DK157466B - Detekteringsapparat for samtidige, multiple signaler - Google Patents

Description

DK 157466 B

Opfindelsen angår et aktivt detekteringssystein, som f.eks. en radar- eller sonarenhed, og af den i krav l's indledning angivne art.

5 Sådanne systemer kan have relation til målretning eller til ekstraktion og identifikation eller klassifikation af visse parametre hos mulige mål eller i forbindelse med billeddannelse, hvor der f.eks. i forbindelse med sonar tilvejebringes en bestråling af en rumvinkel, som 10 skal observeres, i form af en enkel kohærent transmission, som dækker hele rumvinklen, og som har en varighed på T og en båndbredde b, som er udsendt omkring en bærefrekvens fø. Ved modtagelsen tilvejebringes der parallelt et antal vinkelkanaler, der dækker den bestrålede 15 rumvinkel.

Vinkelopløsningen i sådanne systemer er stærkt afhængig af modtagerantennen, og det er kendt, at dennes dimension tilføjer en yderligere, begrænsende faktor til op-20 løsningsevnen.

Det er kendt at forøge den rumlige opløsningsevne af sådanne anlæg inden for sonarteknikken ved hjælp af en lineær akustisk base, som til transmissionen benytter en 25 såkaldt interferrometrisk tilstand, som består i samti dig udsendelse af to signaler ved den samme frekvens fra to transorer for enderne af basen.

Denne transmissionsform medfører, at der i rummet frem-30 bringes zoner, der skiftevis modtager lydenergi og ikke modtager lydenergi. Signalerne foldes ved modtagelsen med forudbestemte kanaler, hvorved der opnås en forbedring i retningsfølsomheden med en faktor 2, men tilstedeværelsen af de zoner, der ikke modtager lydenergi, 35 er en ulempe ved denne fremgangsmåde.

2

DK 1 57466 B

Der kan korrigeres for dette på to forskellige måder.

Enten benyttes der en anden, samtidig transmission, der er vinkelforskudt i forhold til den foregående transmission, og som medfører en fordobling af sweeptiden. Al-5 ternativt kan der anvendes to samtidige transmissioner, som har forskellig frekvens, hvor den ene transmission har en til den ovennævnte første transmission svarende karakteristik, mens den anden har en til den anden transmission svarende karakteristik, hvilket dog har den 10 ulempe, at det brugte frekvensbånd fordobles.

Et andet eksempel på forbedring af retningsfølsomheden kan ses i beskrivelsen til U.S.A, patentskrift nr, 4 119 940, hvor der gøres brug af N frekvenser til 15 transmissionen. Sidstnævnte kendte teknik medfører en udmærket adskillelse af signalerne, der er frembragt ved forskellige frekvenser, men medfører, at signalerne senere mister deres identitet i forhold til de forskellige frekvenser, og at signalerne ikke på nogen måde behand-20 les i forhold til rum-tid, således at denne teknik ikke er anvendelig til detektering af objekter, der bevæger sig i forhold til basen eller i forbindelse med ikke plane baser.

25 Opfindelsen har til formål at angive et aktivt detekteringssystem, hvor det er muligt at opretholde de tidligere nævnte forbedringer af opløsningsevne og retningsfølsomhed, uden at dette sker på bekostning af andre vigtige parametre som f.eks. krav om større båndbredde, 30 tab af Dopplerinformation, samt usynlige zoner i rummet forårsaget af interferens.

Dette formål opnås ved, at detekteringssystemet er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del.

35

DK 157466 B

3

Hensigtsmæssige enkeltheder er angivet i kravene 2 til 12.

Opfindelsen vil blive forklaret nærmere i den efterfølg-5 ende beskrivelse af en udførelsesform, idet der henvises til tegningen, hvor: fig. 1 viser en udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, 10 fig. 2 et blokdiagram for et sonaranlæg med en cirkulær base, fig. 3 et signalbehandlingsdiagram for et sonaranlæg med 15 cirkulær base, fig. 4 viser detaljer fra det på fig. 3 viste kredsløb, fig. 5 repræsenterer forskellige koder, som benyttes ved 20 transmissionen, fig. 6 viser skematisk et diagram af en anden udførelsesform for opfindelsen, medens 25 fig. 7 viser signaler i forbindelse med den på fig. 6 viste udførelsesform.

Det antages, at der findes et sæt af kilder Si,...Sp, hvoraf M er indrettet til at have transmissionsfunktion-30 er Ej_, (1< i < M), og hvoraf N har modtagefunktioner Fs, (1 < j < N). Disse kilder eksemplerer rummet på en sådan måde, at der kan tilvejebringes kanaler både ved transmissionen og ved modtagelsen. 1

Fordelingen af disse kilder kan være tilfældig, forudsat at kildernes koordinater er kendte. Den mest sædvanlige

DK 157466 B

4 fordeling er enten trekantet, rektangulær, sfærisk, cylindrisk, cirkulær, konform m.v. Fordelingen af energien i rummet, hvilket betegnes direktiviteten D, som hidrører fra kanaldannelsen ved transmissionen og modtag-5 elsen, udtrykkes generelt ved hjælp at to vinkelparametre D (θ, φ), hvor Θ er vinkelen i vandret plan, medens φ er vinkelen i lodret plan.

Ifølge opfindelsen fås en forbedring i den rumlige op-10 løsningsevne af systemet ved at overlejre direktiviteten for transmissionen Dg (θ, φ) og direktiviteten for modtagelsen Dg (θ, φ), hvilken overlejring stort set tilvejebringes i ens retning {0m, φη) med den betingelse, at Dg (θ, φ) = Dg (θ, φ), uanset hvad værdierne af Θ og 15 φ er, hvorved der opnås en total direktivitet D (θ, φ)^, som derved forbedres med en faktor 2.

Det er kendt, at retningsfølsomheden kan forbedres ved at overlejre kanaler, som er tilvejebragt ved transmis-20 sion og ved modtagelse. Signalbehandlingen ifølge opfindelsen medfører imidlertid, at ulemper ved denne kendte praksis kan undgås. Apparatet ifølge opfindelsen er baseret på kombination af transmission- og modtagefunktioner .

25

Apparatet ifølge opfindelsen udsender samtidigt M kodede signaler Ci,.. .C^,.. ,Cjj, som er adskillelige i båndet b og har ens varighed T, hvilke signaler udsendes samtidigt ved hjælp af M kilder E^,.. .E^,.. .Ejj, hvis rumko-30 ordinater er kendte. Hovedtyperne for mulige transmissioner er f.eks. (se fig. 5): 1. M signaler med frekvenserne fi, · · .fi, · · . f(i °9 med varighed T og adskilt i frekvens ved 1/T =b, 35 2. M signaler med ens centerfrekvens fø/ og er kodet i

DK 157466 B

5 det samme bånd b med store M orthogonale koder af varighed T, hvor bT > M, 3. M signaler, som er kodet i det samme bånd b med ens 5 kode og af varighed T, hvor bT > 1, og med forskellige centerfrekvenser, som er adskilt i frekvens ved afstanden b, 4. M signaler, som er kodet i samme bånd b med Q ortho-10 gonale koder (Q < M) og af varighed T, hvor bT > Q, og • med P forskellige centerfrekvenser (PQ=M), som er adskilt i frekvens ved afstanden b.

For såvidt angår modtagelsen foregår denne ved hjælp af 15 N transorer som modtager ekkoerne fra trans missionerne, og hvor hver transor modtager alle ekkoer i løbet af den gentagne periode, hvor bølgerne er udsendt af alle senderne til E^, hvilke signaler behandles i tre trin: 20 1) Tilvejebringelse i reel tid, dvs. parallelt, af alle modtagerkanalerne Vj; med retninger (6m,<j>n) fra disse transorer Ηι,...%, hvilke kanaler har en bestemt di-rektivitet Dg (θ, φ).

25 2) Sortering ved hjælp af tilpassede filtre i hver af de således opnåede retninger (0m, φη) for ekkoer, der hidrører fra de forskellige sendere Εχ til Ej*. 1 2 3 4 5 6 3) Tilvejebringelse af transmissionskanaler med en 2 direktivitet Dg (θ, φ), som stort set er identisk med 3 direktiviteten for modtagekanalérne, og som tilveje 4 bringes i ens retning ved midlertidig forskydning, så 5 ledes at der opnås en superpositionering i hver af ret- 6 ningerne (θπ,,φη) af alle de ekkoer, som er sorteret således ved hjælp af passende forsinkelses- eller fasefor-

DK 157466 B

6 skydningsorganer, hvorefter signalerne.summeres med hensyn til amplitude og indhylning for mulig afstandstilvækst .

5 Fig. 1 viser disse tre behandlingstrin.

Henvisningstallet 1 repræsenterer en samling, som kan være konform, dvs. den har samme form som den tilhørende bærekonstruktion (et skibs forstavn i tilfælde af et so-10 naranlæg), og består af M transmissionskilder E^ til Em# som modtager elektriske kodede signaler til (¾ fra M generatorer (ikke vist) i overensstemmelse med et af de ovennævnte kodningsprincipper, samt består af N modtagere Hi til %|.

15 I kredsløbet 2 foregår den første signalbehandling, som består i, at der parallelt (eller i serie, hvis den dertil nødvendige tid er mindre end det reciprokke af det totale bånd) dannes alle modtagekanaler i retningerne 20 (θπΐ'Φη)' som er nødvendig for anlægget. Denne tilvejebringelse af kanaler i båndet W=B (transmission) + D (hvor D repræsenterer den maksimale frekvensvariation hidrørende fra Doppler-effekten) kan opnås «•Al 25 - enten ved hjælp af organer, som medfører passende for sinkelser i det tilfælde, hvor samlingens dybde er større end c/W, hvor der med samlingens dybde menes den afstand, som bølgerne skal gennemløbe for at nå alle transorer i samlingen i den retning (θ,φ), hvorefter den 30 mest skrå kanal er dannet, - eller ved hjælp af organer, som medfører passende faseskift i tilfælde af, at dybden er mindre end c/W, for hver af de signaler, der ankommer fra transorerne 35 Hi,...Hjj, hvilken operation udføres et forskelligt antal gange p svarende til p særskilte retninger (9m/ Φη)·

DK 157466B

7 På udgangen af kredsløbet 2 vil der da være dannet p kanaler V^,... Vp, som hver indeholder alle ekkoer fra alle senderne E^ til Erø.

