DE977823C

DE977823C - Transmitter generator of frequency-modulated pulses in the form of stairs

Info

Publication number: DE977823C
Application number: DEC29564A
Authority: DE
Inventors: Yvon Pierre Jean Fouche
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1962-04-05
Filing date: 1963-04-05
Publication date: 1971-02-11
Also published as: FR1602253A; GB1218731A

Description

AUSGEGEBENAM 11. FEBRUAR 1971ISSUED FEBRUARY 11, 1971

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sendegenerator treppenförmig frequenzmodulierter Impulse für Radargeräte mit Echpitnpulskompression und/oder Autokorrplatipn unter Verwendung einer Reihe vpn unmittelbar nacheinander aufgetasteten Oszillatoren.The invention relates to a generator for transmitting frequency-modulated pulses in a stepped manner for radars with real pulse compression and / or Autokorrplatipn using a Row vpn opened immediately one after the other Oscillators.

bekanntlich wird die Impulskompression bei Radargeräten angewendet, um. ohne übermäßig große Sendespitzenleistung ernpfangsseitig sehr kurze Echoimpujse imd damit ein großes Entfernungsauflösungsvermögen zu erzielen. Zu diesem Zweck werden frequenzmqdulierte Sendeimpulse ausgesendet, und die empfangenen Echoimpulse werden durch ein Filter mit frequenzabhängiger Laufzeit geschickt. Der Verlauf der Frequenzmodulation muß der Filterkennlinie angepaßt sein; wenn die Filterkennlinie linear ist, muß auch die Frequenzmodulation eine lineare Funktion der Zeit sein. Auf jeden Fall müssen die Augenblicksfrequenzen der frequenzmodulierten Impulse mit um so größerer Genauigkeit eingehalten werden, je größer der gewünschte Kompressionsgrad ist.is known to be the pulse compression at Radars applied to. without an excessively high peak transmit power on the receiving end short echo impulses and thus a large distance resolution to achieve. For this purpose, frequency-modulated transmission pulses are sent out and the received echo pulses are sent through a filter with a frequency-dependent transit time. The course of the frequency modulation must be adapted to the filter characteristic; if the filter characteristic is linear, the Frequency modulation can be a linear function of time. In any case, the instantaneous frequencies of the frequency-modulated pulses must also the greater the desired degree of compression, the greater the accuracy that can be maintained.

Auch bei Radargeräten mit Autokorrelation werden frequenzmodulierte Impulse ausgesendet, wobei jecjoch die Frequenzmodulation meist nicht linear ist, sondern vorzugsweise einer ungeraden Funktion in der Weise entspricht, daß auch die Autokorrelationsfunktion des Signals eine ungerade Funk-Frequency-modulated pulses are also transmitted in radar devices with autocorrelation, whereby however, the frequency modulation is usually not linear is, but preferably corresponds to an odd function in such a way that the autocorrelation function of the signal has an odd func-

009 637/1009 637/1

tion ist. Dadurch läßt sich eine sehr genaue Entfernungsmessung des Ziels erreichen.tion is. A very precise distance measurement of the target can thereby be achieved.

Bei großer Anforderung an die Genauigkeit kann die Frequenzmodulation nicht mehr durch einfache Veränderung eines frequenzabhängigen Parameters erfolgen. Es ist bekannt, eine größere Genauigkeit dadurch zu erzielen, daß ein treppenförmig frequenzmodulierter Impuls durch Aneinanderfügen mehrerer E'inzelimpulse mit konstanter FrequenzIf the accuracy requirements are high, the frequency modulation can no longer be performed using simple Change of a frequency-dependent parameter take place. It is known to have greater accuracy to achieve that a stepped frequency-modulated pulse by joining several individual pulses with constant frequency

ίο gebildet wird, beispielsweise durch Verwendung von mehreren Oszillatoren, von denen jeder auf eine bestimmte Frequenz eingestellt ist und die nacheinander angeschaltet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch in diesem Fall ein großer Kompressionsgrad des Impulses nur dann erhalten werden kann, wenn bestimmte Phasenbeziehungen der zusammenzufügenden Einzelimpulse eingehalten sind.ίο is formed, for example by using of several oscillators, each of which is tuned to a specific frequency and which be switched on one after the other. However, it has been shown that in this case too, a large Degree of compression of the pulse can only be obtained when certain phase relationships of the individual pulses to be joined are complied with.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einerThe aim of the invention is to provide a

ao Anordnung der eingangs angegebenen Art, die es ermöglicht, treppenförmig frequenzmodulierte Impulse zu erzeugen, bei denen an* den Übergängen zwischen den Stufen die erforderlichen Phasenbeziehungen mit großer Genauigkeit eingehalten sind.ao arrangement of the type specified above, which it enables frequency-modulated impulses to be generated in a stepped manner, in which at * the transitions the required phase relationships are maintained with great accuracy between the stages are.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Oszillatoren derart von einer gemeinsamen Bezugsfrequenz gesteuert sind, daß ihre Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Bezugsfrequenz sind und daß die Auftastzeit jedes Oszillators ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Oszillatorschwingung ist.According to the invention, this is achieved in that the oscillators are so from a common Reference frequency are controlled that their frequencies are integer multiples of the reference frequency and that the gating time of each oscillator is an integral multiple of the period of the oscillator oscillation is.

Die Erfindung ergibt die Wirkung, daß sich die von den verschiedenen Oszillatoren gelieferten Impulsabschnitte, die .zur Bildung des frequenzmodulierten Impulses zeitlich nacheinander zusammengefügt werden, stets die richtigen Phasenbeziehungen haben, so daß an den Übergängen keine Phasenfehler auftreten.The invention has the effect that the pulse sections supplied by the various oscillators, which. to form the frequency-modulated pulse are put together one after the other in time always have the correct phase relationships so that there are no phase errors at the transitions appear.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Diese zeigt das Blockschaltbild eines nach der Erfindung ausgeführten Sendegenerators.The invention is explained below with reference to the drawing, for example. This shows that Block diagram of a transmit generator designed according to the invention.

Bei dem dargestellten Sendegenerator wird eine bestimmte Anzahl von, einzelnen Oszillatoren verwendet, die auf vorbestimmte feste Frequenzen eingestellt sind. Diese Frequenzen sind so gewählt, daß bei Wiedervereinigung aller von den verschiedenen Oszillatoren abgegebenen Frequenzen unterIn the transmission generator shown, a certain number of individual oscillators is used, which are set to predetermined fixed frequencies. These frequencies are chosen so that when all the frequencies emitted by the various oscillators are reunited, they fall below

5.0 Einhaltung bestimmter Vorkehrungen der gewünschte frequenzmodulierte Impuls erhalten wird, dessen Frequenzmodulation zeitlich dem vorgeschriebenen Verlauf folgt. Aus diesem Grund ist es offensichtlich erforderlich, einerseits die Frequenzen der verwendeten Oszillatoren und andererseits den Zeitpunkt und die Dauer ihrer Anwendung zu bestimmen. Diese Bestimmung kann auf mathematischem Weg näherungsweise durchgeführt werden. • Wenn die Frequenz dem durch den Ausdruck5.0 Adhering to certain precautions of the desired frequency-modulated pulse is obtained, the frequency modulation of which is timed to the prescribed Course follows. For this reason it is obviously necessary to first hand the frequencies of the oscillators used and, on the other hand, to determine the time and duration of their application. This determination can be carried out approximately in a mathematical way. • If the frequency corresponds to the expression

/=9>(0/ = 9> (0

OOOO

gegebenen Gesetz in dem'Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₀ rjt- T folgt, wird der erste Oszillator während des Zeitintervalls aufgerufen, das zwischen t₀ und t₀ + X₁ enthalten ist. Während dieses Zeitintervalls muß sich die Frequenz normalerweise um den Wertgiven law in the time interval between times t ₀ and t ₀ rjt- T follows, the first oscillator is called during the time interval that is contained between t ₀ and t ₀ + X ₁ . During this time interval, the frequency must normally be around the value

\<pQo)~<PQo\ <pQo) ~ <PQo

I Xi I Xi

(3)(3)

woraus die Mittelfrequenz des ersten Oszillators folgendermaßen definiert werden kann:from which the center frequency of the first oscillator can be defined as follows:

/1 —/1 -

φ Qo) + ψ Qoφ Qo) + ψ Qo

(4)(4)

φ Ito + φ Ito +

+ φ Ito + JT r_n + φ Ito + JT r _n

(5)(5)

während des Zeitintervalls;during the time interval;

t₀+^r_n bis I₀ + ^t ₀ + ^ r _n to I ₀ + ^

X<nX <n

- φ - φ

'ψ Qo "T" Tl) I (²) 'ψ Qo "T" Tl) I ( ² )

ändern. Nun kann eine Augenblickfrequenz nicht mit einer Genauigkeit von mehr als b = — definiert werden, wenn man über eine Beobachtungszeit χ verfügt. Daraus ist abzuleiten, daß die Be- Stimmung der in der Gleichung (2) erscheinenden Zeit X₁ durch folgenden Ausdruck gegeben ist:change. Now an instantaneous frequency cannot be defined with an accuracy of more than b = - if one has an observation time χ . From this it can be deduced that the determination of the time X ₁ appearing in equation (2) is given by the following expression:

Dieser erste Oszillator wird an einen gemeinsamen Verbraucherkreis während des Zeitintervalls von i₀ bis t₀ + X₁ angeschlossen.This first oscillator is connected to a common consumer circuit during the time interval from i ₀ to t ₀ + X ₁ .

