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Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zum
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Extrahieren von Zielsignalen Kennwort: Normalisierungsfenster
VERFAHREN
UND VORRICHTUNG ZUM EXTRAHIEREN VON ZIELSIGNALEN Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Extrahieren von Zielsignalen aus störungsbehafteten Empfangssignalen bei Richtungsortung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.
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Ein solches Verfahren ist bereits für Passivortung von Schallquellen
bekannt. Bei diesem Verfahren wird die empfangene Geräuschleistung vorzugsweise
im Panorama-Bild dargestellt. Um aus der Geräuschleistung, die aus einem Signal-
und einem Störanteil besteht, dessen Pegel in Abhängigkeit von dem Empfangswinkel
und der Zeit schwankt, die Signale unabhängig von den Pegeländerungen detektieren
zu können, wird für jeden Empfangswinkel das Verhältnis der Empfangsleistung zur
geschätzten Störleistung dargestellt. Die geschätzte Störleistung gewinnt man dabei
durch Mittelung der Leistung in einem Umgebungsintervall des jeweiligen Empfangswinkels.
Die Breite des Umgebungsintervalls, mitunter auch Mittelungs- oder Normierungsfenster
genannt, ist dabei bedeutend größer als die Winkelauflösung der Empfangsanordnung.
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Bei diesem bekannten Verfahren ist es nicht möglich, verhältnismäßig
schwache Ziele oder Schallquellen, die winkelmäßig in der Nachbarschaft von relativ
starken Zielen oder Schallquellen liegen, zu detektieren. Dies liegt darin begründet,
daß in die Schätzung der Störleistung
auch die Signalleistung selbst
eingeht. Ist ein starkes Ziel vorhanden, so wird die Störleistung naturgemäß zu
hoch geschätzt. Bei der Normierung der Empfangsleistung, also bei der Verhältnisbildung
der Empfangsleistung zur geschätzten Störleistung, wird nun das Verhältnis der Leistung
eines schwachen Ziels oder einer schwachen Schallquelle zur überhöhten Schätzung
der Störleistung dargestellt, so daß das schwache Ziel oder die schwache Schallquelle
unterdrückt wird. Schwache Ziele oder Schallquellen können damit nicht mehr detektiert
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, daß auch starken Zielen benachbarte schwache
Ziele zuverlässig detektiert werden.
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Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs
1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des
Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Signalleistung
nicht mehr in die geschätzte Störleistung eingeht. Letztere wird unabhängig von
den einfallenden Signalen geschätzt, so daß auch schwache Ziele entsprechen ihrem
Signal-Stör-Verhältnis dargestellt und damit detektiert werden können.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergibt sich aus Anspruch 2. Bei dieser Verfahrensverbesserung ermittelt man die
geschätzte Störleistung als Bezugsfunktion für die Normierung durch Mittelung der
Empfangsleistung und die normierte Empfangsleistung durch Verhältnisbildung parallel
und prüft die normierte Empfangsleistung mittels einer Erwartungsschwelle sofort
auf das Vorhandensein eines Zielsignals. Wenn man auf Signal erkennt, führt man
die Mittelung der modi-
fizierten Leistung, also die Erstellung
der neuen Bezugsfunktion, nur für den Bereich durch, in welchem ein Signal auftritt.
Auf diese Weise wird eine erhebliche Zeitersparnis erzielt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus
Anspruch 3. Durch diese Verfahrensausgestaltung erzielt man eine wesentliche Verbesserung
der Detektionsempfindlichkeit. Prüft man nur auf Überschreiten der Erwartungsschwelle,
so würde man einen Leistungspeak eines Zielsignals möglicherweise nicht in seinem
Maximum oder in unmittelbarer Nähe davon, sondern bereits an seiner Anstiegsflanke
erfassen. Die durch Mittelung gewonnene geschätzte Störleistung ist an dieser Stelle
größer als die geschätzte Störleistung am Ort des Maximums selbst. Bei der Modifizierung
der Empfangsleistung oder weiterer modifizierter Leistungen wird damit ein zu großer
Mittelwert eingesetzt, und die normierte Leistung wird an dieser Stelle kleiner.
Die Detektionsempfindlichkeit leidet. Mit der zusätzlichen Prüfung auf ein relatives
Maximum, bei welcher also der normierte Leistungswert des zugeordneten Empfangswinkels
größer sein muß als die normierten Leistungswerte, die jeweils einem unmittelbar
vorhergehenden und einem unmittelbar nachfolgenden Empfangswinkel zugeordnet sind,
läßt sich ein Leistungspeak in oder nahe seinem Maximum erfassen und so die geschätzte
Störleistung ziemlich genau ermitteln.
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Es sei noch angemerkt, daß in Anspruch 3, ebenso wie in den folgenden
Ansprüchen 4, 5, 10 und 11 bis 13,unter "normierter Leistung sowohl die "normierte
Empfangsleistung" als auch die "normierte modifizierte Leistung verstanden wird,
je nachdem, ob nur eine Modifizierung der Empfangsleistung durchgeführt wurde oder
weitere aufeinanderfolgende Modifizierungen der modifizierten Leistungen wegen ein-
oder mehrmaligen Uberschreitens
der Erwartungsschwelle vorgenommen
worden sind. Für "normierte Leistung" ist also im Falle des Nichtüberschreitens
der Erwartungsschwelle nur normierte Empfangsleistung" und im Falle des ein- oder
mehrmaligen Uberschreitens der Erwartungsschwelle "normierte Empfangsleistung" und
"normierte modifizierte Leistung" zu setzen.
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Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in Anspruch 5 angegeben.
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Mit den hier definierten Schaltungsmitteln läßt sich das erfindungsgemäße
Verfahren technisch einfach realisieren.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den weiteren
Ansprüchen 6 bis 13 zu entnehmen, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild einer nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung zur Detektion von Zielsignalen,
Fig. 2 ein schematisiertes Blockschaltbild der Vorrichtung in Fig. 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Entscheidungslogik
gemäß Fig. 1 und 2, Fig.4-7 jeweils in Abhängigkeit vom Empfangswinkel e dargestellte
Diagramme von Leistung P(@), ge-
schätzter Störleistung
B(e) und normierter Leistung X(O), Das erfindungsgemäße Verfahren zum Extrahieren
von Ziel signalen aus störungsbehafteten Empfangssignalen bei Richtungsortung, das
sich am augenfälligsten anhand der Figuren 4 bis 7 beschreiben läßt, eignet sich
für jede Art Richtungsortung, z.B. für Ortung mit Radar im aktiven oder passiven
Modus oder mit aktivem oder passivem Sonar.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mißt man zunächst die jeweils
unter einem vorgegebenen Empfangswinkel e erhaltene Empfangsleistung. Die Empfangsleistung
ist abhängig von dem Auflösungsvermögen der Empfangsanordnung. Die Empfangsleistung
ist im obersten Diagramm in Fig. 4 in Abhängigkeit vom Empfangswinkel e dargestellt
und mit Po(8) bezeichnet. Dabei sei zur Verdeutlichung angenommen, daß bei den Empfangswinkeln
e1 und 82, die dicht beieinander liegen, jeweils ein Ziel erfaßt worden ist. Nunmehr
wird für jeden Empfangswinkel e die Empfangsleistung P (e) in einem Umgebungsintervall
des jeweiligen Empfangswinkels e ermittelt, wodurch man die geschätzte Störleistung
als BezuSsfunktion B (8) für die nachfolgende Normierung der Empfangsleistung Po(8)
erhält. Um nunmehr die Störleistung B1(e) möglichst richtig und unabhängig von evtl.
vorhandenen Signalen zu schätzen, sieht man bei der Mittelung im Umgebungsintervall
des jeweiligen Empfangswinkels e eine Mittelungslücke genau an der Stelle des zugeordneten
Empfangswinkels 9 vor. Ein solches Umgebungsintervall ist in Fig.4 unterhalb des
oberen Diagramms dargestellt. Es besitzt die Breite 2C @ und weist in der
Mitte eine 0 hierzu symmetrische Mittelungslücke mit der Breite auf. Dieses Umgebungsintervall,
auch Mittelungs- oder Normalisierungsfenster genannt, wird nunmehr bei der
Mittelung
oder Integration der einem Empfangswinkel e zugeordneten Empfangsleistung P (e)
so gelegt, daß die Symmetrieachse des Umgebungsintervalls mit dem zugeordneten Empfangswinkel
e zusammenfällt. Als Ergebnis der Mittelung oder Integration der Empfangsleistung
P1(e) über alle Empfangswinkel e ergibt sich die in Fig. 4 im mittleren Diagramm
dargestellte Bezugsfunktion B1(e), die für jeden Empfangswinkel e die geschätzte
Störleistung angibt. Die Breite der Mittelungslücke e wird dabei entsprechend der
Winkelauflösung der Empfangsanordnung oder auch entsprechend der Winkelbreite der
Ziele gewählt. Zu beachten ist, daß die so gewonnene Störleistung richtig geschätzt
worden ist, wenn in dem Umgebungs- oder Integrationsintervall kein Signal vorhanden
ist oder wenn ein vorhandenes Signal gerade in die Mittelungs- oder Integrationslücke
fällt. Ist allerdings ein Signal in dem übrigen Bereich des Umgebungsintervalls
vorhanden, so wird die Störleistung zu hoch geschätzt und der Wert der Bezugsfunktion
B (e) ist für den jeweiligen Empfangswinkel e unrealistisch hoch.
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Um nunmehr den Signaleinfluß bei der Schätzung der Störleistung zz-.eliminieren,
bezieht man zunächst die Empfangsleistung Po(8) auf die Bezugsfunktion B1(e), wodurch
sich die normierte Empfangsleistung X1 (@) als Quotient aus der Empfangsleistung
P1(@) und der Bezugsfunktion B1 (), also der geschätzten Störleistung, ergibt.
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Die normierte Empfangsleistung x1(e) ist in Fig. 4 im untersten Diagramm
dargestellt. Diese wird nun mit einer Erwartungsschwelle DS verglichen und festgestellt,
ob die Erwartungsschwelle DS überschritten wird oder nicht.
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Ist dies - wie hier angenommen und in dem unteren Diagramm in Fig.
4 dargestellt ist - der Fall, so ermittelt man zunächst eine erste modifizierte
Leistung dadurch, daß man in den den Uberschreitungsstellen zugeordneten Empfangswinkeln,
z.B. il, die Empfangsleistung, z.B.Pl(e1),
durch die geschätzte
Störleistung, die diesen Überschreitungsstellen zugehörigen Empfangswinkeln zugeordnet
ist, also den Wert der Bezugsfunktion B1(o) für die entsprechenden Empfangswinkel,
z z.B. 91, also z.B. B1(e1)' ersetzt. Die übrigen Leistungswerte werden unverändert
gelassen und entsprechen der Empfangsleistung P1(#). Die so gewonnene modifizierte
Leistung ist in Abhängigkeit vom Empfangswinkel e im obersten Diagramm der Fig.
5 dargestellt und mit P (e) bezeichnet.
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2 Als nächsten Schritt gewinnt man nunmehr aus dieser normierten
Leistung P2(s) die Bezugsfunktion B2(e), indem man in gleicher Weise wie eingangs
beschrieben nunmehr die normierte Leistung P (e) für jeden Empfangswinkel e 2 in
dem gleichen Umgebungsintervall mit der Breite und der Mittelungslücke 2 e integriert.
Die so gewonnene Bezugsfunktion B (e) ist im mittleren Diagramm der 2 Fig. 5 dargestellt.
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Schließlich gewinnt man die normierte modifizierte Leistung X2(9)
(unteres Diagramm in Fig. 5) dadurch, daß man die modifizierte Leistung P2(e) auf
die Bezugsfunktion B2(#) als neue Schätzung der Störleistung bezieht.
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Auch diese normierte modifizierte Leistung x2(e) vergleicht man wiederum
mit der Erwartungsschwelle DS. Wird nunmehr die Erwartungsschwelle DS an einer oder
mehreren Stellen wiederum überschritten, so wiederholt man den unmittelbar vorstehend
beschriebenen Vorgang der Modifizierung der vorherigen modifizierten Leistung, der
Normierung dieser und des Vergleichs mit der Erwartungsschwelle DS so lange, bis
die Erwartungsschwelle DS nicht mehr überschritten wird. In Fig. 6 ist die modifizierte
Leistung, die durch Modifizierung der Leistung P2( e ) hervorgegangen ist, in Abhängigkeit
von den Empfangswinkeln e im oberen Diagramm dargestellt und mit P3(#) bezeichnet.
Eine erneute Mittelung ergibt die
Bezugsfunktion B3(Q), wie sie
in dem mittleren Diagramm der Fig. 6 zu sehen ist. Die durch Verhältnisbildung von
P3(e) und B3(e) gewonnene normierte Leistung X3(e) liegt an keiner Stelle über der
Erwartungsschwelle DS. Dies ist ein Maß dafür, daß die geschätzte Störleistung (Bezugsfunktion
B (e)) richtig geschätzt ist und Zielsignale 3 nicht in die Schätzung eingegangen
sind.
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Nunmehr kann die Empfangsleistung P (e) ins Verhältnis zu der richtig
geschätzten Störleistung B3(e) gesetzt werden. Die Störleistung ist damit auf den
Erwartungswert 1 normiert, aus einem farbigen Rausch-Prozeß mit unbekanntem Pegel
entsteht ein weißes Rauschen mit bekanntem Erwartungswert. Alle Signale (hier bei
den Empfangswinkeln 61 und 92) ragen entsprechend ihrem Signal-Stör-Verhältnis aus
dem gleichmäßigen Störhintergrund heraus und können einwandfrei erkannt werden.
Dies ist in den drei Diagrammen der Fig. 7 dargestellt.
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Infolge der Zuordnung der Empfangsleistung P (e) zu diskreten Empfangswinkeln
e und bei der diskreten Berechnung der Bezugsfunktionen B(e) ist es möglich, daß
der Maximalwert eines Leistungspeaks nicht mit einem diskreten Wert des Empfangswinkels
zusammenfällt. Der Maximalwert des Leistungspeaks wird dann nicht von einer Stützstelle
des diskreten Winkelspektrums erfaßt. Die Leistungswerte an den Stützstellen im
Winkelspektrum sind dann kleiner als das Maximum. Die durch Mittelung gewonnene
geschätzte Störleistung wird zu groß, die anschließende Normierung führt zu einem
zu kleinen Wert, der.bei schwachen Zielen die Detektion erschwert. Zur Verbesserung
der Detektionsempfindlichkeit wird daher die normierte Empfangsleistung P1(e) bzw.
nachfolgend die normierten modifizierten Leistungen P2(e), P3(e) nicht nur mit der
Erwartungsschwelle DS verglichen, sondern zusätzlich auf das Vorhandensein eines
relativen Maximums
geprüft. Ein relatives Maximum ist nur dann
gegeben, wenn der dem jeweils aktuellen Empfangswinkel e zugeordnete Wert der normierten
Leistung x(e) größer ist als die Leistungswerte, die den Empfangswinkeln eine bzw.
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e+ßG zugeordnet sind, die dem jeweils aktuellen Empfangswinkel e unmittelbar
vorhergehen bzw. nachfolgen. Nur wenn neben dem Uberschreiten der Erwartungsschwelle
DS auch ein relatives Maximum vorliegt, werden die Folgeschritte wie Modifizierung,
erneute Mittelung und erneute Normierung durchgeführt.
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Um unter einem bestimmten Empfangswinkel e geortete Ziele schnell
detektieren und darstellen zu können, ist es vorteilhaft, alle Folgeschritte wie
Mittelung, Normierung, Vergleich und gegebenenfalls Modifizierung aufeinanderfolgend
für jeweils einen Empfangswinkel e durchzuführen. Auch dieses Verfahren läßt sich
anhand der Figuren 4 bis 7 anschaulich beschreiben.
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Beispielsweise sei angenommen, daß die Empfangsanordnung gerade unter
dem Empfangswinkel e1 empfängt. Im Umgebungsintervall S0.e des Empfangswinkels 91
mit der Mittelungslücke 2g 9 wird die Empfangsleistung P1(e) integriert. Die Mitte
des Mittelungsfensters ist dabei genau dem Empfangswinkel 91 zugeordnet. Durch Dividieren
der so gewonnenen Empfangsleistung B1(#1) durch die für 11 den Empfangswinkel 91
geschätzte Störleistung B1(e 1 erhält man unmittelbar die dem Empfangswinkel 8 zugeordnete
normierte Leistung x1(e1). Diese vergleicht man nun mit der Erwartungsschwelle DS,
und wenn diese überschritten wird, modifiziert man die Empfangsleistung P1(e) an
der Stelle des Empfangswinkels e1 dadurch, daß man hier die unter dem Empfangswinkel
81 gemessene Empfangsleistung durch die bei der Mittelung gewonnene geschätzte Störleistung
B1(#1) für den Empfangswinkel 91 ersetzt.
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Nun führt man eine Mittelung der so gewonnenen modifizierten Leistung
P2(e) durch, wobei man die Mittelung bei einem um das halbe Umgebungsintervall zurückversetzten
Empfangswinkel beginnt, also bei einem Empfangswinkel e3 e te, und ermittelt so
die Bezugsfunktion B2 fe ).
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Man verschiebt also das Umgebungs- oder Integrationsintervall, das
sogenannte Mittelungsfenster, um eine halbe Fensterbreite zu kleineren Empfangswinkeln,
wobei die Mitte des Mittelungsfensters nunmehr dem Empfangswinkel e3 zugeordnet
ist. Auf diese Art wird die eueMittelung oder Integration nur für den Bereich durchgeführt,
für den ein Signal erkannt worden ist. Nunmehr wird jeder Leistungswert der modifizierten
Leistung P2(e), beginnend bei dem Empfangswinkel e3 =e -S de, ins Verhältnis gesetzt
zu der dem jeweiligen Empfangswinkel e zugeordneten Bezugsfunktion B (e) und sofort
mit der Erwartungs-2 schwelle DS verglichen. Solange die Erwartungsschwelle DS nicht
überschritten wird, kann jeweils das Verhältnis der den Empfangswinkeln e zugeordneten
Empfangsleistung P1(e) zu der richtig geschätzten Störleistung B2(e) gebildet werden.
Dies wird so lange durchgeführt, bis im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei dem
Empfangswinkel 92 die Erwartungsschwelle DS überschritten wird (unteres Diagramm
in Fig. 5). In diesem Fall wird die modifizierte Leistung P2(Q) an der Stelle des
Empfangswinkels 92 durch Einsetzen der für den Empfangswinkel 82 geschätzten Störleistung
B2(e2) wiederum modifiziert.
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Die so modifizierte Leistung P P3(e) wird erneut integriert, 3 wobei
das Mittelungsfenster von dem Empfangswinkel 82 um eine halbe Fensterbreite zu kleineren
Empfangswinkeln verschoben wird. Die Mittelung bzw. Integration der modifizierten
Leistung p3(e) beginnt nunmehr bei dem Empfangswinkel 84=82 wo-AG Dies ist durch
Verschieben des Mittelungsfensters unterhalb des obersten Diagramms in Fig. 6 versinnbildlicht.
Solange das Verhältnis der modifizierten Leistung P3(#) zu der geschätzten Störlei-
stung
B3(e) an den jeweils zugeordneten Empfangswinkeln e, also die normierte Leistung
X3(e), kleiner ist als die Erwartungsschwelle DS, wird fortlaufend für jeden Empfangswinkel
e das Verhältnis der Empfangsleistung P1(e) zu der richtig geschätzten Störleistung
B3(e) gebildet (vergleiche Fig. 7). Die vorhandenen Signale ragen weit über den
gleichmäßigen Störhintergrund heraus und können entsprechend ihres Signal-Stör-Verhältnisses
dargestellt werden.
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Auch bei dieser Verfahrensvariante prüft man die normierten Leistungen
nicht nur auf das Uberschreiten der Erwartungsschwelle DS, sondern auch auf ein
relatives Maximum.
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Da in diesem Fall derjenige Leistungswert, der dem Empfangswinkel
i+bi zugeordnet ist, der dem jeweiligen aktuellen Empfangswinkel unmittelbar nachfolgt,noch
nicht vorhanden ist, nimmt man den Vergleich mit der Erwartungsschwelle DS und die
Prüfung auf ein relatives Maximum mit einem Leistungswert vor, der dem dem jeweils
aktuellen Empfangswinkel e unmittelbar vorausgehenden Empfangswinkel e-de zugeordnet
ist. Zur Gewinnung der modifizierten Leistung P(e) ersetzt man dann an der Stelle
des jeweils aktuellen Empfangswinkels e die diesem Empfangswinkel e zugeordnete
Leistung P(e) durch die geschätzte Störleistung B(e4e) also den Mittelwert, der
dem unmittelbar vorausgegangenen Empfangswinkel ede zugeordnet ist.
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In Fig. 1 ist der Schaltplan einer Vorrichtung zur Durchführung des
zuerst beschriebenen Verfahrens zum Extrahieren von Zielsignalen als Blockschaltbild
schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung weist zwei Speicher 10 und 11 auf, welche
die unter einem bestimmten Empfangswinkel e aufgenommene Empfangsleistung Po(8)
in Zuordnung zu den Empfangswinkeln abspeic'nern. Die Informati-
ons-Ausgabe
des ersten Speichers 10 ist einerseits mit dem Eingang eines Integrierers 12 und
andererseits mit dem einen von zwei Eingängen eines ersten Dividierers 13 verbunden.
Der Ausgang des Integrierers 12 ist über einen ersten Zwischenspeicher 14 an dem
anderen Eingang des ersten Dividierers 13 angeschlossen. Die beiden Eingänge eines
zweiten Dividierers 15 sind jeweils mit der Informations-Ausgabe des zweiten Speichers
11 und des ersten Zwischenspeichers 14 verbunden. Die beiden Dividierer 13 und 15
können mit einem Multiplizierer und einem offenen Operationsverstärker realisiert
werden. Die Ausgangssignale des zweiten Dividierers 15 sind ein Maß für das Verhältnis
der Empfangsleistung P1(e) zu der richtig geschätzten Störleistung, z.B. B3(#) und
können in einer geeigneten Anzeigevorrichtung 16 dargestellt werden. Die Ausgangssignale
des ersten Dividierers 13 sind ein Maß für die normierte Leistung, z.B. x1(e), x2(e),
x3(e), also ein Maß für das Verhältnis der Empfangsleistung P1(e) oder einer modifizierten
Leistung , z.B. P2(e), P3(e)zu einer vorläufig geschätzten Störleistung, z.B. B1(e),
B2(e), B3(e), die nur in dem Fall mit den Ausgangssignalen des zweiten Dividierers
15 übereinstimmen, so lange kein Signal vorhanden ist.
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Der Ausgang des ersten Dividierers 13 ist mit der Informations-Eingabe
eines zweiten Zwischenspeichers 17 verbunden, an dessen Informations-Ausgabe eine
Entscheidungslogik 18 angeschlossen ist. Die Entscheidungslogik, die den Vergleich
der normierten Leistung, z.B. x1(e), x2(e), X3(#), mit der Erwartungsschwelle DS
vornimmt, weist hierzu eine erste Vergleichsschwelle auf, die der Erwartungsschwelle
DS entspricht. Die Entscheidungslogik 18 nimmt aber auch gleichzeitig die Prüfung
auf ein relatives Maximum vor. Zu diesem Zweck weist sie zwei weitere Vergleichsschwellen
auf, wobei die zweite Vergleichsschwelle der normierten Leistung, z.B. x1(e-4e),
x2(e-Ee), x3(e-e),
entspricht, die dem dem jeweils aktuellen Empfangswinkel
e unmittelbar vorhergehenden Empfangswinkel eine zugeordnet ist und die dritte Vergleichsschwelle
der normierten Leistung, z.B. X1 (e+e), X2(0+ai), x3(e+@)entspricht, die
dem dem jeweils aktuellen Empfangswinkel e unmittelbar nachfolgenden Empfangswinkel
e+e zugeordnet ist.
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Ein möglicher Aufbau der Entscheidungslogik 18 ist in Fig. 3 schematisch
dargestellt. Drei Komparatoren 19, 20, 21 weisen jeweils eine der vorgenannten Vergleichsschwellen
auf. Die Eingänge der Komparatoren sind mit dem Eingang 22 der Entscheidungslogik
18 verbunden, während die Ausgänge der Komparatoren über eine logische UND-Verknüpfung
23 miteinander gekoppelt sind. Wenn die Entscheidungslogik 18 auf Überschreiten
der Erwartungsschwelle DS und Vorliegen eines relativen Maximums eÇo-ve und ere+ae
erkennt, so steht z.B. am Ausgang der logischen UND-Verknüpfung 23 eine logische
"1" an. Andernfalls liegt am Ausgang der logischen UND-Verknüpfung 23 logisch "0".
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Der Ausgang der Entscheidungslogik 18 ist nunmehr über je einen Steuerkanal
24 bzw. 25 einerseits mit dem zweiten Dividierer 15 und andererseits mit einer Adressiereinrichtung
26 verbunden. Die Adressiereinrichtung 26 ist über Adressenleitungen 27, 28 mit
dem ersten Zwischenspeicher 14 und dem ersten Speicher 10 verbunden. Ein Überschreib-Eingang
des ersten Speichers 10 ist über eine Informationsleitung 29 mit der Informations-Ausgabe
des Zwischenspeichers 14 verbunden. Uber die Informationsleitung 29 kann eine im
ersten Zwischenspeicher 14 durch die Adressiereinrichtung 26 abgerufene Information
an einem von der Adressiereinrichtung 26 im ersten Speicher 10 aufgerufenen Speicherplatz
eingeschrieben werden, wobei die dort gespeicherte Information überschrieben wird.
Dies erfolgt bei aktivierter Adressiereinrich-
tung 26, wobei die
Aktivierung der Adressiereinrichtung 26 über den Steuerkanal 25 von der Entscheidungslogik
18 bei Vorliegen einer t'JA"-Entscheidung für das Überschreiten der Erwartungsschwelle
DS und das Vorliegen eines relativen Maximums erfolgt. Die Speicher 10 und 11 und
die Zwischenspeicher 14 und 17 weisen eine gleich große Anzahl von Speicherplätzen
auf.
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Die Wirkungsweise der vorstehend in ihrem Aufbau beschriebenen Vorrichtung
ist wie folgt: Die Empfangsleistung Po(8) (Fig. 4,oberstes Diagramm) wird in Abhängigkeit
vom jeweiligen Empfangswinkel e in den beiden Speicnern 10 und 11 gespeichert. Die
in dem ersten Speicher 10 enthaltene Empfangsleistung P1(e) wird im Integrierer
12 bei vorgegebenem Umgebungs- oder Integrationsintervall 2g-4e unter Berücksichtigung
der Mittelungslücke 2 ist integriert und die ermittelte Bezugsfunktion B1 () im
Zwischenspeicher abgelegt. Diese Bezugsfunktion ergibt sich aus
Dabei enthält der erste Zwischenspeicher 14 zunächst die Bezugsfunktion B (e) für
alle Empfangswinkel e, wie dies in dem zweiten Diagramm von Fig. 4 dargestellt ist.
Der Dividierer 13 bildet nunmehr fortlaufend für jeden Empfangswinkel e das Verhältnis
der Empfangsleistung P1(e) zu der im Zwischenspeicher 14 in Zuordnung zu den Empfangswinkeln
e abgelegten Bezugsfunktion Bs(8), bildet also die normierte Empfangsleistung X1(
e) . Diese normierte
Empfangsleistung X1( x (e) wird nunmehr im
zweiten Zwischenspeicher 17 in Zuordnung zu dem jeweiligen Empfangswinkel e abgelegt.
Die Entscheidungslogik 18 prüft für jeden Empfangswinkel e, ob die drei Vergleichsschwellen
überschritten werden und gibt bei einer "JA'1-Entscheidung ein Steuersignal über
den Steuerkanal 25 an die Adressiereinrichtung 26, wodurch diese aktiviert wird.
Mit Aktivierung der Adressiereinrichtung 25 ruft diese über die Adressenleitungen
27, 28 in dem Zwischenspeicher 14 die Mittelwert-Information und in dem Speicher
10 die Leistungs-Information auf,die jeweils dem Empfangswinkel e zugeordnet sind,
bei welchem ein Überschreiten der Vergleichsschwelle durch die Entscheidungslogik
18 festgestellt worden ist. Außerdem veranlaßt die Adressiereinrichtung 26 ein Überschreiben
der aufgerufenen Information im Zwischenspeicher 14 in den aufgerufenen Speicherplatz
im ersten Speicher 10. Damit enthält der erste Speicher 10 nunmehr die modifizierte
Leistung P2(e), wie sie beispielsweise im obersten Diagramm der Fig. 5 dargestellt
ist. Dabei können ein oder mehrere Speicherplätze im ersten Speicher 10 überschrieben
werden, je nachdem, wieviele Überschreitungsstellen die Entscheidungslogik 18 detektiert
hat. Sind alle mit der Empfangsleistung P1(e) belegten Speicherplätze im ersten
Speicher 10 auf diese vorstehend beschriebene Weise abgearbeitet, so erhält der
Speicher 10 über einen Steuerkanal 30 ein Neustart-Signalßund die nunmehr in dem
Speicher 10 enthaltene Leistung P2(e) wird in der vorher beschriebenen Weise für
jeden Empfangswinkel e abgearbeitet, d.h. erneute Integration im Integrierer 12,
Zwischenspeicherung der neu gewonnenen Bezugsfunktion B2( e (§) im Zwischenspeicher
14, 2 Normierung im Dividierer 13 durch Bildung des Quotienten aus der im Speicher
enthaltenen modifizierten Leistung P2(e) und der neuen Bezugsfunktion B2(e), Abspeicherung
der normierten modifizierten Leistung x2(e) im Zwischenspeicher 17 und erneute Prüfung
der normierten Lei-
stung x2(e) in der Entscheidungslogik 18 auf
Überschreiten der Erwartungsschwelle DS und Vorliegen eines relativen Maximums.
Im Falle einer "JA"-Entscheidung wird wiederum die Adressiereinrichtung 26 aktiviert
und an den Überschreitungsstellen die entsprechenden Mittelwerte des Zwischenspeichers
14 in den Speicher 10 überschrieben. Im Speicher 10 befindet sich damit eine neue
modifizierte Leistung P3(e), wie sie z.B. in dem obersten Diagramm der Fig. 6 dargestellt
ist. Daran schließt sich eine erneute Mittelwertbildung, erneute Normierung und
Prüfung an.
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Dieser Vorgang wiederholt sich so/lange, bis die im Zwischenspeicher
17 enthaltene normierte modifizierte Leistung, z.B. X3(#), an keiner Stelle eine
der Vergleichsschwellen überschreitet. In diesem Fall gelangt über den Steuerkanal
24 von der Entscheidungslogik 18 zu dem zweiten Dividierer 15 ein Start-Signal,
das letzteren veranlaßt, aufeinanderfolgend für jeden Empfangswinkel e den Quotienten
aus den Speicherinhalten des zweiten Speichers 11 und des ersten Zwischenspeichers
14 zu bilden.
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Damit wird die ursprüngliche Empfangsleistung P1(e) ins Verhältnis
zu der richtig geschätzten Störleistung, z.B.
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B (e), gesetzt,und am Ausgang des Dividierers 15 liegt 3 ein Ausgangspegel,
wie z.B. in dem untersten Diagramm der Fig. 7 dargestellt ist. In diesem Ausgangspegel
ragen die an den Stellen 8 und 92 auftretenden Zielsignale deutlich aus dem gleichmäßigen
Störhintergrund heraus und lassen sich entsprechend ihrem Signal-Stör-Verhältnis
in der Anzeigevorrichtung 16 deutlich erkennbar darstellen.
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In Fig. 2 ist der Schaltplan einer Vorrichtung schematisch dargestellt,
mit welcher sich die eingangs beschriebene Verfahrensvariante realisieren läßt.
Wie eingangs bereits beschrieben, führt man bei dieser Verfahrens-
weise
alle Folgeschritte wie Mittelung, Normierung, Vergleich und gegebenenfalls Modifizierung
aufeianderfolgend für jeweils einen Empfangswinkel e durch und beginnt nach einer
notwendigen Modifizierung die Mittelung bei einem um das halbe Umgebungsintervall
ode zurückversetzten Empfangswinkel e. Der Aufbau der Vorrichtung stimmt weitgehend
mit dem der vorstehend beschriebenen Vorrichtung überein. Gleiche Bau- bzw. Schaltungselemente
sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen, die zur Unterscheidung um die Basiszahl
100 erhöht sind.
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Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, weist auch diese Vorrichtung zwei Speicher
110 und 111 auf,inwelchen dieEmpfangsleistung P1(e)in Zuordnung zu den Empfangswinkeln
e abgespeichert wird. Der erste Speicher 110 ist wiederum einerseits mit dem Integrierer
112 und andererseits mit einem von zwei Eingängen des Dividierers 113 verbunden.
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Im Gegensatz zu der Schaltungsanordnung in Fig. 1 ist hier der andere
Eingang des Dividierers 113 unmittelbar mit dem Ausgang des Integrierers 112 verbunden.
Zugleich ist die Informations-Eingabe des Zwischenspeichers 114 ebenfalls an den
Ausgang des Integrierers 112 angeschlossen. In gleicher Weise ist dem Dividierer
113 wiederum ein Zwischenspeicher 117 und diesem wiederum eine Entscheidungslogik
118 nachgeschaltet, die über einen Steuerkanal 125 bei einer JA "JA"-Entscheidung
die Adressiereinrichtung 126 aktiviert. Die Adressiereinrichtung 126 ist wiederum
über Adressenleitungen 127 und 128 mit dem Zwischenspeicher 114 und mit dem ersten
Speicher 110 verbunden. Eine Informationsleitung 129 verbindet die Informations-Ausgabe
des Zwischenspeichers 114 mit dem Speicher 110. Der Ausgang des zweiten Speichers
111 ist wiederum mit einem Eingang des zweiten Dividierers 115 verbunden, jedoch
ist dessen anderer Eingang nicht an dem ersten Zwischenspeicher 114, sondern an
dem Ausgang des Integrierers 112 angeschlossen. Dem zweiten Dividie-
rer
115 ist unter Zwischenschaltung eines dritten Speichers 131 wiederum die Anzeigevorrichtung
116 nachgeschaltet, mittels welcher Zielsignale entsprechend ihrem Signal-Stör-Verhältnis
(S/N-Verhältnis) dargestellt werden können.
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Die Speicher 110, 111 und 131 weisen eine gleiche Anzahl von Speicherplätzen
auf. Der erste Zwischenspeicher 114 braucht lediglich zwei Speicherplätze aufzuweisen
und kann als Schieberegister ausgebildet sein. In dem Zwischenspeicher 114 wird
dann jeweils der aktuelle Ausgangswert des Integrierers 112 und der jeweils vorhergehende
Ausgangswert des Integrierers 112 abgespeichert. Der weitere Zwischenspeicher 117
weist mindestens drei Speicherplätze auf, in welchen der jeweils aktuelle Ausgangswert
des Dividierers 113 und zwei weitere, dem aktuellen Ausgangswert des Dividierers
113 unmittelbar vorhergehende Ausgangswerte abgespeichert werden. In dem ersten
Zwischenspeicher 114 sind damit zwei aus aufeinanderfolgenden Mittelungen gebildete
Mittelwerte B(e) enthalten, von denen der eine zu dem jeweils aktuellen Empfangswinkel
e und der andere zu dem dem aktuellen Empfangswinkel e unmittelbar vorhergehenden
Empfangswinkel e-de zugehörig ist. In gleicher Weise sind in dem weiteren Zwischenspeicher
117 drei normierte Leistungswerte x(e) enthalten, von denen einer dem aktuellen
Empfangswinkel e, der andere dem dem aktuellen Empfangswinkel e unmittelbar vorhergehenden
Empfangswinkel e-de und der dritte dem dem letzteren wiederum vorhergehenden Empfangswinkel
e-2de zugeordnet ist.
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Die Adressiereinrichtung 126 ist über einen Steuerkanal 132 und die
Entscheidungslogik 118 über einen Steuerkanal 133 mit dem ersten Speicher 110 verbunden.
Bei aktivierter Adressiereinrichtung 126 wird über den Steuerkanal 132 eine Umadressierung
der Speicherplätze des ersten Speichers 110 durchgeführt. Diese Umadressierung
erfolgt
in der Weise, daß der weitere Informationsaufruf wiederum bei einem Speicherplatz
beginnt, in welchem die Information abgespeichert ist, die einem Empfangswinkel
zugeordnet ist, der gegenüber dem aktuellen Empfangswinkel e um ein halbes Umgebungs-
oder IntegrationsintervallgO-Ae zu kleineren Empfangswinkeln hin verschoben ist.
Ist der aktuelle Empfangswinkel ek, so beginnt der weitere Speicheraufruf derjenigen
Information, die dem Winkel #s=#k-#o### zugeordnet ist. Der Steuerkanal 133 führt
bei einer "NEIN"-Entscheidung der Entscheidungslogik 118 ein Steuersignal, welches
den Aufruf des jeweils nächstfolgenden Speicherplatzes bewirkt.
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Die Entscheidungslogik 118, die entsprechend Fig. 3 aufgebaut sein
kann, weist ebenfalls insgesamt drei Vergleichsschwellen auf. Die erste Vergleichsschwelle
entspricht wiederum der Erwartungsschwelle DS. Die zweite und dritte Vergleichs
schwelle dienen der Prüfung auf Vorhandensein des relativen Maximums. Ist der aktuelle
Empfangswinkel ek, so entspricht die dritte Vergleichsschwelle der dem jeweils aktuellen
Empfangswinkel ek zugeordneten normierten Leistung X(#k) und die zweite Vergleichsschwelle
der normierten Leistung X(#k-2), die dem Empfangswinkel #k-2=#k-2## zugeordnet ist,
der dem dem aktuellen Empfangswinkel e vorhergehenden Empfangswink kel #k-1=#k-##
unmittelbar vorausgegangen ist.
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Die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung bzw. Schaltungsanordnung
ist wie folgt: In den beiden Speichern 110 und 111 ist wiederum die Empfangsleistung
P1(#) in Zuordnung zu den zugehörigen Empfangswinkeln e abgespeichert. Wir nehmen
an, daß der gerade aktuelle Empfangswinkel e1 ist. Die im Speicher 110 enthaltene
Information der Leistung P1(#1) wird dem Dividierer 113 zugeführt. Im Integrierer
112 wird zugleich
der Mittelwert der Empfangsleistung P (e) im
Umgebungsintervall 2£o-aE unter Berücksichtigung der Mittelung 0 lücke 2 e für den
Empfangswinkel e1 gebildet, wobei zur Vereinfachung der aus der vorhergehenden Mittelung
für den Empfangswinkel 81-4e vorhandene Mittelwert in der Weise herangezogen wird,
daß am oberen Ende des Umgebungs-oder Integrationsintervalls ein neuer Leistungswert
hinzuaddiert und am unteren Ende des Umgebungs- oder Integrationsintervalls ein
bereits berücksichtigter Leistungen wert in Abzug gebracht wird. Der am Ausgang
des Integrierers anstehende Mittelwert P1(e1) wird einerseits der Informations-Eingabe
des Zwischenspeichers 114 zugeführt und andererseits dem zweiten Eingang des Dividierers
113.
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Im Zwischenspeicher 114 sind damit zwei Informationen gespeichert,
und zwar der Mittelwert P 1(e1) und der Mittelwert P (8-bB), der dem dem aktuellen
Empfangswinkel e1 unmittelbar vorhergehenden Empfangswinkel el-ti zugeordnet ist.