5 Signalerne fra hver af disse kanaler, såsom Vj^, overføres til et kredsløb såsom 3.k, hvor der under den anden signalbehandling udføres omfattende sortering af ekkoer i hver af de tidligere opnåede modtageretninger (6m, φη) i overensstemmelse med de punkter i transmissionsrummet, 10 som er udgangspunkt for signalfrembringelsen. Dette gøres muligt ved hjælp af transmissionskodningen, som identificerer senderne E^,... Ej*. Sorteringen tilvejebringes ved hjælp af filtre, som er tilpasset transmissionskoderne, hvor der tages hensyn til målets Doppler-15 virkning. Et simpelt eksempel på et tilpasset filter kan gives i tilfælde af kodningen af type 1 (rene frekvenser med varighed T og adskilt i frekvens ved l/T). Sorteringsfunktionen efter hver af modtagekanalerne (θ, φ) består da i en spektralanalyse med opløsningen l/T i det 20 totale bånd W = M x l/T + D, hvor der ved D er taget hensyn til alle mulige relative bevægelser for det objekt, som observeres. Sorteringen af signalerne ved forskellige frekvenser kan opnås 25 - enten analogt ved hjælp af M + DT = R simple båndpas- filtre, som er anbragt i parallel og adskilt i frekvens ved l/T eller ved at benytte Fourier-transformationer med dispersive forsinkelseslinier. Denne type af signalbehandling er beskrevet i "Use of dispersive delay line 30 for signal processing in underwater acoustics" af P.

Tournois og J. Bertheas, JASA 1969, pp. 517-531.

- eller digitalt ved, at der f.eks. tilvejebringes hurtig Fourier-transformation (F.F.T.) med en opløsning på 35 l/T.

DK 157466B

8 På udgangen af kredsløbene 3.1, 3.2,... 3.p er der for hver modtagekanal R forskellige udgangssignaler, lige så mange som der findes kanaler, som er analyseret i hele båndet (fi g. 1 viser kun M, dvs. i tilfælde uden 5 Doppler-virkning).

Et andet eksempel på et tilpasset filter kan også gives i tilfælde af den anden kodning, hvor alle signalerne transmitteres med samme centerfrekvens, men med separa-10 ble koder C]_,... Ci,... C^, der betegnes orthogonale koder. Dette filters rolle består i at sammenligne de forskellige koder, som er modtaget, med koden C^, som findes i filterets lager. Sammenligningen medfører et signal, der betegnes et korrelationssignal, som er maksi-15 malt, når det modtagne signal indeholder koden Ci blandt alle de andre, og som er minimalt, når koden Cj. ikke er indeholdt.

Det tilpassende filter er en korrelator (denne proces er 20 beskrevet i "Digital communications 71 af S.W. Colomb (Prentice Hall) med eksempler på orthogonale koder).

Ved dette andet eksempel vil sorteringen af de modtagne signaler blive udført efter hver af modtagekanalerne ved 25 hjælp af R korrelatorer, lige så mange som der findes forskellige koder i det totale bånd W = b + D.

Den tredje type kodning svarer til en dobbelt kodning: til M frekvenser med kodning inden for hver af disse 30 frekvenser.

Det tilpassede filter opnås ved spektralanalyse efterfulgt af et enkelt filter, som svarer til den specifikke kode. Hvis denne kode f.eks. svarer til en transmission, 35 som er lineært frekvensmoduleret, vil korrelatoren være et filter med en tilpasset forsinkelseskarakteristik

DK 157466B

9 (denne proces er beskrevet i den allerede nævnte artikel "Use of Dispersive Delay Line").

Den fjerde type kodning er en blanding af de tidligere 5 beskrevne kodninger. Den fjerde type kodning er inter·* essant, idet den indebærer en reduktion af det nødvendige bånd i forhold til f.eks. den tredje type kodning.

Båndet kan f.eks. divideres med to ved at placere to orthogonale koder ved hver frekvens fra ίχ til fM/2» 10 hvor signalerne er lineært frekvensmoduleret, det ene med voksende frekvens og den anden med aftagende frekvens .

Den tredje signalbehandling af det modtagne signal ud-15 føres ved hjælp af kredsløbene 4.1,... 4.k... 4,p og omfatter algebraisk rekonstruktion af transmissionskanalerne. Denne algebraiske rekonstruktion opnås, med hensyn til dannelse af de ovenfor beskrevne modtagekanaler, ved introduktion af forsinkelser τχ eller forskellige faser 20 ¥ϊ=ωοτΐ/ ikke i signalerne, der kommer fra modtagekilderne Ηχ,... %j, men i de signaler, som tidligere er blevet sorteret, og som groft set svarer til Doppler-effekten, fra kilderne Ex,...Etø, hvilket tilvejebringes for hver retning (Øm, φη) af modtagekanalerne.