Es läßt sich nun schrittweise ein Rekursionsgesetz ableiten, durch welches die Frequenzen der aufeinanderfolgenden Oszillatoren sowie die Zeiten, während welcher jeder dieser Oszillatoren an den gemeinsamen Verbraucherkreis anzuschließen ist, definiert werden können. Der folgende mathematische Ausdruck gilt' für die Mittelfrequenz des Oszillators mit der Ordnungszahl p: A law of recursion can now be derived step by step, by means of which the frequencies of the successive oscillators and the times during which each of these oscillators is to be connected to the common consumer circuit can be defined. The following mathematical expression applies to the center frequency of the oscillator with the ordinal number p:

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbild enthält ein Block 1 die Oszillatoren 01, 02 ... ο n, deren feste Frequenzen nach den vorstehenden Angaben bestimmt sind. Diese Oszillatoren werden nacheinander an einen gemeinsamen Verbraucherkreis 2 durch eine Gruppe von Ci, iao C 2 ... Cn angeschlossen, welche in einem Block 3 enthalten sind. Das Anschalten der verschiedenen ' Oszillatoren an den gemeinsamen Verbraucherkreis muß in genau bestimmten Zeitpunkten erfolgen, damit die nacheinander gelieferten Signale sich sichtig in der Weise aneinanderschließen, daß dasIn the block diagram shown in the drawing, a block 1 contains the oscillators 01, 02 ... o n, the fixed frequencies of which are determined according to the above information. These oscillators are successively connected to a common consumer circuit 2 through a group of Ci, iao C 2. .. Cn connected, which are contained in a block 3. The connection of the various' oscillators to the common consumer circuit must take place at precisely defined times so that the signals delivered one after the other visibly connect to one another in such a way that the

' ' am Ausgang erscheinende Gesamtsignal keine Phasenunstetigkeiten aufweist. Die richtige Phasenlage kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, daß die beiden betreffenden aufeinanderfolgenden 5 Oszillatoren während des Zeitintervalls, in welchem ein Oszillator den vorhergehenden ersetzen soll, zur Schwebung gebracht werden. Die Steuerung der Schalter erfolgt beispielsweise durch eine Schaltung 4, welche die Schwebungssignale der paarweise zusammengefaßten Oszillatoren über eine Leitung 5 und Signale, die den Zeiten τ proportional sind, über einen Eingang 6 empfängt und die Steuersignale zu den Schaltern liefert. Damit keine Unstetigkeiten auftreten, ist es notwendig und hinreichend, daß die zuvor angegebenen Zeitwerte X_n ganzzahlige Vielfache des Kehrwertes der Frequenz ilf_n sind.'' The overall signal appearing at the output has no phase discontinuities. The correct phase position can be determined, for example, in that the two relevant successive 5 oscillators are made to beat during the time interval in which one oscillator is to replace the previous one. The switches are controlled, for example, by a circuit 4 which receives the beat signals from the oscillators combined in pairs via a line 5 and signals which are proportional to the times τ via an input 6 and supplies the control signals to the switches. In order that no discontinuities occur, it is necessary and sufficient that the previously specified time values X _{n are} integer multiples of the reciprocal value of the frequency ilf _n .

Aus vorstehenden Angaben lassen sich die Bedingungen ermitteln, welche von der Frequenz er-The above information can be used to determine the conditions that depend on the frequency.

ao füllt sein müssen, damit die verschiedenen bisher in Betracht gezogenen Oszillatoren durch einen einzigen von ihnen ersetzt werden können. Wenn man die verschiedenen aufeinanderfolgenden Frequenzen durch Frequenzmodulation erhalten will, genügt es, die erste Frequenz gleich dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der durch die Rechnung ermittelten Frequenzen zu wählen.ao must be filled in order for the various oscillators considered so far to be replaced by a single one can be replaced by them. If you look at the different successive frequencies by frequency modulation, it is sufficient to make the first frequency equal to the lowest common To choose multiples of the frequencies determined by the calculation.

Wenn das Rekursionsgesetz, mit welchem die verschiedenen aufeinanderfolgenden Frequenzen ermittelt werden können, verbessert werden soll, bildet man die Summe einer bestimmten Zahl von Signalen, welche mit Hilfe des zuvor angegebenen Näherungsgesetzes bestimmt sind.If the law of recursion with which the various successive frequencies are determined can be improved, one forms the sum of a certain number of Signals, which are determined with the help of the law of approximation given above.

Es ist dann gemäß einer anderen Ausführungsform auch möglich, einen Schwingungserzeuger zu bilden, dessen aufeinanderfolgende Frequenzen einem nichtlinearen Gesetz folgen. Diese Frequenzen sind durch die folgende Gleichung verknüpft :According to another embodiment, it is then also possible to add a vibration generator form whose successive frequencies follow a non-linear law. These frequencies are related by the following equation:

*° fn = /Ί + η b, (7)* ° fn = / Ί + η b , (7)

Jt*- Jl 1 5 \/ J Jt * - Jl 1 5 \ / J

welche in dem folgenden Zeitintervall in Betracht zu ziehen ist:which is to be considered in the following time interval:

bist₀ + (n + ΐ)τ mit τ until ₀ + (n + ΐ) τ with τ

-—
δ-
δ

Mit einem ersten Oszillator mit der Frequenz /₀ und einem zweiten Oszillator mit der Frequenz b kann man daher durch Multiplikationen und Mischungen die gewünschten η Frequenzen bilden, die jeweils nacheinander für die Zeitdauer vonWith a first oscillator with the frequency / ₀ and a second oscillator with the frequency b , the desired η frequencies can therefore be formed through multiplications and mixtures, each successively for the duration of

-τ- Sekunden abgenommen werden, wobei die-τ- seconds are removed, with the

Augenblicksfrequenz durch folgenden Ausdruck gegeben ist:Instantaneous frequency is given by the following expression:

(8)(8th)

Eine bessere Linearität kann auch dadurch erhalten werden, daß η Oszillatoren verwendet werden, deren Frequenzen gegeneinander um — versetzt sind. Diese Oszillatoren werden in den ZeitenBetter linearity can also be obtained by using η oscillators whose frequencies are offset from one another. These oscillators are in the ages

ητ +j> —ητ + j> -

angeschlossen, worin sich p von ο bis a-i ändert. Unabhängig von der Sorgfalt, mit welcher die von den verschiedenen Oszillatoren gelieferten Elementarsignale in Phase gebracht werden, können jedoch Phasenfehler bestehenbleiben, so daß das erhaltene endgültige Signal gegenüber dem gewünschten theoretischen Signal Mangel aufweist, die im Rhythmus des Taktes der Umschaltung auftreten. Zur Abschwächung dieses Nachteils kann 80· der beschriebenen Anordnung eine Korrektur- oder Kompensationsschaltung hinzugefügt werden, welche dem erhaltenen Signal eine Phasenmodulation erteilt, die im Takt der Umschaltung erfolgt, und deren Amplitude von Spitzenwert zu Spitzenwert durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:connected, where p changes from ο to ai. Regardless of the care with which the elementary signals supplied by the various oscillators are brought into phase, phase errors may persist, so that the final signal obtained has deficiencies in relation to the desired theoretical signal, which occur in the rhythm of the switching cycle. To mitigate this disadvantage, a correction or compensation circuit can be added to the arrangement described, which gives the received signal a phase modulation which takes place in time with the switching, and whose amplitude from peak value to peak value is given by the following expression:

φ = —Βτ. φ = - Βτ.

Darin sind B der Frequenzabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden benachbarten Frequenzen und τ die Zeit, während der die betreffende Frequenz verwendet wird.Here, B is the frequency spacing between two consecutive neighboring frequencies and τ is the time during which the relevant frequency is used.

Theoretisch würde eine Phasenmodulation mit parabolischer Kennlinie eine strenge Kompensation der Phasenfehler ergeben; in der Praxis ist es jedoch einfacher, eine Modulation mit sinusförmiger Kennlinie anzuwenden, welche keine merklichen Fehler mehr bestehen läßt.Theoretically, a phase modulation with a parabolic characteristic would be a strict compensation the phase error result; in practice, however, it is easier to use sinusoidal modulation To apply a characteristic curve which no longer allows any noticeable errors to exist.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Transmitter generator, frequency-modulated in steps Pulses for radars with echo pulse compression and / or autocorrelation using a series of instantaneous successively keyed oscillators, characterized in that the oscillators are of a common reference frequency are controlled so that their frequencies are integral multiples the reference frequency and that the gating time of each oscillator is an integral multiple is the period of the oscillator oscillation.

2. Transmitter generator according to claim 1, characterized in that the common output A phase correction circuit is connected to the oscillators.

3. transmit generator according to claim 2, characterized iao that the phase correction circuit consists of a modulator which phase modulates its input signal granted.

4. transmit generator according to claim 3, thereby read marked that the modulator

output signal a phase modulation after a parabolic characteristic.

5. Sendegener'ator according to claim 3, characterized gekennzeicjinet that the modulator is its input signal a modulation according to a sinusoidal characteristic is granted.

6. Transmitter generator according to one of the preceding claims, characterized in that d _; aj the series, vqn oscillators by a one

823 umpteen oscillator with gradually variable Frequency replaces i§t.

Publications considered: electronics, 33 (1969), 41 (? October), pp. S3 ¹ p

to'57;

The Be.ll System Technical Journal, 39 (i960),

4 (JuIi), p. Ϋ́ | 8ό§

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings