NL8000674A - Drempelspanningsgenerator. - Google Patents

Description

- 1 -

Drempelspannlngsgenerator.

De uitvinding heeft betrekking op een drempelschakeling voor videosignalen, zoals deze bijvoorbeeld met een radarapparaat worden verkregen.

5 Zo'n drempelschakeling is alom "bekend en vindt toepas sing hij het selecteren van sterke videosignalen van andere minder sterke videosignalen, waarmee tevens onderdrukking van een grote hoeveelheid cluttersignalen wordt bereikt. Onder clutter-signalen wordt dan verstaan de verzameling van ongewenste echo's, 10 "welke het radarscherm besmeuren en de herkenning van gewenste echo's onmogelijk maken. Doorgaans is men daarbij geïnteresseerd in echo-signalen van bewegende objecten en worden dan ook de overige echo-signalen als dutter bestempeld, welke dan met behulp van, op M.T.I.- en pulsdopplertechniek gebaseerde middelen kunnen worden 15 onderdrukt. Zulks is evenwel niet het geval bij een havenradar dat gebruikt wordt voor waarnemingen, welke verband"houden met activiteiten aan en op het water. Hierbij is men niet alleen geïnteresseerd in echosignalen van bewegende objecten, maar ook van stilliggende objecten, niet alleen grote, zoals havengebouwen, aangemeerde 20 schepen, maar ook van kleinere objecten, zoals meerboeien en haventonnen en -staken. Juist deze laatste categoriëen van objecten zijn moeilijk op een radarscherm te herkennen temidden van een overvloedige hoeveelheid cluttersignalen, welke afkomstig zijn van regen en/of het wateroppervlak. Bij een havenradar kunnen deze 25 laatste types videosignalen niet met bovengenoemde middelen worden onderdrukt, aangezien dit ook zou gelden voor de videosignalen van stilliggende objecten. In het onderhavige geval dienen de cluttersignalen met behulp van een drempelschakeling te worden onderdrukt, waarbij het, zoals in Skolnik: Radar Handbook, Hoofdstuk 5·8> is 30 aangegeven, van groot belang is, de hoogte van de drempel met zorg uit te kiezen. Een te hoge drempelspanning houdt nu eenmaal het gevaar in, dat videosignalen van bijvoorbeeld meerboeien en haventonnen mede met de cluttersignalen worden onderdrukt, terwijl een te lage drempelspanning teveel videosignalen als afkomstig van ware 35 objecten worden bestempeld en dus een te hoge "false alarm rate" veroorzaken. Het is dan ook belangrijk de drempelspanningswaarde zodanig te kiezen dat zoveel mogelijk detecties van ware objecten 8000674 - 2 - plaats vinden "bij een zo hoog mogelijke clutteronderdrukking en een zo laag mogelijke "false alarm rate".

Daar de sterkte van de dutter nu eenmaal niet constant is, maar enerzijds afhankelijk is van factoren, welke doorgaans 5 langzaam in waarde variëren, zoals windsterkte, windrichting, omvang van het havenverkeer en lengte van de golfslag, maar anderzijds ook van factoren, welke plaatselijk snel in waarde kunnen wisselen, zoals de radarmeethoek ten opzichte van de richting van de golfslag, variaties in windsterkte en hek- en boeggolven, is 10 het van voordeel de drempelspanning voortdurend aan de gewijzigde omstandigheden bij de radarwaamemingen aan te passen.

De uitvinding beoogt hiervoor een oplossing te geven. Overeenkomstig de uitvinding is de drempelschakeling van de in de aanhef omschreven soort voorzien van een drempelspanningsgenerator, 15 welke een detectie- en vermenigvuldigingsschakeling, een hierop aangesloten combinatieschakeling, en een op de combinatieschakeling aangesloten laagdoorlaatfilter omvat, waarbij de detectie- en vermenigvuldigingsschakeling geschikt is voor het bog toevoer van . de videosignaalspanning (^dq + ^q) me<k behulp van de daaruit te 20 selecteren wisselspanningscomponent detecteren zowel van een temporeel gemiddelde ΔΡ van de piekwaarde van het positief gedeelte van genoemde wisselspanningscomponent voor het daarmee modificeren van de wisselspanningscomponent ter verkrijging van een eerste uitgangsspanning (1+k) (ν^,-ΔΡ) bij een vooraf gedefinieerde faktor k, 25 alswel van een temporeel gemiddelde ΔΝ' van de piekwaarde van het negatief gedeelte van de wisselspanningscomponent voor het daarmee modificeren van de geïnverteerde wisselspanningscomponent (-Y^,) ter verkrijging van een tweede uitgangsspanning k(-V^- ΔΝ); de beide Uitgangsspanningen worden tesamen met de geïnverteerde 30 videosignaalspanning de combinatieschakeling met daarop aangesloten laagdoorlaatfilter toegevoerd ter verkrijging van een drempel spanning Y = Y^ + ΔΡ + k(AP + ΔΝ) = Y^ + ΔΡ + k. Y^ met de gemiddelde top-topwaarde van de wisselspanningscomponent van 35 de videosignaalspanning. Aldus wordt een drempelspanning verkregen, waarvan het niveau een gedefinieerde faktor k maal de gemiddelde top-topwaarde Y^^ boven de gemiddelde topwaarde van de videosignaalspanning uitsteekt.

3000674 Λ » - 3 -

Met een aldus werkzame drempelschakeling is het mogelijk de zich continue voordoende verschijnselen, zoals dutter, te onderdrukken en de zich meer incidenteel voordoende verschijnselen, te handhaven.

5 De uitvinding zal nu aan de hand van bijgaande figuren worden toegelicht, waarvan

Fig, 1A-D een aantal diagrammen met betrekking tot de gemeten videosignaalspanning en de te vormen drempelspanning met de afzonderlijke spanningscomponenten weergeven; 10 Fig. 2A-C een mogelijke uitvoeringsvorm van een video- verwerkingseenheid met drempelschakeling alsmede een tweetal eenheden ervan in detail weergeven; en

Fig..3A-C een aantal diagrammen ter verduidelijking van de werking van de in Fig. 2A weergegeven eenheid toont.

15 In het diagram van Fig. 1A is over een zeker tijdsbestek het verloop van de te verwerken videosignaalspanning in geïnverteerde vorm weergegeven. Deze spanning, welke met cluttersignalen · (c) en een echosignaal (t) van een reëel object is verkregen, is te splitsen in een gelijkspanningscomponent en een wissel- 20 spanningscomponent V^,. De uitvinding beoogt een zodanige drempelspanning Y te genereren, dat daarbij zoveel mogelijke detecties van reële objecten plaats vinden bij een zo hoog mogelijke clutter-onderdrukking en een zo laag mogelijke "false alarm rate".

Rekening houdend met het feit, dat de sterkte van de clutter-25 signalen afkomstig van het wateroppervlak frequent en sprongsgewijs kan variëren, wordt een zodanige drempelspanning Y beoogd, dat het verschil van de drempelspanning Y en de gemiddelde topwaarde-spanning (Υ^+ΔΡ) van het met dutter verontreinigde videosignaal een functie is van de gemiddelde top-topspanning van de clutter-30 signalen Y.^ = ΔΡ + AH. De drempelspanning Y wordt derhalve aangegeven door: Y = Y^ + ΔΡ + k.Y^^, waarbij k een geschikt gekozen constante is. Aldus komt de drempelspanning dichter bij het video-signaalniveau te liggen, naarmate de clutteractiviteit afneemt.

Een mogelijke uitvoeringsvorm van een met cijfer 1 aan te duiden 35 drempelspanningsgenerator, waarin de gevraagde spanning Y=Ypg+ ΔΡ+k.Y^t wordt gegenereerd, is in Fig. 2A weergegeven.

8000674 - 4 - -- %

De drempelspanningsgénerator 1, welke opgebouwd is uit een detectie- en vermenigvuldigingsschakeling 2, een inverteer-schakeling 3> een combinatieschakeling 4 en een laagdoorlaatfilter 5» levert de gewenste drempelspanning aan een poortschakeling 6 ten 5 behoeve van de comparatie van de videosignaalsparming.

De videosignaalspanning, welke in de onderhavige uitvoeringsvorm afkomstig is van een logarithmische ontvangeenheid 7 wordt onder tussenkomst van de inverteerschakeling 3 als + de combinatieschakeling 4 aangeboden. Voorts wordt de videosignaal-10 spanning de detectie- en vermenigvuldigingsschakeling 2 aangeboden, alwaar een aldaar voorhanden zijnde wisselspanningsdetector 8 met hoogdoorlaatfilterkarakteristiek de wisselspanningscomponent V^, uit de toegevoerde videosignaalspanning doorlaat. Een fase-splitsingseenheid 9> welke op de wisselspanningsdetector 8 is » 15 aangesloten, genereert een tweetal uitgangssignalen, waarvan het ene signaal in fase en het andere signaal in tegenfase is met het ingangssignaal.

Het in fase zijnde wisselspanningssignaal (Y^,) wordt met behulp van een eerste topdetector 10 gemodificeerd tot het 20 signaal Y^, - ΔΡ, waarbij ΔΡ het temporeel gemiddelde van het topwaardeniveau van het positieve gedeelte van de wisselspannings-component V^ voorstelt (zie Fig. 1A). Een mogelijke uitvoeringsvorm van een topwaardedetector welke uit een condensator en een kunstmatige diode-eenheid D is samengesteld, is in Fig. 2B meer 25 gedetailleerd weergegeven. De diode-eenheid D is aldaar een aan aarde gelegde FET-schakelaar F, welke met het uitgangssignaal van een aan aarde gelegde comparator K wordt bestuurd. Na ver- 0 menigvuldiging van de met de topdetector 10 verkregen spanning met een factor (1+k) in eenheid 11 (zie Fig. 1B), waarbij k een 30 vooraf gedefinieerde waarde is, wordt de resulterende spanning (l+k)(VAC- ΔΡ) toegevoerd naar genoemde combinatieschakeling 4·

Het uit fase zijnde wisselspanningssignaal wordt een tweede topdetector 12 aangeboden. Deze topdetector 12, die van hetzelfde soort kan zijn als de eerste topdetector 10 heeft 35 tot taak het temporeel gemiddelde ΔΝ van het topwaardeniveau van het negatieve gedeelte van het wisselspanningssignaal te bepalen (zie Fig. 1A) en daarmee de wisselspanningscomponent te modificeren tot de spanning -Y^ - ΔΝ. Ook deze spanning wordt na 8000674 - 5 - vermenigvuldiging met een factor k in eenheid 13 de combinatie-schakeling 4 aangeboden.

Als gevolg van de drie toegevoerde spanningswaarden (l+k)(V^c-AP) en “k(YA(,+AN) levert de combinatie-5 schakeling 4 (zie Pig. 1D) een uitgangsspanning V1 = ~{Ydc + ^ + k^P + *

Daar een topdetector ook op variaties in de videosignaalspanning bij echodetectie aan reële objecten snel reageert, zal de door de combinatieschakeling 4 ie genereren uitgangsspanning ook dan het 10 verloop van de topwaarden van de videosignaalspanning op niveau-afstandkY.^ blijven volgen. Daardoor zullen ook videosignalen van reële objecten beneden de uitgangsspanning van de schakeling 4 blijven, zodat deze uitgangsspanning niet zonder meer geschikt is om als drempelspanning te fungeren. Deze situatie wordt evenwel 15 voorkomen door op de combinatieschakeling 4 een laagdoorlaatfilter 5 aan te sluiten. Aldus zal de dutter, dat zich als een continue verschijnsel 'gedraagt (waarbij het spanningsniveau van de topwaarden zich slechts langzaam wijzigt) geheel beneden de uitgangsspanning van het laagdoorlaatfilter 5 blijven. Daarentegen zal 20 een videosignaal van een reëel object, dat zich als een incidenteel verschijnsel gedraagt (waarbij het spanningsniveau doorgaans zeer snel toeneemt) snel boven de dan slechts langzaam toenemende uitgangsspanning. van het laagdoorlaatfilter 5 uitstijgen. Derhalve is de uitgangsspanning van het laagdoorlaatfilter 5 wel geschikt 25 om als drempelspanning te fungeren.

Een zeer gunstig werkende drempelspanningsgenerator wordt verkregen, indien het laagdoorlaatfilter 5 polariteitsafhankelijk is uitgevoerd, dat wil zeggen: indien de filtertijdconstante groot is bij de toename van de drempelspanning maar klein bij de afname 30 ervan; dit komt neer op een langzame stijging van de drempelspanning bij aanwezigheid van een videosignaal van een reëel object, maar van een zeer snelle verlaging van de drempelspanning na het verdwijnen van dit signaal (zie drempelspanning Yg in Fig. 1D). Zo'n filtereenheid 5 kan worden beschouwd als 35 een RC-keten, waarvan de weerstandstak door een parallelschakeling van zowel een hoge weerstand R^, alswel een serieschakeling van een lage weerstand Rg met een kunstmatige diode-eenheid D wordt 8000674

_ V

- 6 - gevormd; deze diode-eenheid is zodanig opgenomen, dat ingeval de filteringangsspanning hoger is dan de filteruitgangsspanning, de diode-eenheid gesperd is, terwijl in het geval de filteringangsspanning lager is dan de filteruitgangsspanning, de diode-eenheid 5 in doorlaatpositie verkeert. Ook in dit geval kan de diode-eenheid D bestaan uit een FET-schakelaar (f), welke met een comparator K wordt bestuurd.

De filteruitgangsspanning kan nu als drempelspanning naar de poortschakeling 6 worden toegevoerd. Als poortschakeling 6 10 kan bijvoorbeeld een lineair versterkingselement worden gebruikt, waarvan de uitgangsspanning evenredig is met de verschilwaarde tussen de toe te voeren videosignaalspanning en de drempelspanning, mits de videosignaalspanning hoger is dan de drempelspanning.

In de onderhavige uitvoering echter, waarbij de videosignalen van 15 een logarithm!sche ontvangeenheid 7 verkregen worden, wordt als poortschakeling 6 een versterkingselement met een exponentieel versterkingsgedrag toegepast.

Om een betere afstandsresolutie bij de echodetectie te verkrijgen is het van voordeel het videosignaal gedurende zowel 20 de opgaande alswel de neergaande flankperiode te onderdrukken.

Hiertoe is de drempelschakeling 1 voorzien van een hellingdetec-tor 14 waarmee de flanksteilheid van het videosignaal wordt bepaald, alsmede van een blokkeerschakeling 15» welke via een vertragings-element 16 (met vaste vertragingstijd ATg) °P poortschakeling 6 25 ' is aangesloten en welke met het uitgangssignaal vah de helling-detector 14 wordt bestuurd. In de onderhavige uitvoeringsvorm is de hellingdetector 14 voorzien van middelen 17 voor het detecteren van een voorflank met een flanksteilheid, welke een vooraf gedefinieerde waarde overschrijdt, alsmede van middelen 18 voor het 30 detecteren van een achterflank met een flanksteilheid, welke in absolute waarde eveneens deze vooraf gedefinieerde waarde overschrijdt. In deze uitvoeringsvorm omvatten de middelen 17 een eenheid 19 voor het enigszins (ΔΥ) in spanningsniveau verlagen van het videosignaal (dit geeft signaal A) en van een eenheid 20 35 voor het enigszins (δΊ^) vertragen van het videosignaal (dit geeft signaal B). Een met de uitgangsspanningen van beide eenheden 19 en 20 te voeden vergelijkingsschakeling 21 stelt vast, of en zo ja hoelang de voorflank van het over ΔΥ verlaagde signaal uitsteekt 8000674 - 7 - boven het over ΔΤ^ vertraagde signaal (zie gearceerde gedeelte in Fig. 3A) en derhalve de voorflank van een doelsecho aan de gestelde norm qua flanksteilheid voldoet om te worden onderdrukt. Op een soortgelijke manier is het mogelijk na te gaan of de achterflank 5 aan een gestelde norm qua steilheid voldoet om te worden onderdrukt. Hiertoe omvatten de middelen 18 behalve genoemde eenheid 20 ook een hierop aangesloten eenheid 22 voor het zowel over genoemde tijdsduur (ΔΤ^) vertragen en over het enigszins (ΔΤ) in spanningsniveau verlagen van het toe te voeren videosignaal (dit geeft 10 signaal E). Het rechtstreeks toegevoerde videosignaal (G) en het over ΔΤ vertraagde en over ΔΥ verlaagde videosignaal worden een tweede vergelijkingsschakeling 23 toegevoerd, waarin wordt vastgesteld, of en zo ja hoelang de achterflank van het over ΔΤ^ vertraagde en over Δ7.verlaagde signaal uitsteekt boven het recht-15 streeks toegevoerde signaal (zie Fig. 3B), en derhalve de achterflank van een doelsecho aan de gestelde norm qua flanksteilheid voldoet om te worden onderdrukt, De uitgangssignalen van de beide vergelijkingsschakelingen 21 en 23 worden middels een OF-schakeling 24 gecombineerd (zie Fig. 30) tot een stuursignaal (h) voor ge-20 noemde blokkeerschakeling 15 ten einde het videosignaal gedurende de periode, dat de videospanning een bepaalde waarde aan flank steilheid overschrijdt te onderdrukken. De normwaarde van de flanksteilheid is daarbij afhankelijk van de toegepaste waarden Δ7 en ΔΤ^.

Uit Fig. 3A en 30 valt nog op te maken dat het stuur-25 signaal (H) van schakeling 24 een tijdsduur ATg met ΔΤ2<ΔΤ^ later verschijnt dan het begin van de opgaande flank van het videosignaal (G); een analoge situatie doet zich voor bij de neergaande flank van het videosignaal. Het is om deze reden, dat een van·de poort-schakeling 6 verkregen videosignaal nog over de tijdsduur ATg wordt 30 vertraagd, alvorens het de blokkeerschakeling 15 wordt toegevoerd.

De waarde ATg laat zich gemakkelijk empyrisch bepalen.

Tijdens de generatie van de zendpuls wordt de werking van de topdeteetoren 10 en 12 uitgeschakeld en wordt de in het laagdoor-laatfilter 5 aanwezige FET-schakelaar (F) gesloten, waardoor een 35 snellere aanpassing van de door het filter 5 te produceren drempel-spanning op het sterke videosignaal direct na de zendpuls wordt verkregen. De hiervoor benodigde signalen t^ en t^ worden van een door een synchronisatiesignaal S gestuurde tijdstuureenheid 25 afgeleid.

8000674

Claims (3)

1. Drempelschakeling voor videosignalen, met het kenmerk, dat de schakeling is voorzien van een drempelspanningsgenerator, welke een detectie- en vermenigvüldiging'sschakeling, een hierop 5 aangesloten combinatieschakeling en een op de combinatieschake-ling aangesloten laagdoorlaatfilter omvat, waarbij de detectie-en vermenigvuldigingsschakeling geschikt is voor het bij toevoer van de videosignaalspanning + Ymet behulp van de daaruit te selecteren wisselspanningscomponent detecteren zowel van 10 een temporeel gemiddelde ΔΡ van de piekwaarde van het positief gedeelte van genoemde wisselspanningscomponent voor het daarmee modificeren van de wisselspanningscomponent ter verkrijging van een eerste uit gangs spanning (l+k)(Y^,- ΔΡ) bij een vooraf gedefinieerde faktor k, alswel van een temporeel gemiddelde ΔΝ van de 15 piekwaarde van het negatief gedeelte van de wisselspanningscomponent voor het daarmee modificeren van de geïnverteerde wisselspanningscomponent (-Y^g) ter verkrijging van een tweede uitgangs-spanning k(-Y^- ΔΝ), welke beide uit gangs spanningen tesamen met de geïnverteerde videosignaalspanning de combinatieschakeling met 20 daarop aangesloten laagdoorlaatfilter worden toegevoérd ter verkrijging van een drempel spanning Y » Y^ + ΔΡ + k(AP + ΔΝ). . 2. Drempelschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het laagdoorlaatfilter een polariteitsafhankelijke filtertijd-25 constante bezit voor het versneld ongedaan maken van een tijdelijke verhoging van de drempelspanning Y.

5. Drempelschakeling volgens conclusie 1, waarbij de video signaalspanning + wordt verkregen van een logarithmische 50 videoontvanger. met het kenmerk, dat de in de drempelschakeling aanwezige, en met de drempelspanning Y werkzame poortschakeling als een exponentiële versterker met betrekking tot het verschil tussen de videosignaalspanning en de drempelspanning is uitgevoerd. 55 4· Yideoverwerkingseenheid voorzien van een drempelschake ling volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de video-verwerkingseenheid is voorzien van een op de drempelschakeling aangesloten blokkeerschakeling en een hellingdetectieschakeling 8000674 - 9 - voor het genereren van een schakelsignaal ten behoeve van de blokkeerschakeling voor het blokkeren van het videosignaaltrans-port gedurende de tijdsduur dat een vooraf gedefinieerde flank-steilheid bij de videosignaalspanning wordt overschreden. 5

5· Yideoverwerkingseenheid volgens conclusie 4> met het kenmerk, dat de hellingdetectieschakeling is voorzien van middelen voor het - gedurende de tijd, dat de over een gedefinieerde waarde ΔΥ in spanningsniveau verlaagde videosignaalspanning uitgaat boven 10 het over een zekere tijdsduur vertraagde videosignaalspanning -genereren van genoemd schakelsignaal, van middelen voor het - gedurende de tijd, dat de oorspronkelijke videosignaalspanning uitgaat boven het over genoemde tijdsduur ΔΤ^ vertraagde en over ΔΥ in spanningsniveau verlaagde videosignaalspanning - genereren van 15 genoemd schakelsignaal, en van een vertragingselement voor het, met een vertraging ATg met ΔΊ^^ΔΤ^ toevoeren van de videosignaalspanning van de drempelschakeling naar de blokkeerschakeling. 8000674