25

Signalbehandlingen i kredsløbene 4.1,... 4.p svarer fysisk til to virkninger: - en rumlig virkning på "transmissions direktiviteten", 30 idet forskydningen kun gælder for en given retning, - en midlertidig "impulskomprimerende" virkning, som bedst kan forklares under antagelse af, at signalerne er udsendt i henhold til den første type kodning. Indhyl- 35 ningen af overlejringen eller "forskydningen" og den algebraiske sum af N signaler af forskellige, rene fre-

DK 157466 B

10 kvenser med frekvensafstand 1/T i båndet B = N/T er absolut identisk med et kort signal (sin (BT))/BT med længden 1/B, dvs. 1/N af det oprindelige signal.

5 Et objekt, som nærmer eller fjerner sig med en radial hastighed V, medfører et faseskift i transmissionsfrekvensen fi med størrelsen 2Vfi/c = D som en første approximation, hvis V << c.

10 Mere generelt vil dette frekvensskift resultere i en forvrængning af de modtagne koder, som kan føre til, at der ikke kommer noget resultat ud af foldningen i de tilpassede filtre.

15 I tilfælde af den første type kodning medfører frekvensskiftet en tilsyneladende vinkelrotation af transmissionskilderne, og transmissionskanalernes retning kan ikke længere svare til retningen af de dannede modtagerkanaler. Dette er problemet i forbindelse med følsomhed 20 over for Doppler-virkningen.

Løsningen på dette problem består i at anvende en trans-missionskodetype, en geometri for transmission-modtage-kilder samt en frekvensfordeling, som er mindre følsom 25 over for Dopper-virkningen, og ved at benytte et stort antal tilpassede filtre, i grænsen ét filter pr. Doppler-opløsningstilvækst.

Fig. 2 viser et blokdiagram over en udførelsesform for 30 apparatet ifølge opfindelsen og omfattende en såkaldt panorama-sonar, fordi denne kan dække hele horisonten, og hvor det ønskes at forøge de dannede kanalers retningsfølsomhed med en faktor 2 i forhold til den kendte teknik.

35

DK 157466 B

11

En cirkulær base 12 indeholder N søjler af transorer, såsom Ti, der er forbundet til et transmission-modtage-skiftekredsløb 7. De modtagne signaler overføres til kanaldannende kredsløb 8. Der findes elementer ifølge fig.

5 1, som er tilpasset den første type kodning. Hver af ka nalerne, som dannes i kredsløbet 8, analyseres med hensyn til frekvensen ved hjælp af kredsløbene 9.1,... 9.k,___ 9.2N, og frekvenseksempleringerne for skydes tidsmæssigt og superpositioneres i transmissions- 10 dannende kredsløb 10.1,... 10.2N, som medfører successive Doppler-eksempleringer for en given (transmission + modtagelse) kanal, som fremvises ved hjælp af det operative system 11.

15 Formen for de signaler, som opnås på udgangen af kredsløbene 8, 9.1,... 9.2N,___ 10.1,... 10.2N er vist på fig. 2.

På udgangen af det kanaldannende kredsløb 8, opnås sig- 20 nalerne SSk,... S2N for de dannede kanaler

Vi (θ),.. (Θ),.. V2n (Θ). Det antages, at målet fand tes i retningen svarende til kanalen (Θ), og at de andre signaler kun repræsenterer støj. 1 2 3 4 5 6 35 På udgangen af spektralanalysekredsløbet 9.k findes der 2 R frekvensanalysekanaler, hvoraf kun M indeholder nytti 3 ge signaler, medens de andre R - M også repræsenterer 4 støj. De M nyttige signaler tidsforskydes i overensstem 5 melse med geometrien for basen 12 med tidsrum såsom tj_.

6 På udgangen af det transmissionskanaldannende kredsløb 10.k forskydes de forudgående M nyttige signaler tidsmæssigt til kompensation for forsinkelser såsom τχ i retning af kanalen (Θ).

DK 157466 B

12 På grund af frekvenskodningens natur er.varigheden af de signaler, som er opnået i en af Doppler-kanalerne dj^ på udgangen af kredsløbet 10.k, komprimeret i forholdet BT, og amplituden er forøget med forholdet, hvor dj^ 5 svarer til hastigheden af målet, som er detekteret i kanalen (Θ).

Fig. 3 viser et detaljeret blokdiagram for den foretrukne udførelsesform for fig. 2 Den cylindriske akustiske 10 base 12 indeholder N identiske søjler. Søjlerne sender (funktionerne Εχ,... Εχ,... E^) og modtager (funktionerne H^,... Ηχ,... Hfl) skiftevis.

Alle transmissioner sker samtidigt med varighed T og i 15 båndet b=l/T, hvor de rene frekvenser ίχ..., ίχ..., f^, som er frembragt af generatorerne 14, overføres til respektive af søjlerne. Dette er da transmissionstilstanden for den første kodning. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Omskifterne 7 overfører transmissionssignalerne til de 2 respektive søjler og overfører de modtagne signaler 3 Ηχ..., Ηχ. .., % til modtagekanalerne, en pr. søjle, 4 udgjort af kredsløbene 81, 82, 83 og 84. Kredsløbet 81 5 repræsenterer en forforstærker og niveauregulator.