Letzterer befindet sich an dem Speicherplatz, dessen Inhalt bei Aufruf durch die
Adressiereinrichtung 126 über die Informationsleitung 29 in den ersten Speicher
110 überschrieben wird.
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Im Dividierer 113 wird nunmehr die normierte Leistung X1(#1) als Quotient
aus P1(#1) und B1(#1) gebildet und in dem weiteren Zwischenspeicher 117 abgelegt.
Der weitere Zwischenspeicher 117, der ebenfalls wie der Zwischenspeicher 114 als
Schieberegister ausgebildet sein kann, enthält in seinen drei Speicherplätzen nunmehr
die Informationen X1(#1), X1(#1-##) und X1(#1-2##). Diese drei gespeicherten Informationen
werden nunmehr der Entscheidungslogik 118 zugeführt, wobei die erst- und letztgenannte
zwei Vergleichs schwellen der Entscheidungslogik 118 bilden. Die Information x1
(e1-fle) wird nunmehr mit den drei Vergleichsschwellen verglichen. Werden diese
überschritten, so gibt die Entscheidungslogik 118 eine "JA"-Entscheidung aus, und
über den Steuerkanal 125 wird
die Adressiereinrichtung 126 aktiviert.
Die Adressiereinrichtung 126 veranlaßt nunmehr über die Adressenleitungen 127 und
128 das Überschreiben der Speicherinformation B1(e1-e) aus dem Zwischenspeicher
114 in den Speicher 110 und dort in Zuordnung zu dem Empfangswinkel Gl. 1 Der Speicher
110 enthält nunmehr nicht mehr die ursprüngliche Empfangsleistung P1(e)' sondern
die im Empfangswinkel e1 modifizierte Leistung P2(e), wie sie beispielsweise in
dem obersten Diagramm der Fig. 5 dargestellt ist.
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Zugleich veranlaßt die Adressiereinrichtung 126 über den Steuerkanal
132 die vorerwähnte Umadressierung des Speichers 110. Ein neuer Abruf des Speicherinhalts
erfolgt dann nunmehr an dem Speicherplatz,der dem Empfangswinkel #3=#1-#o### zugeordnet
ist, wie es in dem genannten Diagramm angedeutet ist. Der vorstehend beschriebene
Vorgang wiederholt sich nunmehr in gleicher Weise für den Empfangswinkel e3.
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Während des vorstehend beschriebenen Ablaufs wird zugleich im weiteren
Dividierer 115 die normierte Empfangsleistung x1(91) durch Quotientenbildung aus
der im Spei-11 cher 111 gespeicherten Empfangsleistung P1(s) und der jeweils für
den aktuellen Empfangswinkel 81 geschätzten Störleistung B1(e)ermittelt und in dem
dritten Speicher 131 abgelegt. In dem Speicher 131 sind alle bis dahin für den jeweiligen
Empfangswinkel e ermittelten Leistungswerte der normierten Empfangsleistung X1(#)
abgespeichert.
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Auch während der nun in gleicher Weise ablaufenden Folgeschritte für
den Empfangswinkel 9 wird im Dividierer 115 3 die normierte Empfangsleistung für
den Empfangswinkel 93 gebildet, und zwar hier durch Quotientenbildung aus P (8 )
und dem Mittelwert B2(83), der aus der modifi-13 23 zierten Leistung P2 (9) durch
Integration ermittelt worden ist. Dieser normierte Leistungswert X2(#3) wird in
den
Speicher 131 in den dem Empfangswinkel #3 zugeordneten Speicherplatz
eingeschrieben. Die hier bereits abgespeicherte Information X1(#3) aus einem früheren
Rechendurchlauf wird überschrieben. Gibt die Entscheidungslogik 118 am Ende aller
Folgeschritte eine "NEIN"-Entscheidung, so wird über den Steuerkanal 113 der nächste
Speicherplatz, der dem Empfangswinkel 03+49 zugeordnet ist, aufgerufen und in gleicher
Weise abgearbeitet wie vorstehend beschrieben.
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Wird z.B. nach Abarbeitung der einem Winkel 92 zugeordneten Werte
von der Entscheidungslogik 118 wiederum eine "JA"-Entscheidung ausgegeben, so wiederholt
sich der Vorgang, wie zu dem Empfangswinkel 1 beschrieben. Die Integration beginnt
erneut bei einem Winkel e4, wie z.B.
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in dem obersten Diagramm der Fig. 6 angedeutet ist. Die Integration
wird also nur in dem Bereich wiederholt, in welchem die geschätzte Störleistung
wegen Vorhandensein eines Zielsignals nicht richtig ermittelt worden ist.
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Die übrigen Bereiche, in welchen ohnehin die Störleistung richtig
geschätzt worden ist, wird hier - im Gegensatz zu der Schaltungsanordnung in Fig.
1 - nicht erneut der Integration unterzogen. Eine wesentliche Zeitersparnis bei
der Berechnung der normierten Leistung und Darstellung der Zielsignale wird damit
erzielt. Wenn alle Empfangssignale e abgearbeitet sind und alle Speicherplätze des
dritten Speichers 131 belegt sind, wird der gesamte Speicherinhalt in der Anzeigevorrichtung
116 dargestellt.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Auch ist die Erfindung nicht ausschließlich für den angegebenen Verwendungszweck
brauchbar. Vielmehr kann die Erfindung gleich vorteilhaft zur Darstellung von Spektren
periodischer Signale, die durch farbiges Rauschen gestört sind, verwendet werden.
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Dabei können die Kurzzeit-Leistungsspektren der gestörten Signale
durch die Erfindung so aufbereitet werden, daß in einem Spektrogramm die Linienmuster
des periodischen Signals gut erkennbar sindv
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