DE2541292C2 - Vorrichtung zur Korrelierung von Signalen bei Dopplerradaranlagen zur Entfernungsmessung - Google Patents
Vorrichtung zur Korrelierung von Signalen bei Dopplerradaranlagen zur EntfernungsmessungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrelicrung von Signalen bei Dopplerradaranlagen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Vorrichtung dieser Gattung ist aus der FR-PS 72 953 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein statistisches Signal ausgestrahlt, das dann in einer Korrela
tionsschaltung korreliert und ausgewertet wird, um jedes ausgestrahlte Signal und jedes empfangene Signal,
das nach Reflexion an dem Ziel erhalten wird, derart vergleichen zu können, daß die Entfernung des Zieles
abgeleitet werden kann. Bei dieser Vorrichtung werden auf den Eingang der Korrelationssehaltung das empfangene
Signal und das ausgesandte Signal gegeben, wobei das letztere vorher künstlich um eine gewisse Zeitspanne verzögert wird, die von dem gegebenen Abstandsbereich des zu entdeckenden Zieles abhängt. Die in dieser
Korrclationsschaltung erfolgende Korrelation der bei-ί den Signale besteht aus einer Multiplikation der Signale
miteinander und einer nachfolgenden Filterung oder Integration des Ergebnisses: d.h. die Korrelationsschai
lung ist eine Sericnschaliung einer Multiplizierschaitung und eines Filters. Die durch die Verwendung statistischcr Signale hervorgerufene offensichtliche Kompli-
zicrung erlaubt in der Tat das mittlere Signal-Rauschvcrhältnis der empfangenen Nachricht zu verbessern,
was bei Störgeräuschen von Vorteil ist.
Die Erfindung macht von einem Prinzip Gebrauch, das dem in der oben genannten Patentschrift offenbarten Prinzip insoweit verwandt ist, als eine Korrelationsschaltung vorgesehen ist, welche das abgestrahlte Radarsignal und das empfangene Radarsignal miteinander
korrciiert. und ebenfalls eine konstante zeitliche Verzögcrung vorgenommen wird, die von dem gegebenen
Abslandsbcreich des zu ortenden Zieles abhängt, wobei diese zeitliche Verzögerung in eine Korrelation eingebracht wird. Hierbei liegen 180° phasenverschobene Signale an der Multiplizierschaltung an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung hinsichtlich Aufbau
und Funktionsweise zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch I gekennzeichnete Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun-JO gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung finden als Folge numerischer Impulse Impulse Verwendung, die in zyklischer Aufeinanderfolge wiederholt
werden; d. h. es findet eine Folge digitaler Werte oder binärer Einheiten (Bits) mit den Werten 0 und 1 Verwendung, welche die Radaranlage so steuern, daß der Ort
des gewünschten Zieles präzise festgestellt werden kann; dabei wird diese Bitfolge in einem an sich bekannten Umlaufschieberegister erzeugt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
F i g. 1 eine graphische Darstellung der Autokorrela-
•45 tionsfunktion einer Bitfolgc maximaler Länge, die von
einem Umlaufschieberegistcr erzeugt wird;
F i g. 2 eine analoge graphische Darstellung der Autokorrelationsfunktion eines Hochfrequenzsignales mit
zwei Frequcnzwcrtcn, das durch eine Bitfolge gleichen Typs in Zwciphascnumiasmng moduliert ist:
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
F i g. 4 und 5 eine graphische Darstellung der Signale,
die an den beiden Ausgängen des Umschalters bereitgcstellt werden; und
F i g. 6 die sich ergebende Korrelationsfunktion. Hat man ein Umlaufsehieberegister, das aus η bistabilen
Kippschaltungen aufgebaut ist. so erhält man durch dieses eine Aufeinanderfolge von 2"— 1 Bits, die sich
beliebig oft wiederholt, falls das Umlaufschieberegistcr nicht angehalten wird. Eine derartige Bitfolgc. die auch
Bitfolge maximaler Länge genannt wird, findet als Folge pseudostatistischcr numerischer Impulse Verwendung.
Da die Anzahl der die Bitfolge darstellenden Bits eine
hi ungerade /.ahl darstellt, ist die Anzahl der »0«-Zustämle
um eine I-Üiihcil kleiner als die Anzahl der »!«-Zusiiitulc.
In Γ ig. I ist die Autokorrelalionsfunktion einer lok'e
maximaler l.iinge dargestellt. Auf der Abszisse ist die
bei der Korrelation verwendete Verzögerungszeit r aufgetragen, während als Ordinate die am Ausgang der
i'.orrelationsschaltung erhaltene Spannung aufgetragen ist. Die hier erhaltene Autokorrelationsfunktion hat die
Form eines gleichschenkligen Dreieckes, dessen Grundseite die Länge 2t hat, wobei / die Länge eines Bits
darstellt. Dieses Dreieck ist zu beiden Seiten durch ein praktisch horizontales Plateau verlängert, dessen Höhe
gleich der in einem Bit enthaltenen Energie ist; d. h. bezogen auf die maximale Ausgangsspannung U„,.,x der
Korrelationsschaltung ist die Höhe des Plateaus U„UJ
Müßte man die Korrelation eines hochfrequenten Signales einer einzigen Nennfrequenz F, das durch eine
Bitfolge der oben beschriebenen Art binär phasenmoduliert ist und Phasensprünge von 0 und sr aufweist,
berechnen, so erhielte man eine analoge Autokorrelalionsfunktion. Prägt man jedoch einer Trägerwelle Frequenzverschiebungen
derart auf, daß die Bits der oben beschriebenen Bitfolge gemäß ihrem »0«- ooer »1 «-Zustand
Frequenzen mit zwei unterschiedlichen diskreten Werten Fo bzw. F\ erzeugen, so nimmt die Autokorrelationsfunktion
die in F i g. 2 dargestellte Form an. Die Länge der Grundseiie des Dreieckes ist die gleiche wie
im vorhergehend beschriebenen Fall, die Höhe des Plateaus strebt jedoch jetzt gegen L/mj,/2.
Diese schwache Dynamik (d. h. die Änderung von Um,l2 zu Um1x) läßt in der Praxis eine Verwendung
eines derartigen Systems für Radarzwecke nicht zu. Infolgedessen werden in der vorliegenden Erfindung
Maßnahmen vorgeschlagen, um die Dynamik des Systems zu verbessern und zugleich die Vorteile beizubehalten,
die ansonsten durch die binäre Frequenzmodulation erhalten werden.
In F i g. 3 ist ein schemaüsches Prinzipschaltbild einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Ein Oszillator 1 kann dadurch frequenzmoduliert werden (wobei
er /wischen zwei Zuständen gleitet), daß z. B. ein Varactor mit einer Spannung beaufschlagt wird. Diese Spannung
ist eine Aufeinanderfolge impulsförmiger Signale, die von einem Umlaufschieberegister 2 bereitgestellt
werden. Das Umlaufschieberegister 2 wird von einem Taktgeber 3 gesteuert und liefert eine Bitfolge maximaler
Länge, die der Anzahl der das Umlaufschieberegisier bildenden bistabilen Kippschaltungen entspricht. Damit
liefert der Oszillator 1 für Zustände »0« der Bitfolge eine Frequenz Found für Zustände »1«der Bitfolge eine
Frequenz F\. Die Differenz Fu — F1 wird ausreichend
groß gewählt, so daß beim Empfang die Schwebung mit der Differenz dieser beiden Frequenzen leicht von der
auf den Dopplereffekt zurückzuführenden Frequenzänderung JFgetrennt werden kann.
Das Signal der Frequenz F0 oder Fi wird somit von
der Radaranlage bei E ausgestrahlt; es wird vom Ziel
reflektiert und bei R wieder in der Radaranlage empfangen. Der von dem ausgesandten und reflektierten Signal
durchlaufene Weg kann auf der Zeichnung dadurch äquivalent nachgebildet werden, daß eine Phasendrchschaltung
5 vorgesehen wird, die die der Bewegung des Zieles entsprechende Dopplcrverschicbung JFbewerkstclligt,
und eine nachgeschaitetc zweite Phascndrehschaltung 6 vorgesehen wird, die eine der Länge des
durchlaufenen Weges entsprechende Phasendrehung vornimmt. Das ausgcsandlc Signal und das empfangene
Signal werden jeweils auf einen der Eingänge eines Mischers 4 gegeben, der in Praxis eine Multiplikationsschaltungist.
Andererseits winl die den Oszillator 1 modulierende
Bitfolge mit der um eine Zeit stn verzogenen gleichen
Bitfolge in einer Multiplizierschaltung 7 multipliziert. Da man mit binären Einheiten arbeitet, kann die Multiplizierschaltung
durch eine Addierschaltung gebildet
sein, die die Summe der Eingangssignale modulo 2 berechnet. Die Verzögerungszeit „To ist die Verzögerungszeit, für die die Korrelation durchgeführt werden soll.
