DE69211251T2

DE69211251T2 - Digitale Wobleroszillatorsysteme

Info

Publication number: DE69211251T2
Application number: DE1992611251
Authority: DE
Inventors: Stephen Maxwell Parkes
Original assignee: Matra Marconi Space UK Ltd
Current assignee: Airbus Defence and Space Ltd
Priority date: 1991-08-14
Filing date: 1992-07-30
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-07-31
Also published as: EP0528565A3; EP0528565A2; DE69211251D1; EP0528565B1; GB9117533D0

Description

DIGITALE PULSKOMPRESSIONSGENERATORSYSTEME

Diese Erfindung betrifft digitale Pulskompressionsgenerator- systeme.
Digitale Pulskompressionsgenerierung ist eine bekannte Technik zum Erzeugen linearer, frequenzmodulierter (LFM) Signale, die weit in Radar- und Sonaranwendungen verwendet wird. Ein herkömmlicher digitaler Pulskompressionsgenerator ist in Fig. 1 der begleitenden zeichnungen gezeigt. Er umfaßt einen Frequenzakkumulator 10, einen Phasenakkumulator 12, Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen 14 und Digital/Analog- Wandler (DAC) 16. Die Frequenz- und Phasenakkumulatoren 10 und 12 sind n-Bit-Akkumulatoren. Derartige Generatoren weisen eine begrenzte Leistungsfähigkeit bezüglich Bandbreiten/Taktgeschwindigkeit auf, und es ist ein Ziel dieser Erfindung, einen digitalen Pulskompressionsgenerator zu schaffen, in welchem die Leistungsfähigkeit verbessert ist.
EP-A-0 078 588 offenbart einen digitalen Signalgenerator, welcher eine Vielzahl von parallelen Sinusgeneratoren umfaßt, deren Ausgänge in Sequenz oder ineinandergeschachtelt ausgewählt werden, um ein zusammengesetztes Signal zu produzieren, das die Wellenform darstellt, die synthetisiert wird. Frequenz- und Phasenmodulation der synthetisierten Wellenform kann implementiert werden, indem die Modulationsinformation hinzugefügt wird, bevor die Ausgänge selektiv gekoppelt werden, aber es gibt keinen Bezug auf die Erzeugung linearer, frequenzmodulierter Signale.
Gemäß dieser Erfindung ist ein digitales Pulskompressionsgeneratorsystem vorgesehen mit:
einer Vielzahl von digitalen Pulskompressionsgeneratorelementen mit jeweils einem Frequenzakkumulator, der ein Eingangstor und ein Ausgangstor umfaßt, einem Multiplizierer oder Schieber, der ein Eingangstor, das an das Ausgangstor des Frequenzakkumulators gekoppelt ist, und ein Ausgangstor, das an das Eingangstor eines Phasenakkumulators gekoppelt ist, umfaßt, wobei jedes der digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente betreibbar ist, um an den jeweiligen Ausgangstoren der Phasenakkumulatoren eine Vielzahl von Phasenabtastungen zu produzieren, und Mitteln zum Verschachteln der Phasenabtastungen mit Phasenabtastungen von dem oder jedem anderen digitalen Pulskompressionsgeneratorelement, um eine Sequenz von Phasenabtastungen zu liefern, die ein Pulskompressionssignal darstellt.
Die Erfindung kann auf verschiedenen Wegen ausgeführt werden und eine Ausführungsform davon mit bestimmten Variationen wird nun lediglich beispielhaft beschrieben, wobei Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen wird, in welchen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen digitalen Pulskompressionsgenerators ist;
Fig. 2 ein gesamtes, schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines parallelen, digitalen Pulskompressionsgeneratorsystems gemäß der Erfindung ist;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines digitalen Pulskompressionsgeneratorelements zur Verwendung in dem System von Fig. 2 ist;
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines parallelen, digitalen 4-Element-Pulskompressionsgenerators gemäß der Erfindung ist, und
Fig. 5 eine Ansicht eines digitalen Pulskompressionsgeneratorelements zur Verwendung in einer alternativen Initialisierungsroutine ist.
Das digitale Pulskompressionsgeneratorsystem umfaßt vorzugsweise einen Verschachtelungsschaltkreis, Sinus/Cosinus- Nachschlagtabellen und Digital/Analog-Wandler. Der Verschachtelungsschaltkreis kann bei verschiedenen Stufen angeordnet sein. Er kann vor den Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen oder nach den Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen und vor den Digital/Analog-Wandlern oder nach den Digital/Analog-Wandlern angeordnet sein, oder er kann teilweise vor den Sinus/ Cosinus-Nachschlagtabellen, teilweise vor den Digital/Analog-Wandlern und teilweise nach den Digital/Analog-Wandlern verteilt sein.
