene Funktionen durch unterschiedliche Blöcke dargestellt. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß diese Funktionsblöcke auch schaltungstechnisch als unterschiedliche Blöcke realisiert sind. Denkbar ist auch ein Mikrocomputer, der die gesamte digitale Signalverarbeitung in den Blöcken 2 und 3 und im Block SP wahrnimmt.

Peil- und Ortungsempfangseinrichtungen bestehen aus wenigstens zwei Empfängern nach Fig. 1. Da die Signallaufzeit im Empfänger bestimmt wird, ist die Verwendung hochpräziser, genau aufeinander abgestimmter Paare von Bauteilen nicht erforderlich. Geeignete Wahl der Abtastrate bei der Analog/Digitalwandlung und der Zwischenfrequenzen führt außerdem dazu, daß es keine Überschneidung mehrerer Spektren (bedingt durch die Abtastung) innerhalb der Nutzbandbreite des Empfängers gibt. Das beschriebene Ausführungsbeispiel hat eine Speichergröße, die die Aufnahme von 10,24 s eines Eingangssignales erlaubt.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Signallaufzeit in einem Empfänger, gekennzeichnet durch Korrelationsmittel, die ein digitalisiertes Eingangssignal mit einem aus diesem abgeleiteten digitalisierten Referenzsignal korrelieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal und das Referenzsignal dieselben Empfängerstufen durchlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Speichermittel zum Abspeichern des digitalisierten Eingangssignals.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Steuermittel, die den Eintreffzeitpunkt des Referenzsignales am Eingang des Empfängers bestimmen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen D/A-Wandler, der aus dem digitalisierten Eingangssignal das Referenzsignal für den Eingang des Empfängers erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anpassungsmittel, die den Pegel des Referenzsignales dem Eingang des Empfängers anpassen.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Peilempfänger oder Ortungsempfänger.

8. Verfahren zur Signallaufzeitermittlung in einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitalisiertes Eingangssignal mit einem aus diesem Eingangssignal abgeleiteten Referenzsignal korreliert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das digitalisierte Eingangssignal in Speichermitteln abgespeichert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal durch D/A-Wandlung aus dem digitalisierten Eingangssignal gebildet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt des Eintritts des Referenzsignales in den Empfänger bestimmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Korrelator die Kreuzkorrelationsfunktion aus Eingangssignal und Referenzsignal gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Bestimmung des Maximums der Kreuzkorrelationsfunktion.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 13, gekennzeichnet durch eine Bestimmung der Zeitdifferenz zwischen dem Eintritt des Referenzsignales in den Empfänger und dem Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion.