DE2715806C3 - Schnelle Korrelationsanordnung und Verwendung derselben in einem System zur Verarbeitung von durch eine Radaranlage empfangenen Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schnelle Korrelationsanordnung mit wenigstens zwei Speichern zum Speichern von zu korrelierenden Signalen in Form von aufeinanderfolgenden digitalen Abtastproben, mit Einrichtungen zum Auslesen der Abtastproben aus den Speichern unter Umkehrung des Zeitmaßstabes für eines der beiden Signale, mit Einrichtungen zur Modulation einer Trägerschwingung durch die gelesenen Signale, mit einer elektroakustischen Faltungseinrichtung zum Empfangen der modulierten Signale und mit Filter- und Detektoreinrichtungen, die mit dem Ausgang der Faltungseinrichtung verbunden sind und die korrelierten Signale liefern. Sie betrifft ferner die Verwendung dieser Korrelationsanordnung in einem System zur Verarbeitung von durch eine Radaranlage empfangenen Signalen, mit einer Spektralanalysierschaltung, die mit dem Ausgang des Radarempfängers verbunden ist, und mit einer Schaltung zum Abtasten und Digitalcodieren ι ο der Ausgangssignale der Analysierschaltung.

Eine ähnliche Korrelationsanordnung, bei der jedoch

Speicher entfallen, weil nur eine relativ einfache Rampen-Funktion mit sich selbst in Korrelation gebracht wird, ist bereits aus der US-PS 37 60172 bekannt

Bei der Verarbeitung von schnellen Signalen, insbesondere von nur kurzzeitig auftretenden Signalen, wird meistens von Umwandlungs- und Digitalspeicherungsverfahren Gebrauch gemacht Die Technik der

ίο Umsetzung von analogen in digitale Signale ist z. B. in G. Steinbrich »Hybride Rechnersysteme«, elektronische datenverarbeitung, Heft 1/1970, 12.Jg, S. 1 — 11, beschrieben. Die Signale werden zunächst gespeichert, und es stellt sich dann das Problem der späteren Messung der sie kennzeichnenden Größen. Die Berechnung der Korreiationsfunktion erfordert Spezialberechnungsmethoden, wenn eine kurze Verarbeitungszeit angestrebt wird.
Eine direkte digitale, punktweise Berechnung der Korrelationsfunktion kann aufgrund von gespeicherten Informationen erfolgen. Eine solche Berechnung erfordert aber eine große Menge an Verarbeitungsschaltungen und viele, teuere Rechenzeit erfordernde Operationen, wenn eine große Anzahl von Punkten der

J5 Korrelationsfunktion verlangt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnelle Korrelationsanordnung mit sehr breitem Durchlaßband und einer sehr hohen möglichen Arbeitsfrequenz zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Korrelationsanordnung der eingangs genannten Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Modulationseinrichtungen für die Modulation der Trägerschwingung, deren Frequenz gleich der Mittenfrequenz der Faltungseinrichtung ist, durch jedes der beiden Signale wenigstens eine Reihe von durch die η Bits jeder digitalen Abtastprobe des gelesenen Signals Ein/Ausgesteuerten Elementarmodulatoren enthalten, die in Reihe geschaltete Phasenschieber sind, von denen der erste die Trägerschwingung empfängt und von denen jeder zwei parallelgeschaltete Übertragungskanäle aufweist, wobei der erste Kanal einen Schalter, der durch eines der Bits der dem Elementarmodulator zugeführten Abtastprobe gesteuert wird, in Reihe mit einem Phasenschieber enthält und wobei der zweite Kanal allein einen Schalter enthält, der durch den konjugierten Wert desselben Bits der betreffenden Abtastprobe gesteuert wird.

Die Verwendung der Korrelationsanordnung in

bo einem System zur Verarbeitung von durch eine Radaranlage empfangenen Signalen ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das System Einrichtungen zum Berechnen des Produkts der Energien der zu korrelierenden Signale und Einrichtungen zum Vergleichen des Produkts mit dem Quadrat der Amplitude der am Ausgang der Korrelationsanordnung erhaltenen Korrelationsspitze enthält.
Die Verwendung einer elektroakustischen Faltungs-

einrichtung gestattet das Bilden des Faltungsprodukts der an ihren Eingang angelegten Signale in einer einzigen Operation, während mit einer Digitalverarbeitung dieses Resultat nur durch punktweise, d.h. abtastprobenweise Berechnung des Ausgangssignals mit einer Berechnungsdauer erzielt worden kann, die hundertmal größer ist als die einer Anordnung nach der Erfindung.

Die Korrelationsanordnung nach der Erfindung ist ferner in der Lage, Signale mit großer Dichte zu verarbeiten, üie Eingabespeicher können als Pufferspeicher zum Regulieren der Verarbeitung der informationen dienen, wenn letztere in unbestimmten Zeitpunkten ankommen. Es ist deshalb möglich, die empfangenen Signale in Echtzeit zu verarbeiten.

Zu den Anwendungsmöglichkeiten einer Korrelationsanordnung nach der Erfindung gehören die Sortierung und die Identifizierung von Radarsignalen, die eine große Verarbeitungsgeschwindigkei« erfordern. Die empfangenen Signale werden mit einer Wiederholung korrelierL Die Korrelation kann entweder an der zeitlichen Hüllkurve oder der Phase der Signale oder an der spektralen Hüllkurve dieser Signale erfolgen. Die Verarbeitungskapazität der Anordnung kann sehr groß sein.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Gesamtschaltbild einer Korrelationsanordnung,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Phasenmodulütors,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Faltungseinrichtung auf einem piezoelektrischen Substrat und

Fig.4 ein Beispiel für die Anwendung bei der Verarbeitung von Radarsignalen.

Im folgenden wird eine schnelle Korrelationsanordnung beschrieben, die mit kurzen Signalen arbeitet, welche zuvor abgetastet und codiert worden sind. Die Leistungsfähigkeit der Korrelationsanordnung hinsieht-Hch Geschwindigkeit und großer Bandbreite ist schnellen Verarbeitungen besonders angepaßt. Das Hauptelement der Korrelationsanordnung ist eine elektroakustische Faltungseinrichtung, die ein hohes Produkt aus Bandbreite und Verzögerungszeit (in der Größenordnung von 600) und eine große Dynamik der nutzbaren Ausgangssignale von ungefähr 4OdB aufweist.

Aufgrund der Tatsache, daß es sich um eine Faltungseinrichtung handelt, ist die Korrelation von zwei Signalen nur möglich, indem der Zeitmaßstab für eines der an die Faltungseinrichtung angelegten Signale umgekehrt wird. Das ist möglich, da die beiden zu korrelierenden Signale zuvor in einer Reihe von Abtastproben gespeichert werden. Bei dem Lesen werden die Abtastproben eines der Signale in zu dem Einschreiben entgegengesetzter Reihenfolge ausgelesen. Die Analogsignale werden anschließend jeweils in Form einer Modulation der Phase und/oder der Amplitude einer Trägerschwinsung wiederhergestellt, wobei die modulierte Trägeiuciiwingung dann an die Faltungseinrichtung angelegt wird.

Die am Ausgang der Korrelationsanordnung gewonnenen Parameter sind die Amplitude, die Position und gegebenenfalls die Breite der Korrelationsspitze. Sie liefern Informationen über die Ähnlichkeit der korrelierten Signale und, in allgemeinerer Form, Informationen über den Ursprung und die Art dieser Signale.

Wenn die Eingangssignale der Anordnung in ihrer ursprünglichen zeitlichen Form zugeführt werden, liefert die Messung des Mittelpunktes der Korrelationsspitze in bezug auf einen vorher festgelegten Ursprung die zeitliche Verschiebung zwischen den beiden Signalen. Diese Messung kann ausgenutzt werden, beispielsweise um eine Funkquelle in dem Fall zu lokalisieren, in welchem ein und dasselbe Signal durch zwei verschiedene Empfangskanäle hindurchgegangen ist (wobei dann über einen Hyperbelbogen bestimmt wird, wo sich die Quelle befindet). Die Breite der Spitze und ihre Amplitude liefern Angaben über die Genauigkeit und die Qualität der Messung.

Wenn die Eingangssignale der Korrelationsanordnung in Form ihrer spektralen Hüllkurve zugeführt werden, die beispielsweise aus einem Augenblicksspektrumsanalysator mit dispersiver Leitung stammt, liefert die Messung der Position des Mittelpunktes der Korrelationsspitze in bezug auf einen festgelegten Ursprung die Frequenzabweichung zwischen den Eingangssignalen. Die Genauigkeit der Messung ist durch die Breite der Spitze gegeben.

Das Gesamtschaltbild der Korrelationsanordnung ist in F i g. 1 dargestellt.

Die beispielsweise von einem Empfänger 1 gelieferten Signale werden an eine Abtast- und Codierschaltung 2 angelegt Jedes der empfangenen Signale wird in eine Reihe von Abtastproben zerlegt, in digitaler Form codiert und in einem der beiden Speicher 3 und 4 gespeichert.

Eine Synchronisierschakung 16 steuert das Lesen der beiden Speicher 3 und 4 gleichzeitig und insbesondere die dem Umdrehen eines der Signale entsprechende Zeitumkehrung, die bei dem Auslesen eines der Speicher vorgenommen wird.

Ein Oszillator 7 erzeugt ein periodisches Signal, das als Trägerschwingung für die zu korrelierenden Signale dient. Zwei Modulatoren 5 und 6 modulieren die Trägerschwingung mit den binären Informationen, die aus den Speichern ausgelesen werden. Verstärker- und Filterschaltungen 8 und 9 eliminieren die Harmonischen der Trägerschwingung und die Störschwingungen aufgrund der Quantisierung. Die Faltungseinrichtung 10 empfängt die Analogsignale, die von den Schaltungen 8 und 9 geliefert werden. Ihr ist eine Filter-, Verstärkerund Detektorschaltung 11 nachgeschaltet

Eine Schaltung 12 zur Messung der Position des Mittelpunktes der Korrelationsspitze ist mit dem Ausgang der Schaltung 11 verbunden. Sie arbeitet mit den Synchronisiersignalen, die ihr von der Schaltung 16 geliefert werden. Eine Schaltung 13 zur Auswertung der Spitze (nach Amplitude und Breite), zur Codierung und gegebenenfalls zum Informbringen ist ebenfalls mit dem Ausgang der Schaltung 11 und mit der Synchronisierschaltung 16 verbunden. Die von der Auswerteschaltung 13 gelieferten Informationen stehen an einer Ausgangsklemme 14 zur Verfugung. Diejenigen Informationen der Schaltung 13, die die Position der Spitze betreffen, stehen an einem Ausgang 15 zur Verfugung.

Die Eingabespeicher 3 und 4 speichern die quantisierten Abtastproben des Signals. Beispielsweise können Speicher für 256 Abtastproben aus jeweils 5 Bits benutzt werden, was einer Eingangsdynamik von 30 dB entspricht. Die schnellste Abtasttaktfrequenz wird in der Größenordnung von 20 ns liegen können.

Auf der Höhe der Speicher ist es möglich, Vorverarbeitungsschaltungen vorzusehen.

In gewissen Anwendungsfällen und insbesondere

wenn die Korrelationsanordnung das Identifizieren von Signalen durch Vergleich mit einem oder mehreren Bezugssignalen gestatten soll, können diese Vorverarbeitungsschaltungen parallel mit dem Auslesen der Speicher die Berechnung der Energie der Signale durchführen, so daß der Korrelationskoeffizient, der sich am Ausgang der Faltungseinrichtung ergibt, normiert wird. Ein Ausführungsbeispiel solcher Schaltungen ist weiter unten angegeben. Diese Operation könnte im übrigen auch durch Autokorrelation der Signale mit Hilfe der Faltungseinrichtung, bei Verlust an Verarbeitungszeit, durchgeführt werden.

In anderen Anwendungsfällen können die Vorverarbeitungsschaltungen auch die informationen verstärken, die für die Identifizierung von Nutzen sind, um die Korrelationsverstärkung zu vergrößern (was auf eine Verbreiterung der Bandbreite der Signale hinausläuft).

