DE977457C - Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit statistisch schwankendem Impulsabstand - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 3. NOVEMBER 1966

T 15920 Villa/ 21a¹

ist als Erfinder genannt worden

Es ist bereits ein Radargerät bekannt, welches eine Impulsfolge mit schwankendem Impulsabstand aussendet. Mit einem solchen Radargerät ist es möglich, Störungen, die durch Impulssender auf dem Bildschirm verursacht werden, zu vermindern. Zur Aufhellung eines Punktes auf dem Bildschirm eines Radargerätes sind im allgemeinen mehrere Echosignale notwendig. Ein Impulssender, der wirksam stören soll, muß demnach eine Impulsfolge aussenden, die der Sendeimpulsfolge des Radargerätes entspricht. Bei schwankender Radar Sendeimpulsfolgefrequenz ist ein rechtzeitiges Mitgehen des störenden Impulssenders mit dieser Impulsfolgefrequenz schwer möglich. Wenn der störende Impulssender mit konstanter Impulsfolgefrequenz sendet, erscheinen auf dem Radarbildschirm als Störungen nur schwach leuchtende radiale Spuren, die von den Zielen klar unterschieden werden können.

Bei einer bekannten Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit schwankenden Impulsabständen für ein Radargerät ist ein Quarzoszillator vorgesehen, aus dessen Schwingung mittels eines Sperrschwingers eine Impulsfolge mit konstantem Impulsabstand erzeugt wird. Aus dieser Impulsfolge werden mit Hilfe einer Torschaltung einzelne Impulse herausgegriffen, deren Abstände verschieden sind. Die zeitweilige Öffnung der Torschaltung wird mittels eines Torimpulses bewirkt, dessen Phase sich laufend willkürlich ändert.

Der Nachteil dieser bekannten Anordnung liegt darin, daß die erzeugte Impulsfolge Impulsabstände aufweist, die nicht völlig willkürlich schwanken, da die erzeugte Impulsfolge aus einer Impulsfolge mit konstanten Impulsabständen abgeleitet wurde und die erzeugte Impulsfolge Impulsabstände aufweist, die stets ganzzahlige Vielfache eines bestimmten Impulsabstandes sind. Dazu kommt noch, daß der

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technische Aufwand der bekannten Anordnung sehr groß ist.

Es ist ferner eine Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit statistisch schwankendem Impulsabstand bekannt, bei welcher die Impulsfolge aus einer Rauschspannung mittels einer Kippschaltung erzeugt wird. Bei dieser bekannten Anordnung ist die Häufigkeitsverteilung der Impulsabstände nicht einstellbar, desgleichen können hier

ίο die Impulsabstände jeden beliebigen Wert annehmen. Für die Erzeugung einer Sendeimpulsfolge für ein Radargerät z. B. ist diese Anordnung nur schlecht geeignet, da bei Radargeräten die Impulsabstände einen kleinsten und einen größten Grenzwert nicht überschreiten sollten.

Zweck der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge zu schaffen, deren Impulsabstände in bestimmter Häufigkeitsverteilung auftreten und statistisch zwischen zwei Grenzen schwanken, wobei die statistische Schwankung von einer Rauschspannung abgeleitet wird. Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere für Radargeräte zur Tastung der Sender geeignet, sie kann jedoch auch für andere Zwecke, z. B. zur Nachrichtenverschlüsselung, verwendet werden. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang einer Rauschquelle frequenzselektive Mittel angeschaltet sind, daß Mittel vorgesehen sind, um aus der frequenzmäßig begrenzten Rauschspannung Impulse zu erzeugen, und daß die Durchlaßkurve der frequenzselektiven Mittel derart gewählt ist, daß die Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge in gewünschter Häufigkeitsverteilung zwischen zwei Grenzwerten liegen.

Nachstehend sollen an Hand der Zeichnungen das Prinzip und Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Anordnungen näher beschrieben werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen -Anordnung zeigt die Fig. 1. Mit 1 ist eine Rauschquelle bezeichnet, die eine Rauschspannung 2 abgibt. Als sehr einfach hat es sich erwiesen, als Rauschquelle einen Pendelrückkoppler zu verwenden, der bekanntlich stark rauscht. Natürlich können auch andere Rauschquellen, wie z. B. Widerstände, Halbleiter, Gasentladungen, vorgesehen sein. Man könnte daran denken, aus der Rauschspannung durch bekannte Umformung direkt Impulse zu erzeugen, deren Abstände dann tatsächlich statistisch schwanken würden. Im Rauschspektrum sind aber im allgemeinen alle möglichen, auch sehr hohe und sehr niedrige Frequenzen vorhanden, und man würde sehr kleine und mitunter auch sehr große Impulsabstände erhalten. Gerade für ein Radargerät besteht jedoch die Forderung, daß der Abstand zwischen zwei Impulsen mindestens der doppelten Laufzeit bei der maximalen Entfernung entsprechen muß, in der Praxis ist darüber hinaus noch ein beträchtlicher Respektabstand zwischen zwei Impulsen vorgesehen. Außerdem sollen zwei aufeinanderfolgende Sendeimpulse auch nicht zu weit auseinanderliegen, da dadurch die Trefferzahl pro Ziel zu stark reduziert wird. Aufgabe eines Filters 3, welches an den Ausgang der Rauschquelle 1 angeschaltet ist, ist es, in dem Rauschen die sehr hohen und die sehr niedrigen Frequenzen zu unterdrücken. Ein solches gefiltertes Rauschen ist bei 4 dargestellt. Die hinter dem Filter 3 vorgesehenen Schaltelemente sind an sich bekannte Mittel, die aus einer Wechselspannung Impulse erzeugen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß 5 ein Spannungsdiskriminator, wie z. B. ein Schmitt-Trigger oder ein Multiarkreis, ist. Dieser Spannungsdiskriminator erzeugt jeweils, wenn die auf den Eingang gegebene Spannung 4 einen bestimmten Schwellwert überschreitet, die Anstiegsflanke und, wenn die Eingangsspannung einen Schwellwert — der häufig niedriger als der erste Schwellwert liegt — unterschreitet, die Rückflanke eines Impulses. Man erhält dann Rechteckimpulse, wie sie in Fig. 1 mit 6 bezeichnet sind. Anstatt durch einen Spannungsdiskriminator können die Rechteckimpulse auch durch große Verstärkung der gefilterten Rauschspannung und nachfolgende Amplitudenbegrenzung erzeugt werden. Die Rechteckimpulse können mittels eines Differenziergliedes 7 in eine Impulsfolge umgewandelt werden, wie sie bei 8 dargestellt ist. Mittels einer Begrenzerschaltung 9 werden dann von der Impulsfolge 8 die negativen Spitzen abgeschnitten, so daß nur eine Folge von positiven Impulsen 10 übrigbleibt, die dann, gegebenenfalls nach vorheriger Impulsformung, z. B. zur Tastung eines Radarsenders benutzt werden können.

Als wesentliches Element dieser Schaltung soll nun das mit 3 bezeichnete Filter einer näheren Betrachtung unterworfen werden. Es sei angenommen, daß von der Rauschquelle 1 weißes Rauschen abgegeben werde, d. h., daß die Amplituden sämtlicher Frequenzkomponenten des Rauschens gleich groß sind. In F i g. 2 ist das Spektrum des weißen Rauschens grafisch dargestellt, auf der Abszisse ist die Frequenz / und auf der Ordinate die Amplitude A aufgetragen.

Fig. 3 zeigt das Beispiel einer Durchlaßkurve des Filters 3, aufgetragen in Amplitudenwerten A (Ordinate) gegenüber der Frequenz/ (Abszisse). Die hier dargestellte Durchlaßkurve ist speziell für den Zweck gedacht, daß die Rauschquelle weißes Rauschen abgibt und alle möglichen Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge zwischen dem kleinsten gewünschten Abstand T_min und dem größten gewünschten Abstand T_max mit der gleichen Häufigkeit auftreten sollen. Die untere Grenzfrequenz dieses Filters ist

f I
Jmin — Vf,

und entsprechend die obere Grenzfrequenz

f _ ^τ J max —

J- min

Bei der unteren Grenzfrequenz soll die Durchlaßkurve möglichst steil bis zu einem großen Wert A ansteigen, bis zur oberen Grenzfrequenz f_max etwa

nach hyperbolischem Verlauf auf einen kleinen Wert A und dann bei der oberen Grenzfrequenz ebenfalls wieder möglichst steil auf den Wert Null abfallen. Eine solche Filterkurve hat zur Folge, daß die im Durchlaßbereich niedrigen Frequenzen mit größerer Amplitude durchgelassen werden als die höheren Frequenzen. Diese Filterbemessung hat folgenden Grund. Beim weißen Rauschen, in welchem alle Frequenzen mit der gleichen Amplitude

ίο vorhanden sind, müssen zwangläufig wegen der Unterschiede in den Periodendauern innerhalb einer Zeiteinheit mehr Perioden der hohen Frequenzen vorhanden sein als Perioden der niedrigen Frequenzen. Da aber, wie an dem Ausführungsbeispiel der Fig. ι gezeigt, die Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge von den Nulldurchgängen der gefilterten Rauschspannung abhängen, würden, wenn im Rauschspektrum, das zur Impulserzeugung ausgewertet wird, alle Frequenzen mit gleicher Ampli-

ao tude vorhanden wären, kleine Impulsabstände, die den höheren Frequenzen im Rauschen entsprechen, sehr viel häufiger auftreten als größere Impulsabstände, die den niedrigeren Frequenzen entsprechen.

»5 Daß die Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge auch von den Amplitudenverhältnissen der Frequenzanteile des Rauschens, aus dem die Impulsfolge abgeleitet wird, abhängen, soll nachstehend an Hand der Fig. 4 und 5 erläutert werden.

In den Fig. 4 und 5 ist der Einfachheit halber angenommen, daß sich das »Rauschen« nur aus zwei Schwingungen, einer mit niedriger Frequenz (strichpunktiert gezeichnet) und einer mit hoher Frequenz (gestrichelt gezeichnet), zusammensetzt. Im Beispiel der Fig. 4 sind die Amplituden der Schwingungen mit der höheren und der niedrigeren Frequenz gleich, wie es auch beim weißen Rauschen der Fall ist, und im Beispiel der Fig. 5 ist die Schwingung der höheren Frequenz, ähnlich wie man es am Ausgang eines Filters mit einer Filterkurve gemäß Fig. 3 erhält, kleiner als die Amplitude der Schwingungen mit der niedrigeren Frequenz. Addiert man in den Beispielen der Fig. 4 und 5 die beiden Schwingungen verschiedener Frequenzen, dann erhält man einen Verlauf, wie er durch die voll ausgezogenen Kurven dargestellt ist. Man erkennt sofort, daß die erhaltene Schwingung gemäß Fig. 4 wesentlich mehr Nulldurchgänge der Spannung aufweist als die Schwingung gemäß Fig. 5. Nutzt man die gefilterte Rauschspannung, wie das im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 getan wird, zur Tastung beispielsweise eines Schmitt-Triggers aus, der — dies sei der Einfachheit halber angenommen ■— die Impulsflanken jeweils beim Nulldurchgang der Schwingung erzeugt, dann erhält man Impulsverläufe, wie sie in den Fig. 4 und 5 unten dargestellt sind. Man sieht sofort, daß der Impulsverlauf gemäß Fig. 4 wesentlich mehr, ja praktisch überhaupt nur kurze Impulse aufweist, während im Impulsverlauf der Fig. 5 auch längere Impulse auftreten. Durch ein Filter mit der in Fig. 3 dargestellten Durchlaßkurve werden die niedrigeren Frequenzen im Vergleich zu den höheren Frequenzen mit größerer Amplitude durchgelassen, so daß die verschiedenen Abstände zwischen den Nulldurchgängen mit positiver Flanke und damit die verschiedenen Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge von T_min bis T_max etwa mit der gleichen Häufigkeit auftreten.

Die am Ausgang des Filters 3 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erhaltene Häufigkeitsverteilung der Abstände T zwischen den Nulldurchgängen der Rauschspannung mit positiver Flanke in Abhängigkeit von T aufgetragen, hat etwa die Form, wie in Fig. 6 dargestellt. A^r stellt die Häufigkeit des Austretens einer Schwingung mit bestimmter Periodendauer, über lange Zeit beobachtet, dar. Abstände T jenseits der Grenzwerte T_min und T_max treten nicht mehr auf, und die Häufigkeitsverteilung zwischen diesen beiden Grenzwerten ist nahezu konstant, d.h., alle Impulsabstände in der erzeugten Impulsfolge treten mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auf.

Natürlich kann es auch erwünscht sein, eine andere Häufigkeitsverteilung als die in Fig. 6 dargestellte zu erzeugen, beispielsweise ist es möglich, daß einzelne Periodendauern besonders bevorzugt auftreten sollen. In gleicher Weise ist es möglich, daß die Rauschquelle nicht weißes Rauschen abgibt, sondern beispielsweise Rauschen, bei dem die Effektivwerte der Frequenzanteile mit wachsender Frequenz linear abnehmen. In diesem Fall müßte natürlich das Filter 3 eine andere Durchlaßkurve erhalten. Die Filterdurchlaßkurve wird am besten empirisch ermittelt, da das Rauschen einer exakten Berechnung nur schwer zugänglich ist. Die empirische Ermittlung geschieht etwa in der Weise, daß man an den Ausgang des Filters die gewünschte Häufigkeitsverteilung für die Zeitabstände T zwischen zwei Nulldurchgängen mit positiver Flanke der Rauschspannung bestimmt und das Filter so lange abstimmt, bis man am Ausgang die gewünschte Häufigkeitsverteilung erhält.

In der Praxis empfiehlt es sich, das Filter in der Weise veränderbar auszubilden, daß wahlweise verschiedene Durchlaßkurven erzeugt werden können. Verschiedene Durchlaßkurven sind insbesondere erwünscht, wenn man die Anordnung in einem Radargerät benutzt, in welchem der Entfernungsmeßbereich umschaltbar ist. In diesem Fall können die Grenzfrequenzen f_min und f_max und damit T_min und Tmax wahlweise zusammen mit der Entfernungsumschaltung, insbesondere durch elektronische Abstimmittel, wie z. B. Reaktanzröhren, verändert werden.

Bisher wurde stets angenommen, daß das EIement 3 ein Filter sein soll. Selbstverständlich kann an Stelle eines passiven Filters natürlich auch ein frequenzselektiver Verstärker mit Bandpaßverhalten, dessen Durchlaßkurve zweckmäßigerweise ebenfalls veränderbar ist, verwendet werden.

Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt. Das Prinzip dieser Schaltungsanordnung soll an Hand der Fig. 8 und 9 näher erläutert werden. Die Fig. 7 zeigt, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, eine Rauschquelle 1. Zwischen diese Rauschquelle 1 und

das Filter 3 ist ein nichtlineares Glied, z. B. ein Gleichrichter 11 mit quadratischer Kennlinie, ein geschaltet. In den übrigen nachfolgenden Teilen entspricht diese Schaltung völlig der gemäß Fig. 1 Es sei angenommen, daß die Rauschquelle ein Spektrum abgibt, wie es etwa in Fig. 8 dargestellt ist. Dieses Spektrum stellt ein innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches Δ f vorhandenes weißes Rauschen dar. Führt man dieses Spektrum dem ίο quadratischen Gleichrichter 11 zu, so erhält man ein Spektrum, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Das im Bereich niedrigerer Frequenzen vorhandene dreieckförmige Spektrum kommt durch Mischung der Frequenzen des Spektrums gemäß Fig. 8 mit sich selbst zustande. Gleichrichtung einer Frequenz bedeutet nämlich nichts anderes als Mischung einer Frequenz mit sich selbst. Die großen Amplituden des dreieckförmigen Spektrums im unteren Frequenzbereich nahe der Frequenz Null und die kleinen Amplituden bei den höheren Frequenzen dieses Spektralbereiches erklären sich einfach daraus, daß jede der im Spektrum gemäß Fig. 8 vorhandenen Frequenzen mit sich selbst gemischt (Differenzfrequenz) die Frequenz Null ergibt, während die höchste Frequenz des dreieckförmigen Spektrums nur einmal erscheint. Diese Frequenz ist nämlich die Differenzfrequenz zwischen der oberen Grenzfrequenz und der unteren Grenzfrequenz des Spektrums gemäß Fig. 8. Mit niedriger werdenden Frequenzen werden die Amplituden der Schwingungsanteile immer größer, da zu kleineren Frequenzen hin immer mehr Differenzfrequenzen der im Spektrum gemäß Fig. 8 vorhandenen Frequenzen möglich sind. Natürlich sind auch im Spektrum der Fig. 9 noch höhere Frequenzen vorhanden, die jedoch hier nicht gesondert dargestellt sind, da sie später sowieso weggefiltert werden. Aufgabe des Filters 3 ist es, bei dieser Ausführungsform, einfach einen bestimmten Spektralbereich des Gesamtspektrums gemäß Fig. 9 durchzulassen. Entsprechend den geforderten Werten von T_m;„ und T_max liegen die Grenzfrequenzen dieses Filters bei f_max und /„,,·„. Alle übrigen Frequenzen jenseits dieser Grenzfrequenzen werden ausgefiltert. Man erhält dann zwischen den Grenzfrequenzen f_min und f_max ein Spektrum, das angenähert dem Spektrum entspricht, wie man es am Ausgang des Filters 3 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erhält.

Um sicherzustellen, daß der kleinste Impulsabstand T_m!-„ nicht unterschritten wird, müssen frequenzselektive Mittel relativ großer Flankensteilheit verwendet werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, auch frequenzselektive Mittel mit relativ kleiner Flankensteilheit zu verwenden, wenn man hinter den frequenzselektiven Mitteln eine Torschaltung vorsieht, die jeweils am Ende der Zeit, zu der ein Impuls der Impulsfolge mit schwankendem Impulsabstand erzeugt wird, gesperrt wird und dann für eine Zeitspanne gesperrt bleibt, die dem kleinsten zulässigen Impulsabstand T_min entspricht. Die Torschaltung kann an irgendeiner Stelle hinter den frequenzselektiven Mitteln vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 könnte demnach die Torschaltung hinter den Gliedern 3, 5, 7 oder 9 eingeschaltet sein.

Bei Radargeräten benötigt man im allgemeinen mehrere gleiche, jedoch gegeneinander zeitverschobene Impulsfolgen. Eine erste Impulsfolge dient beispielsweise zur Sichtgerätrückstellung, d. h. zur Beendigung der vorangegangenen Elektronenstrahlablenkungen in der Radaranzeigeröhre und die verzögerten Impulsfolgen zur Sendertastung und zur Auslösung der neuen Ablenkperiode des Sichtgerätes. Diese beiden letztgenannten Vorgänge können häufig durch einen Impuls ausgelöst werden, so daß man in Radargeräten für diese Zwecke im allgemeinen zwei gleiche Impulsfolgen benötigt. Die Erzeugung mehrerer gleicher, gegeneinander zeitverschobener Impulsfolgen aus einer in der erfindungsgemäßen Anordnung erzeugten Impulsfolge kann in an sich bekannter Weise durch Verzögerungsglieder erfolgen.

Claims (9)

1. Patentansprüche_:

   ι. Anordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge mit schwankendem Impulsabstand, insbesondere für Radargeräte, unter Verwendung einer Rauschquelle, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Rauschquelle frequenzselektive Mittel (3) angeschaltet sind, daß an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, um aus der frequenzmäßig begrenzten Rauschspannung Impulse zu erzeugen, und daß die Durchlaßkurve der frequenzselektiven Mittel derart gewählt ist, daß die Impulsabstände der zu erzeugenden Impulsfolge in gewünschter Häufigkeitsverteilung zwischen zwei Grenzwerten liegen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rauschquelle eine Pendelrückkopplungsschaltung vorgesehen ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 zur Erzeugung einer Impulsfolge, deren Impulsabstände zwischen den Werten T_mj-„ und T_max schwanken sollen, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektiven Mittel Bandpaßcharakteristik aufweisen, daß die untere Grenzfrequenz

   jmin = -^

   und die obere Grenzfrequenz

   Jmax ⁼ if

   J min

   ist und daß die Durchlaßkurve bei der unteren Grenzfrequenz steil bis auf einen hohen Wert ansteigt, bis zur oberen Grenzfrequenz etwa nach einem hyperbolischen Verlauf auf einen endlichen Wert abnimmt und bei der oberen Grenzfrequenz steil auf Null heruntergeht.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenz-

   selektive Mittel ein Filter aus passiven Elementen vorgesehen ist.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenzselektive Mittel ein frequenzselektiver Verstärker vorgesehen ist.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rauschquelle zur Erzeugung eines innerhalb eines begrenzten Frequenzbandes auftretenden Rauschens und vor den frequenzselektiven Mitteln ein nichtlineares Glied vorgesehen ist und daß die frequenzselektiven Mittel alle Frequenzen innerhalb der Grenzfrequenzen mit gleicher Amplitude durchlassen.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenzen und/oder die Durchlaßkurve der frequenzselektiven Mittel insbesondere mittels elektronischer Abstimmittel veränderbar sind.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erzeugung von Impulsen aus der frequenzmäßig begrenzten Rauschspannung ein Spannungsdiskriminator (z. B. ein Schmitt-Trigger oder eine Multiarschaltung), ein Differenzierglied und eine Amplitudenbegrenzerschaltung vorgesehen sind.
9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an irgendeiner Stelle hinter den frequenzselektiven Mitteln eine Torschaltung vorgesehen ist, die am Ende der Zeit, zu der ein Impuls der Impulsfolge mit schwankendem Impulsabstand erzeugt wird, geschlossen wird und für die Zeit T_min geschlossen bleibt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 958 933;
   deutsche Auslegeschrift Nr. 1 022 637.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   \ 609 715/8 10.6S