6

Kredsløbet 82 er et båndpasfilter med bredden B + D.

7

Kredsløbet 83 repræsenterer en frekvensflytter med det 8 formål at bringe centerfrekvensen fg = (fi+f2)/2 til at 9 ligge omkring frekvensen nul, dvs. kredsløbet overfører 10 modtagespektret til det såkaldte "grund" bånd, hvor den 11 reelle og den imaginære del af signalet overføres sær 12 skilt. Disse to komposanter, som er faseforskudt π/2, er 13 nødvendige for at indeholde både amplitude- og fasedata 14 for de modtagne signaler. Denne operation er ikke nød 15 vendig, når modtagekanalerne i kredsløbet 86 er udfor- 16 met, for at tilvejebringe et komplekst produkt.

DK 157466 B

13

Et lavpasfilter 84 frafiltrerer intermodulationsproduk-terne, som opnås udover båndet (B + D)/2. Eksemplerings-multiplekskredsløbet 85 arbejder ved klokfrekvensen Fe = 1,25 (B + D), som er højere end frekvensen bestemt ved 5 Shannon's sætning. På udgangen af 85 overføres signal-’ eksempleringerne til et ladningsoverførende organ (C.C.D.), som tilvejebringer modtagekanalerne ved interpolation .

10 Interpolation tillader også tilvejebringelse af 2N kanaler, dvs. dobbelt så mange som antallet af søjler. På grund af den forøgelse af vinkelopløsningsevnen, som opnås ved opfindelsen, er antallet af kanaler N fra den kendte teknik her fordoblet til 2N.

15 På udgangen af kredsløbet 86 findes de successive analoge eksempleringer af de kanaler, som er dannet svarende til retningerne Οχ,... —, 02n ved successiv afsøg ning langs horisonten.

20

Kredsløbet 87 er en analog-digitalomsætter, hvor de foregående analoge eksempleringer konverteres til digitale eksempleringer på 8 bit. Et demultiplekserkredsløb 88 har til formål parallelt at erstatte signalerne fra 25 de 2N kanaler, som tidligere blev frembragt i serier.

Kredsløbet 91 er et digitalt lager (RAM), som består af 2N lagre såsom 91.k, hvor 1 < k < 2N, og som er indrettet til at indeholde varigheden Τ' = T + d/c for successive eksempleringer i samme kanal 0^, d/c, hvor d er den 30 tidligere definerede dybde af samlingen. Hvert lager 91.k er dobbelt, (91.k)^ og (91.k)j fyldes samtidigt af demultiplekserne 88. Antallet af lagerelementer i hvert af disse er FE x Τ'. Varigheden τ', dvs. længden af registrerede signal, tillader, at der kun udføres en hur-35 tig Fourier-transm.ission (F.F.T) i datamaten 92 med en frekvensopløsning på 1/T. Grunden til tilstedeværelsen

DK 157466 B

14 af multiplikationskredsløbet 61 vil bedre kunne forstås under henvisning til fig. 4, som angiver detaljer af en blok såsom 9.k og 10.k, som udgør blokken 13 på fig. 2, og hvor frekvensanalysen og tidsforskydningen af trans-5 missionerne udføres. Kredsløbet 91 er det allerede nævnte lager. Kredsløbet 92 til hurtig Fourier-transformati-on beregner successive eksempleringer af spektret af de frekvenser, som er indeholdt i sektionen T af signalet, som er modtaget af modtagekanalen (Θ). Disse succes-10 sive frekvenser konverteres til analoge signaler i en analogdigitalomsætter 101 og overføres til et kredsløb 102, som tilvejebringer transmissionskanaler ved midlertidig forskydning af frekvenssignalerne.

15 Transmissionskanalfrembringelsen kan f.eks. tilvejebringes ved hjælp af et ladningskoblet organ, idet forskydningen afhænger af samlingens geometri med hensyn til dannelsen af modtagekanalen. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Som det har været forklaret var dannelsen af kanalerne 2 reelt en simpel faseforskydning. Denne dannelse af 3 transmissionskanalerne i frekvensdomænet er en simpel 4 foldning mellem spektret g^ (ω), som er modtaget fra 5 retningen θ^, og spektret h^ (ω), som er en kompleks 6 konjugeret af spektret og alle signaler, som er udsendt 7 i det uendelige i mediet og i ens retning. Den kendte 8 relation (Plancherel1 s sætning) gør det muligt at trans 9 formere en foldning i frekvensdomænet til et simpelt 10 produkt i tidsdomænet. Hvis (t) og % (t) er Fourier 11 transformerede af de respektive funktioner g^ (ω) og h^ 12 (ω), så er Fourier transformationen F (G^ (t) x (t))= 13 g^ (m)*hjc (ω), hvor * betyder foldning, hvilken relation 14 viser at den foldningsoperation, som udføres i kredslø 15 bet 102, efter at datamaten 92 har udført Fourier trans- 16 formationen, kan erstattes af en simpel tidsmultiplikation, som udføres led for led inden Fourier transforma-

DK 157466 B

15 tionen.

Kredsløbet 61 på fig. 3 består således af to digitale lagre, for hver kanal Vk (Θ), af den programmerbare 5 læsetype PROM 611.k og 612.k samt multiplikationskredsløbene 613.k og 614.k. Lagrene 611.k og 612.k indeholder henholdsvis den reelle og den imaginære del af impulssvaret fra det filter, som er tilpasset de forskellige koder, overlejret og udsendt i retningen θ|ζ. Dette regi-10 strede, midlertidige signal er blot det fysiske signal δ(θ)ς, t), transformeret tilbage til tid og modtaget i et punkt i afstand fra den akustiske base 12 og i retningen Ok og konverteret til grundbåndet. Det er derfor kun afhængigt af: 15 - den kode, som udsendes af hver af søjlerne, - geometrien af søjlerne med hensyn til retningen Θk, en geometri som introducerede forskellige faseskift i 20 denne retning, - eventuelt et vindue for vægtning af den registrerede funktion.

25 Antallet af celler i lagrene 611.k og 612.k svarer til antallet af celler i lagrene 91. T x Fe eksempleringerne i lagrene 91 udlæses og multipliceres led for led med T x Fe eksempleringerne fra lagrene 611.k og 612.k ved hjælp af multiplikatorerne 613.k og 614.k for henholds-30 vis den reelle og den imaginære del.

I datamaten 92.k findes operanter for hurtig Fourier transformation, som arbejder på T x Fe punkter med analyseperioder på T/N.

På fig. 3 er der vist lige så mange F.F.T. datamater, 35

DK 157466 B

16 som der findes modtagekanaler. Beregningshastigheden er imidlertid så stor, at der kan foretages beregninger for flere modtagekanaler, såsom fire, som beregnes i rækkefølge.

5

Eksempleringerne, som er indeholdt i udgangen fra datamaterne 92, repræsenterer den reelle og imaginære del af frekvensanalysen af signalerne i en given kanal, efter dennes dobbeltdannelse. Disse udgør derfor Doppler-kana-10 lerne i serie, opnået ved frekvensspring på 1/T. Der findes i alt D x T.

I kredsløbet 103 beregnes kvadratet på henholdsvis de reelle og imaginære dele, R og I, af Doppler-frekvens-15 eksempleringerne.

Det kredsløb, som benytter disse data til fremvisning, modtager de 2N modtage/transmissionskanaler, hvor data i hver kanal vedrører målets afstand og hastighed.

20

Til fremvisningen benyttes et farvebilledrør med billedet (Θ, afstand) i tilstand B. Doppler-data overføres som chrominanssignal.

25 Ved den foretrukne udførelsesform gælder følgende;

Akustisk basediameter Θ = 2,5 m Søjleantal N = 32

Transmissionslængde T = 0,3 sek.

30 Frekvenser fi = 3500 - 53 Hz

Transmissionsbånd B = N/T = 106 Hz

Doppler-bånd for v=30 m/sek. D = + 140 Hz dvs. 280 Hz

Total bånd W = B + D = 386 Hz

Eksempleringsfrekvens pr. søjle Fg = 426 Hz 35 Afstand, som er dækket af bølgen mellem to eksempleringer c/Fe = 3,50 m (sammenlign

DK 157466 B

17 med Θ)

Antal af lagerceller (91.k) I x Fe = 828 elementer F.F.T. analysegentagelsestid T/N = 9,4 msek.

Total antal F.F.T. beregninger 5 pr. sekund 2 x N^/T = 6827 F.F.T./sek.

Antal af elementaroperationer i en F.F.T. T x Fe/2 = log2 (T x Fg) = 448 10 Total antal af elementaroperationer i en F.F.T. 6827 x 448 = 3/058,496/sek.

Antal F.F.T. datamatkredsløb 92 med 1,3 ysek cyclustid 4 15 Antallet af Doppler-kanaler DT = 84

Ved en variant ifølge opfindelsen kan de to operationer, som udføres i kredsløbene såsom 3.k og 4.k for tilpasset filtrering af transmissionstilpasningen og transmis-20 sionskanaldannelsen erstattes med en enkelt operation, som udføres af et organ for foldning af signalet, som er modtaget i hver kanal, med kopien af summen af signaler, som er udsendt i det uendelige i den retning, som svarer til denne kanal, og tidsinverteret.

25

Fig. 6 viser et blokdiagram af en sådan variant af opfindelsen til erstatning for de behandlingstrin, som udføres af kredsløbene 9.1,...9.2N og 10.1,..10.2N. 1 2 3 4 5 6

Lagrene 15.R og 15.1 er adresserbare lagre af RAM typen, 2 hvor de reelle og imaginære signaler, som er modtaget i 3 de dannede kanaler, skrives i søjler og læses i rækker,, 4 hvor en række svarer til en kanal. Adressering af signa 5 lerne ved læsning og skrivning tilvejebringes ved hjælp 6 af kredsløbet 16. Skrivning udføres ved samme frekvens som eksempleringsudgangsfrekvensen for det kanaldannende

DK 157466 B

18 kredsløb 86.

Varigheden af det signal, som registreres i hver række er T'=T + d/c. Læsning af rækkerne udføres ved en højere 5 frekvens Ηχ, således at signalet med længden Τ' og båndet 1/T nu optager et bånd K/T'.