Schließlich können in weiteren Anwendungsfällen diese Vorverarbeitungsschaltungen eine Vorfilterung der Informationen durch an die Bandbreite der empfangenen Signale angepaßte Mittelung vornehmen.

Die Vorverarbeitungsspeicher und -schaltungen werden beispielsweise aus schnellen ECL(emittergekoppelte Logik)-Schaltungen aufgebaut. Die Synchronisierung bei dem Lesen kann durch Taktsignale erfolgen, die von dem Oszillator 7 geliefert werden.

Die Modulatoren 5 und 6, die dem Oszillator 7 zugeordnet sind, der mit der Mittenfrequenz der Faltungseinrichtung 10 arbeitet, erlauben die Korrelation der in Form von binären Abtastproben zugeführten Eingangssignale.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Phasenmodulators. Das Prinzip dieses Modulators besteht darin, das von dem Oszillator 7 gelieferte Bezugssignal mit der Frequenz Fo auf η Kanäle oder π Elementarmodulatoren aufzuteilen (wobei η die Bitzahl ist, die die Eingangsabtastproben kennzeichnet). Jeder Kanal enthält einen Schalter mit einer Phasenschieberzelle. Die Werte der Phasenschieberschaltungen stehen von einem Kanal zum nächsten in einer geometrischen Progression mit dem Quotienten 2, um die Umwandlung des binären Digitalcodes in die Analogmodulation vorzunehmen.

Der in F i g. 2 dargestellte Phasenmodulator enthält ein Pufferregister 100, das mit einem der Speicher verbunden ist, und zwar mit dem Speicher 3, wenn es sich um den Modulator 5 handelt, und mit dem Speicher 4, wenn es sich um den Modulator 6 handelt. Dieses Register wird benutzt, um am Ausgang ein gewisses Inphasebringen der verschiedenen Komponenten der verarbeiteten Informationen zu erreichen und außerdem um die Verarbeitungsleistung der an die Faltungseinrichtung angelegten Signale zu optimieren. Die Steuerung der Überführung der Informationen von dem Eingabespeicher in den Pufferspeicher 100 erfolgt aufgrund des Oszillators 7, der mit der Mittenfrequenz Fo der Faltungseinrichtung arbeitet Ein Frequenzteiler 101 liefert dem Pufferregister 100 sowie den Speichern 3 und 4 die Steuersignale. Das von dem Oszillator 7 gelieferte Signal wird an eine schnelle Signalformungsschaltung 102 angelegt, die in ECL-Technik herstellbar ist Diese Schaltung wandelt die Sinusschwingungen des Oszillators in ein binäres Rechtecksignal mit der Grundfrequenz Fo um. Dieses Signal wird an π Phasenverschiebungszellen oder Elementarphasenschieber angelegt, die in Reihe geschaltet sind. Die Zellenzahl η ist gleich der Bitzahl der Eingangsinformationen. In dem Ausführungsbeispiel ist diese Zahl auf 5 begrenzt. Es sind lediglich die erste und die letzte Zelle dargestellt worden. Jede Zelle bewirkt eine Ja/Neinoder Zweipunktphasenverschiebung. Die erste Zelle enthält beispielsweise zwei parallele Kanäle. Der erste j Kanal enthält in Reihe einen Schalter 110, der durch das Ausgangssignal ^o des Pufferregisters gesteuert wird, und eine Phasenverschiebungszelle 112, die eine Phasenverschiebung um π vornimmt und beispielsweise aus einem Stück Koaxialleiter von bestimmter Länge

ίο bestehen kann. Der zweite Kanal enthält lediglich einen Schalter 111, der durch den Ausgang φ des Pufferregisters 100 gesteuert wird. Der Zustand des ersten oder den höchsten Stellenwert aufweisenden Bits qa der Pufferregisters 100 bestimmt somit den Durchgang des Signals mit der Frequenz Fo entweder durch den Phasenverschiebungskanal 110, 112 der ersten Zelle oder durch den Kanal 111, in welchem keine Phasenverschiebung erfolgt Die vier übrigen Bits des Puferregisters sind in derselben Weise vier anderen Ja/Nein- oder Zweipunktphasenverschiebungszellen zugeordnet, die mit der ersten in Reihe geschaltet sind. Diese Zeilen bewirken Phasenverschiebungen von (0, jr/2), dann von (0, π/4), danach von (0, π/8) und schließlich von (0, π/16). Die in F i g. 2 dargestellte letzte Zelle enthält, ebenso wie die erste Zelle, einen Phasenverschiebungskanal, welcher einen durch das Ausgangssignal q 4 des Registers gesteuerten Schalter 150 in Reihe mit einem π/16-Phasenschieber 152, und einen Kanal enthält, der keine Phasenverschiebung vornimmt und einen durch das Ausgangssignal q 4 des Registers gesteuerten Schalter 151 aufweist. Wenn das Pufferregister 100 nur Ausgänge ^0_bis q\ und keine komplementären Ausgänge gO^bis qA hat, dann ist es leicht, Digitalinverter zwischen die Ausgänge q 0 bis q 4 und die Schalter 111... 151 der nichtphasenverschobenen Kanäle einzufügen. Die erzielte Phasenverschiebung ist somit in 32 Stufen quantisiert Der Ausgang der letzten Phasenverschiebungszelle wird dann mit einer Verstärker- und Filterschaltung 9 verbunden, die als Mittenfrequenz die Frequenz Fo hat, um die Harmonischen zu eliminieren, bevor der Faltungseinrichtung die gewünschte Stufe zugeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der elektroakustischen Faltungseinrichtung 10 ist in Fig.3 dargestellt Zur Erzielung eines großen Produktes aus Bandbreite und Verzögerungszeit ist ein mit Bündelkompression arbeitendes piezoelektrisches Gebilde mit Dreiplattenanordnung der Ausgangselektroden benutzt worden.
Zwei Eingangswandler 312 und 313 sind so ausgelegt, daß sie eine große maximale Bandbreite aufweisen, deren Mittenfrequenz um die Frequenz Fo in der Größenordnung von 150 MHz liegt Zwei nichtsymmetrische Koppler 315 und 314, die als Schallbündelkompressor arbeiten, und die Faltungselektroden 316 und

317 sind auf einem Lithiumniobatsubstrat (LiNbO₃) 311 graviert

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit auf diesem Substrat beträgt 3480 m/s, was es ermöglicht, mit einer Nutzlänge von ungefähr 40 mm eine Verzögerungszeit von 12 us zu erzielen.

Die Dreiplattenanordnung der Faltungselektroden gestattet, die Faltungseinrichtung in einer Planartechnik auszuführen. Diese Struktur erleichtert die Unterdrükkung der Volumenstörechos, gestattet den Gütefaktor am Ausgang zu verringern und erleichtert die Impedanzanpassung.

Die Ausgangselektroden 316 und 317 sind parallel und in der Ausbreitungsrichtung der Schallwellen auf

dem Substrat ausgerichtet.

Die Gravur erfolgt auf dem Substrat durch Auftragen von Aluminium durch eine Kunstharzmaske hindurch, die durch chemische Einwirkung hergestellt wird.

Eine umfassendere Beschreibung einer solchen Faltungseinrichtung findet sich in einem Aufsatz von Ph. Defranould und C. Maerfeld, »Acoustic Convolver using Multistrip Beamwidth Compressors«, der in der amerikanischen Zeitschrift »1974 ULTRASONICS SYMPOSIUM OF IEEE« veröffentlicht worden ist.

Die Eingangsfilterschaltungen 8 und 9 und die Ausgangsfilterschaltung 11 sind für den einwandfreien Betrieb der Faltungseinrichtung erforderlich. Die Eingangsfilter dienen dem Ziel, die 2. Harmonische der angelegten Signale zu eliminieren. Das Ausgangsfilter, dessen Mittenfrequenz bei 300 MHz liegt und dessen Bandbreite doppelt so groß ist wie die Eingangsbandbreite, dient dem Zweck, das Ausgangsband festzulegen und bei ungefähr 50 dB unterhalb des gefalteten Signals das direkte Signal mit der Mittenfrequenz von 150 MHz zu unterdrücken.

Die Schaltungen zum Messen der Nutzparameter der erhaltenen Korrelationsfunktion (Amplitude und Breite der Spitze, Position des Mittelpunkts der Spitze), die in F i g. 1 dargestellt sind, sind von herkömmlicher Art.

Die Schaltung 13 zum Auswerten der Amplitude der Spitze enthält beispielsweise schnelle Digitalcodiereinrichtungen mit sieben Binärelementen und mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 10~² in der Nähe des Maximums. In dem Fall einer Verwendung bei der Identifizierung, bei welcher ein empfangenes Signal durch Korrelation mit einem Bezugssignal verglichen wird, muß der Wert der Amplitude durch die Werte der Energien der gemessenen Signale am Eingang gewichtet werden, um einen normierten Korrelationskoeffizienten zu erhalten.

Die Schaltung 12 zum Messen der Position des Mittelpunkts der Spitze enthält Einrichtungen zum Vergleichen der Korrelationsfunktion mit einem Schwellenwert. Der Mittelwert zwischen dem Anfang und dem Ende des Überschreitens dieses Schwellenwertes ergibt in bezug auf einen gegebenen Ursprung die Position des Mittelpunkts der Spitze.

Wenn die Amplitude der Spitze nicht im voraus bekannt ist, werden mehrere Schwellenwerte über die Dynamik des Ausgangssignals gestaffelt. Jedem dieser Schwellenwerte ist ein Digitalzähler zugeordnet, welcher durch ein Synchronisiersignal ab dem Ursprungszeitpunkt getriggert wird. Die Frequenz des Synchronisiersignals wird bei dem Überschreiten des entsprechenden Schwellenwertes durch zwei geteilt und der Zähler wird am Ende des Überschreitens gesperrt. Der so erhaltene Zustand gibt in Taktperioden direkt den Mittelpunkt der Korrelationsspitze gegenüber dem durch die Synchronisierschaltung 16 gegebenen Ursprungszeitpunkt an. Zur Vermeidung von falschen Messungen an den sekundären Zipfeln oder Korrelationsstörschwingungen gestatten Digitalschaltungen, in Abhängigkeit von der gemessenen Amplitude der Korrelationsspitze die zugeordnete Messung bei dem geeignetsten Schwellenwert

Innerhalb der Grenzen der möglichen Anwendungsfälle kann die Korrelationsanordnung mit beliebigen Arten von Signalen arbeiten, die zuvor in den Eingabespeichern gespeichert werden, wobei die Synchronisierung beim Lesen erfolgt

Die Hauptbeschränkungen rühren von der Faltungseinrichtung her und betreffen die Dynamik, die Verzögerungszeit und die Genauigkeit, die erzielt werden kann. Die Genauigkeit wird durch die Störschwingungen (ungefähr 30 bis 50 dB) begrenzt. Sie bleibt für eine große Anzahl von Anwendungsfällen ausreichend. Unter Berücksichtigung der Dauer T des Integrationsgebietes der Faltungseinrichtung (T= 12 \is) müssen die korrelierten Signale eine Dauer von B > T haben. Wenn die Beobachtung der Korrelationsfunktion in einer Zeit ±τ um den Ursprung erfolgt, muß die

ίο Dauer θ der zu korrelierenden Signale somit wenigstens gleich T + 2r sein.

Die Korrelationsanordnung, die vorstehend beschrieben ist, kann für den Vergleich von zwei gespeicherten impulsförmigen Signalen benutzt werden.

Wie oben bereits angegeben, kann die Korrelation an der zeitlichen Hüllkurve oder der Phase der Signale oder an ihrer spektralen Hüllkurve erfolgen.

Fig.4 zeigt ein Beispiel der Anwendung der Erfindung bei der Verarbeitung von aus einem Empfänger stammenden Signalen nach der Spektralanalyse.

Die von dem Empfänger 500 gelieferten Signale werden an einen Spektralanalysator 501 mit dispersiver Leitung angelegt.

Von der spektralen Hüllkurve der sequentiell empfangenen Signale liefert der Analysator 501 nur den Absolutbetrag. Da ihre Amplitude nicht automatisch einen Einheitswert hat, ist es erforderlich, eine Normierung des Korrelationskoeffizienten in Abhängigkeit von der Energie der angelegten Signale vorzunehmen.

Der Korrelationsrechenschaltung, die zwei Modulatoren 516 und 518, zwei Verstärker- und Filterschaltungen 517 und 519, eine elektroakustische Faltungseinrichtung 520 und Meßschaltungen 530 und 540 enthielt, müssen komplementäre Rechenschaltungen zugeordnet oder die Korrelationsanordnung selbst benutzt werden, so wie ein Speicher 509 zum Berechnen des normierten Koeffizienten zugeordnet werden:

-g)

- ~E(/²)-E(gV

wobei E² (f ■ g) das Quadrat der Amplitude der Spitze der Korrelation der Funktionen der Frequenz /und g\%\, die nacheinander durch den Spektralanalysator 501 geliefert werden, und wobei E(P) und E(g²) die Maxima der Autokorrelationsprodukte der Signale /bzw. g-sind, d. h. die Energie der Signale /und g.

Die Signale / und g, die von dem Analysator 501 geliefert werden, werden durch die Schaltung 5Ö2 abgetastet und in digitaler Form codiert und während der Verarbeitung in dem Speicher 503 gespeichert. Eine digitale Rechenschaltung 504 bildet den Wert E(P), der in dem Speicher 507 mit Hilfe eines Umschalters 506 in der Position (1) gespeichert wird. Gleichzeitig wird das Signal / in einen Speicher 515 überführt, der während der Korrelationsberechnung durch die Anordnung nach der Erfindung verkehrt ausgelesen wird.

Dann wird das Signal g aus dem Speicher 503 gleichzeitig mit dem Umschalten der Umschalter 506 und 505 in die Position (2) ausgelesen. Die Rechenschaltung 504 bildet den Wert E(g²), der über den Umschalter 506 einer Multiplizierschaltung 508 zugeführt wird. Diese Schaltung empfängt außerdem den aus dem Speicher 507 ausgelesenen Wert E(P) und bildet das Produkt E(P) χ Efg²), der in dem Speicher 509 gespeichert wird.

Gleichzeitig wird der aus dem Speicher 503 ausgelesene Wert g der Faltungseinrichtung 520 über den Modulator 518 und die Verstärker- und Filterschaltung 519 zugeführt und der Wert f, der mit zeitlicher Umkehrung aus dem Speicher 515 ausgelesen wird, wird über den Modulator 516 und die Verstärker- und Filterschaltung 517 in dieselbe Faltungseinrichtung überführt. Der Wert E² (f ■ g)wrd durch die Meßschaltung 540, welches eine Spitzendetektor-, Digitalcodier- und Quadrierschaltung ist, bestimmt. Die Werte ι ο &(f ■ g) und E(P) χ (g²) werden in einen Vergleicher 510 eingegeben, der den normierten Koeffizienten ρ bestimmt.

Eine Schaltung 530 zur Messung der Dezentrierung der Spektren fund g, die der Schaltung zur Messung der Position der Spitze gemäß F i g. 1 analog ist, ist ebenfalls mit der Faltungseinrichtung 520 gekoppelt.

Der Koeffizient ρ ist theoretisch gleich Eins, wenn die Funktion #■ proportional zu der Funktion /ist.

Der Vergleicher 510 vergleicht den Wert von ρ mit einem bestimmten Schwellenwert, um / und g zu identifizieren.

Ein Wert von ρ, der kleiner als der Schwellenwert ist, wird zur Unterdrückung des Signals führen, das die Funktion g hervorgerufen hat, wohingegen ein Wert von ρ, der größer als der Schwellenwert ist, die Identität von /und # festzustellen gestatten wird.

Zum Verbessern des Unterscheidungsvermögens kann die Korrelationsverstärkung erhöht werden, indem vor der Korrelation eine Vorverarbeitung durchgeführt wird, wie oben erwähnt. Diese Vorverarbeitung besteht darin, die Bandbreite der spektralen Hüllkurven zu verbreitern und die Information, die für die Identifizierung von Nutzen ist, zu verstärken.