Die am Ausgang der Multiplizierschaltung 7 erhaltene Bitfolge wird zur Steuerung eines steuerbaren Umschalters
8 verwendet. Der letztere kann z. B. Umschaltdioden aufweisen und das Umschalten kann so erfolgen,
daß die Bits »0« der von der Multiplizierschaltung 7 abgegebenen Bitfolge die vom Ausgang des Mischers 4
her anstehenden Signale auf einen Kanal I leiten und die
is Bits »!«diese Signale auf einen Kanal H leiten.
Die beiden Kanäle i und 11 weisen jeweils ein Filter 9,
10 auf, das die Integration der Dopplersignale vornimmt und zugleich die der Schwebung Fo — Fi entsprechenden
Signale entfernt. Die von den Filtern 9,10 abgegebenen
Signale werden dann z. B. durch Dioden 11, 12 gleichgerichtet und auf einen Differenzrechenkreis 13
gegeben, der auf einer Ausgangsleitung die Differenz dieser Signale bereitstellt. Das Signal auf der Ausgangslcitung
14 wird dann zur Auswertung des Abstandes und des Ortes des Zieles durch Schaltkreise ausgewertet, die
nicht zur vorliegenden Erfindung gehören.
In F i g. 4 sind die Signale des Kanales 1 und in F i g. 5
die des Kanales Il dargestellt. F i g. 6 zeigt die sich insgesamt
ergebende Korrelationsfunktion. In den Fi g. 4 bis
jo 6 sind die Ampli'.udenwerte auf die Anzahl η der bistabilen
Kippschaltungen des Umlaufschieberegisters normiert. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß einer der Vorteile
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß der Punkt,
an dem die Korrelationsfunktion die horizontale Achse schneidet, von der Spannung U, folglich also von der
Amplitude des empfangenen Signales unabhängig ist.
Ein zweiter Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der, daß die Hyperfrequenzkreise gegenüber
einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der eine binäre Phasenmodulation mit Phasensprüngen 0 oder „τ vorgenommen
wird, erheblich vereinfacht sind.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorrichtung /ur Korrelicrung von Signalen bei
Dopplerradaranlagcn mit einem Impulsgenerator, bestehend aus einem Umlaufschiebcregistcr und einem Taktgeber zur Erzeugung einer zyklischen Folge pseudostatistischcr binärer Impulse, die die Radaranlage steuern, wobei die Entfernungsmessung
durch Vergleich des empfangenen Signales bewerkstelligt wird, gekennzeichnet durch einen
Oszillator (1). der Radarsignale auf zwei unterschiedlichen Frequenzen aussenden kann und von
dem Impulsgenerator (2, 3) derart gesteuert wird, daß gemäß jedem der Impulse der Folge ein Radarsignal der einen oder der anderen Frequenz ausgestrahlt wird, durch eine erste Multiplizierschaltung
(7) mit zwei Eingängen, die mit den Impulsen des Impulsgenerators (2, 3) und davon abgeleiteten Impulsen, die um eine konstante Zeit verzögert sind,
die gemäß dem vom Radar zu überstreichenden Entfernungsbereich gewählt ist, angesteuert wird, durch
eine zweite Multiplizierschaitung (4) mit zwei Eingängen und Mittel, durch welche dieser das ausgesandte Radarsignal und das nach Reflexion am Ziel
erhaltene dopplerverschobene Radarsignal zugeführt wird, und durch eine von den beiden Multiplizierschaltungen (4, 7) gesteuerte Umschaltcinrichtung (8), durch welche die empfangenen Signale entsprechend ihrer binären Wertigkeit 0 oder 1 auf ein
erstes bzw. zweites von zwei Filtern (9,10) gegeben werden, die den Multiplizierschaltungen (4, 7) zugeordnet sind und zwei getrennte Kanäle (I, II) bilden,
derart, daß eine zweifache Korrelation durchgeführt wird und letztlich die gesuchte Information über den
Ort des Zieles erhalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (8). z. B. eine
Anordnung von Umschaltdioden, mit dem empfangenen Signalen beaufschlagt wird, welche zuvor
durch die zweite Multiplizierschaltung (4) hindurchgelaufen sind, und daß die Umschaltcinrichtung (8)
von den Impulssignalen gesteuert wird, die durch die erste Multiplizierschaltung (7) hindurchgclaufen
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Filter (9,10) die Integration der dopplerverschobenen Signale durchführen und gleichzeitig Schwebungen ausräumen, die
durch Überlagerung der beiden Frequcn/.en des Oszillators (1) entstehen.
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