Signalerne i rækkerne svarende til de dannede kanaler undergår en digital/analogomsætning i kredsløbene 17.R 10 og 17.1 og adderes derefter til en bærefrekvens Ρχ ved hjælp af en kompleks modulator 18, som modtager kompo-santerne sin(2rcFx x t) og οο3(2πΡχ x t). Signalet Vx(t) kommer fra denne modulator og overføres til et analogt foldningsorgan 19, som fortrinsvis er et elastisk bølge-15 organ som beskrevet i Proceedings of the International Seminar on Component Performance og System Application of SAW Devices, E.C.S. Paige, siderne 167-180, 1973 (en I.E.E. publikation) eller i I.E.E.E. Proceedings, P.

Defranould og C. Maerfeld, side 748, maj 1976.

20

Centerfrekvensen for denne foldning er Ρχ og båndet er K/P'.

Foldningsorganet modtager også foldningskopien V2(t), 25 som er defineret ovenfor, og som svarer til den samme retning. Foldningsorganet frembringer et signal C(t), som er demultiplekset ved hjælp af kredsløbet 20, på hvis udgang de i parallel dannede kanaler er opnået, hvor hver af kanalerne i serie indeholder de tre eksem-30 pieringer fra hver Doppler-kanal. Disse signaler benyttes af fremvisningsudstyret 11 som vist på fig. 3.

Signalet V2 it) er opnået fra lagrene 21.R og 21.1, som på digitalform indeholder kopierne, konverteret til 35 grundbåndet, af de signaler, som er udsendt til det uendelige og tidsinverteret. Disse signaler lagres på ræk-

DK 157466 B

19 ke, hvor hver række svarer til en given retning.

Dette lager er af den programmerbare læsetype (PROM).

5 Disse data indlæses på række, hvor hver række læses R gange, hvor R er antallet af Doppler-kanaler. Adressering tilvejebringes ved hjælp af kredsløbet 22 med hastigheden H2.

10 Data, som indlæses i de to lagre 21.R og 21.1, omsættes til analoge signaler ved hjælp af kredsløbene 22.R og 22.1 og adderes til en bærefrekvens F2 ved hjælp af kredsløbet 23, som er identisk med kredsløbet 18.

15 Bærefrekvensen F2 og klokfrekvensen H2 frembringes ved hjælp af generatorer henholdsvis 24 og 25, som er af typen spændingsstyrede oscillatorer (V.C.O.), hvor denne spændingsform er vist på fig. 7.

20 Det på fig. 6 viste kredsløb fungerer således. Til hver række, som er indlæst i lagrene 15.R og 15.1 og er ført til foldningsorganet 19 med bærefrekvensen Fi ved hastigheden Hi, som begge er faste, svarer den homologe " række i lagrene 21.R og 21.1, som føres til foldnings- 25 organet 19 med bærefrekvensen F2 ved hastigheden H2, som begge er variable, hvor sidstnævnte frekvens og hastighed ændres R gange. I hvert lager læses de homologe rækker R gange, den første ved fast frekvens og hastighed og den anden ved variabel frekvens og hastighed.

30

Amplituden for variationen i denne frekvens og hastighed omkring F2 og H2 er henholdsvis: AF2 = K x fø x ^max og ΔΗ2 = Ηχ x ^max 35 c c

Denne variation opnås ved hjælp af R ens hop, og ^max er

DK 157466 B

20 målets maksimalhastighed. Fortrinsvis er Kfg = Fi·

Variationen AF2 og ΔΗ2 i løbet af successive læsninger af samme række medfører kopier af transmissionssignaler-5 ne multiplificeret med en Doppler-effekt. Dette medfører et signal i Doppler kanalen svarende til målets hastighed.

Detekteringssystemet ifølge opfindelsen har været be-10 skrevet i forbindelse med en samling af givne dimensioner til belysning af den forbedrede vinkelopløsningsevne.

Den foregående beskrivelse har haft relation til sonaranlæg. Opfindelsen er imidlertid også anvendelig i for-15 bindelse med et radaranlæg, hvis roterende antenne er erstattet af fast fordelte kilder. I dette tilfælde medfører opfindelsen ikke en forbedring i vinkelopløsningen, men i datahastigheden som funktion af antallet af dannede kanaler.

20 25 1 35 .

Claims (12)

1. Radar- eller sonarenhed omfattende et sendeantenne-5 netværk, der har af M kilder (Εχ, Em), der er i stand til samtidigt at sende bølger, der er moduleret med et tilsvarende antal kodede signaler (Ci, Cm), hvor koderne er forskellige og adskillelige, og hvor enheden desuden omfatter et modtageantennenetværk, der har 10 N modtagere (Ηχ, H^), signalbehandlingsorganer for de modtagne signaler og organer til bedømmelse af de behandlede signaler, kendetegnet ved, at signalbehandlingsorganerne omfatter et kaskadearrangement af organer (2), som udgør modtagekanaler i 2N retninger 15 (θχ, ©2n), organer (3.1, 3.2, ..., 3.p) til afkodning ved modtagelsen af koderne (Ci, ____ Cm) og organer (4.1, 4.2, ..., 4.p), der danner en sendekanal ved modtagelsen.

2. Radar- eller sonarenhed ifølge krav 1, kende tegnet ved, at det omfatter et enkelt antennenetværk (12), der anvendes henholdsvis som sende og modtageantenne. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

3. Radar- eller sonarenhed ifølge krav 1 eller 2, 2 kendetegnet ved, at modtagekanalerne og sende 3 kanalerne er tilvirket med i hovedsagen de samme ret 4 ninger (Θi, ..., Θ2ν) med i hovedsagen samme rumlige 5 energifordeling. 6 7

4. Radar- eller sonarenhed ifølge krav 1, 2 eller 3, 8 kendetegnet ved, at organerne (4.1, 4.2, 9 4.p), der danner sendekanalen, tilfører de forsinkede 10 signaler en tidsmæssig forskydning, der er afhængig af 11 retningen (θχ, ...,02n) °9 senderens geometri. DK 157466 B

5. Radar- eller sonarenhed ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at M kilder (E^, Erø) samtidigt udsender bølger af rene frekvenser (f\, ..., fj() gennem en periode T i et bånd b således, at b · T = 1, og 5 adskilt med en frekvens 1/T, hvormed organerne (3.1, ..., 3.p) kan udføre en spektralanalyse.

6. Radar- eller sonarenhed ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at M kilder (Εχ, ..., E}*) samtidigt udlo sender bølger med samme centerfrekvens kodet ved hjælp af M adskillelige koder med en varighed T og i et bånd b således, at b · T < M, hvormed afkodningsorganerne (3.1, 3.2, ..., 3.p) kan udføre foldningen mellem signalerne i en kanal og M kopier af de sendte koder. 15

7. Radar- eller sonarenhed ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at M kilder (E]_, ..., Ejj) samtidigt udsender bølger med centerfrekvenserne f]_, ..., fu, kodet med den samme kode, med en varighed T og i et bånd b 20 således, at b · T < 1, og adskilt med en frekvens b, hvorved afkodningsorganerne (3.1, ..., 3.p) kan udføre en spektralanalyse, der efterfølges af en foldning med kopien af den entydige afsendte kode.

8. Radar- eller sonarenhed ifølge krav 1-4, kende tegnet ved, at M kilder (Ej, ..., Ejj) samtidigt udsender bølger af P frekvenser fj_, ..., fp (P < M), hvor hver frekvens kodes med det samme sæt af Q adskillelige koder (PQ=M) med en varighed T og i et bånd b, 30 således at b · T < Q, hvorved afkodningsorganerne (3.1, ..., 3.p) kan udføre en spektralanalyse, der efterfølges af en foldning med de Q kopier af de afsendte koder. 1

9. Radar- eller sonarenhed ifølge ethvert af de foregå ende krav, kendetegnet ved, at organerne til DK 157466 B tidsmæssig forskydning er anbragt efter organerne til afkodning af de modtagne signaler.

10. Radar- eller sonarenhed ifølge ethvert af de fore- 5 gående krav, kendetegnet ved, at den maksimale afstand mellem to transorer i antennen (12) i retning af en transmissionsakse er mindre end C/W, hvor C er udbredelseshastigheden af bølgen og W er lig med frekvensbåndet ved modtagelsen, når der tages hensyn til 10 Doppler-effekten, og hvor organerne til dannelse af sen-derkahalerne (4.1, ..., 4.B) er anbragt foran organerne (3.1, ..., 3.p) til afkodning af det modtagne signal.

11. Radar- eller sonarenhed ifølge ethvert af de fore-15 gående krav, kendetegnet ved, at organer til dannelse af sendekanaler i hver dannet modtagerkanal omfatter af en hukommelse, der lagrer et komplekst sendesignal med varigheden Τ' = T + d/c og dettes tidsinverse, idet dette signal er identisk med det modtagne 20 signal fra udbredelsesmediet i retning af den dannede modtagekanal, multipliceringsorganer, hvor et afsnit med en varighed Τ' af signalet modtaget af den dannede modtagerkanal, ganges led for led med signalet fra den foregående hukommelse. 25

12. Radar eller sonarenhed ifølge krav 1-10, kendetegnet ved, at signalerne fra de forskellige kanaler demoduleres komplekst, at reel- og imaginærkomponenterne lagres i en hukommelse (15.R, 15.1), hvor en række 30 svarer til en modtagekanal, at disse rækker læses R gange med hastigheden Ηχ og overføres til en bærefrekvens F-l, og danner signalet Vi(t) til en foldningsenhed (19), at foldningsenheden (19) desuden modtager kopierne V2(t) af de i samme retning afsendte signaler, der stammer fra 35 en anden hukommelse (21.R, 21.1), hvor rækkerne læses R gange ved stigende frekvens F2 og stigende hastighed H2 DK 157466 B og overføres til en voksende bærebølgefrekvens F2 i løbet af de R læsninger fra den anden hukommelse, og at foldningssignalerne C(t) tilføres et fremvisningsorgan (11) efter demultipleksbehandlingen (24). 5 10 15 20 25 30 35