Unter Berücksichtigung der Schwankungen, die sich durch die Abtastung, die Quantisierung und die Faltungseinrichtung selbst ergeben, kann die Anordnung mit einem Vergleichsschwellenwert für den Koeffizienten ρ von etwa 0,9 arbeiten, bei einer Verschiebung der Korrelationsspitze gegenüber dem Mittelpunkt von weniger als ± 1 \is. Der Bereich der analysierbaren Signale wird für die kurzen Signale durch die Abtastung und für die langen Signale durch die Unterscheidungsgenauigkeit begrenzt.

Es ist jedoch interessant festzustellen, daß die vollständige Berechnung der Korrelation, die durch die Korrelationsanordnung nach der Erfindung vorgenommen wird (eine Berechnung, bei der die Korrelationsfunktion in kontinuierlicher Weise erhalten wird), nicht mehr Zeit beansprucht als die Berechnung eines einzelnen Punktes der Autokorrelationsfunktion, der durch die Digitalschaltung 504 bestimmt wird. Das zeigt deutlich die Überlegenheit der elektroakustischen Schaltungen gegenüber den herkömmlichen Digitalschaltungen.

Die Verwendung einer schnellen Korrelationsanordnung nach der Erfindung weist somit zahlreiche Vorteile auf und bietet zahlreiche Möglichkeiten auf dem Gebiet der Verarbeitung von schnellen Signalen. Sie gestattet insbesondere die Verarbeitung der Signale in Echtzeit. Das bevorzugte Anwendungsgebiet einer solchen Korrelationsanordnung ist die Verarbeitung von Radarsignalen. Ihre Verwendung auf anderen Gebieten der Technik ist aber ohne weiteres möglich und erwünscht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schnelle Korrelationsanordnung mit wenigstens zwei Speichern zum Speichern von zu korrelierenden Signalen in Form von aufeinanderfolgenden digitalen Abtastproben, mit Einrichtungen zum Auslesen der Abtastproben aus den Speichern unter Umkehrung des Zeitmaßstabes für eines der beiden Signale, mit Einrichtungen zur Modulation einer Trägerschwingung durch die gelesenen Signale, mit einer elektroakustischen Faltungseini ichtung zum Empfangen der modulierten Signale und mit Filter- und Detektoreinrichtungen, die mit dem Ausgang der Faltungseinrichtung verbunden sind und die korrelierten Signale liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseimichtungen (5; 6) für die Modulation der Trägerschwingung, deren Frequenz gleich der Mittenfrequenz (Fo) der Faltungseinrichtung (10) ist, durch jedes der beiden Signale wenigstens eine Reihe von durch die π Bits jeder digitalen Abtastprobe des gelesenen Signals Ein/Aus-gesteuerten Elementarmodulatoren enthalten, die in Reihe geschaltete Phasenschieber sind, von denen der erste die Trägerschwingung empfängt und von denen jeder zwei parallelgeschaltete Übertragungskanäle aufweist, wobei der erste Kanal einen Schalter (110... 150), der durch eines der Bits (qO) der dem Elementarmodulator zugeführten Abtastprobe gesteuert wird, in Reihe mit einem Phasenschieber (112... 152) enthält und wobei der zweite Kanal allein einen Schalter (111... 151) enthält, der durch den konjugierten Wert (qö) desselben Bits der betreffenden Abtastprobe gesteuert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtungen (5; 6) einen Eingangspufferspeicher enthalten.

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Verarbeitung der dem Pufferspeicher zugeführten Abtastproben.

4. Verwendung der Korrelationsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem System zur Verarbeitung von durch eine Radaranlage empfangenen Signalen, mit einer Spektralanalysierschaltung, die mit dem Ausgang des Radarempfängers verbunden ist, und mit einer Schaltung zum Abtasten und Digitalcodieren der Ausgangssignale der Analysierschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das System Einrichtungen (504,507,508) zum Berechnen des Produkts der Energien der zu korrelierenden Signale und Einrichtungen (510) zum Vergleichen des Produkts mit dem Quadrat der Amplitude der am Ausgang der Korrelationsanordnung erhaltenen Korrelationsspitze enthält.