Das digitale Pulskompressionsgeneratorsystem umfaßt vorzugsweise Mittel zum Zuführen eines Inkrementwerts m.r zu einem Eingangstor des Frequenzakkumulators, Mittel zum Zuführen eines Werts (m-1).m.r/2 zu einem Eingangstor des Phasenakkumulators, und der Multiplizierer oder Schieber multipliziert vorzugsweise den Wert mit m, der dem Eingangstor des Multiplizierers oder Schiebers präsentiert wird, wobei m die Anzahl von digitalen Pulskompressionsgeneratorelementen in der Vielzahl und r die Rampenrate oder das Frequenzinkrement ist.
Der digitale Pulskompressionsgenerator umfaßt vorzugsweise Mittel zum Initialisieren der Phasen- und Frequenzakkumulatoren mit geeigneten Werten.
Der digitale Pulskompressionsgenerator kann in einer Initialisierungskonfiguration angeordnet sein und Mittel zum Laden der Phasen- und Frequenzakkumulatoren der digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente mit einem Anfangswert und Mittel umfassen, um dann die Akkumulatoren selektiv zu takten und somit die erforderlichen Startfrequenz- und Startphasenwerte für jedes digitale Pulskompressionsgeneratorelement zu liefern.
Die Initialisierungswerte können für das k-te digitale Pulskompressionsgeneratorelement einen Wert von f+(k-1)r für den Frequenzakkumulator und einen Wert von p+(k-1)f+(k-1) (k-2)r/2 für den Phasenakkumulator umfassen, worin p und f die Anfangsphasen- bzw. Frequenzwerte und r die Rampenrate oder das Frequenzinkrement sind.
Die dargestellte Ausführungsform weist mehrere digitale Pulskompressionsgeneratorschaltkreise auf, welche parallel zusammenarbeiten. Die Ausgänge der digitalen Pulskompressionsgeneratoren sind ineinandergeschachtelt, um ein Pulskompressionssignal zu liefern, welches eine verbesserte Bandbreite im Vergleich mit dem Pulskompressionssignal von einem einzigen digitalen Pulskompressionsgenerator aufweist. Nachstehend wird auf jeden der digitalen Pulskompressionsgeneratoren als ein digitales Pulskompressionsgeneratorelement Bezug genommen und auf das Gesamtsystem wird als ein paralleler, digitaler Pulskompressionsgenerator Bezug genommen.
Ein derartiger paralleler, digitaler Pulskompressionsgenerator ist in Fig. 2 gezeigt. Er umfaßt mehrere digitale Pulskompressionsgeneratorelemente, in diesem Beispiel vier derartige Elemente 18&sub1; bis 18&sub4;, einen Verschachtelungsschaltkreis 20, Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen 22, 24 und ein Paar Digital/Analog-Wandler (DAC) 26, 28. Ein Haupttaktsignal (nicht gezeigt) steuert alle digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente 18&sub1; bis 18&sub4; an, so daß sie alle ihre Ausgangssignale gleichzeitig produzieren. In diesem Beispiel werden die Ausgänge der parallelen, digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente vor den Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen ineinandergeschachtelt.
Das erste digitale Pulskompressionsgeneratorelement 18&sub1; wird die erste Ausgangsabtastung, das zweite digitale Pulskompressionsgeneratorelement 18&sub2; die zweite Abtastung produzieren und so weiter, wobei das m-te digitale Pulskompressionsgeneratorelement die m-te Abtastung produzieren wird. All diese Ausgänge werden gleichzeitig an den Ausgängen der m digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente erhältlich sein. Zum Zeitpunkt T werden diese Signale parallel zu dem Verschachtelungsschaltkreis 20 übertragen.
Zum Zeitpunkt 2T werden die Ausgangsabtastungen m+1, m+2, ..., 2m durch die digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente produziert und zu dem Verschachtelungsschaltkreis 20 übertragen. Im allgemeinen werden zum Zeitpunkt NT die digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente 18&sub1; bis 18&sub4; Abtastungen (N-1)m+1, (N-1)m+2, ....Nm-1,Nm produzieren.
Der Verschachtelungsschaltkreis 20 nimmt alle m digitalen Phasenwerte von den m digitalen Pulskompressionsgeneratorelementen 18&sub1; bis 18&sub4; parallel auf und leitet sie nacheinander in der richtigen Sequenz zu den Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen 22, 24 und DAC 26, 28.
Eine alternative Realisierung könnte den Verschachtelungsschaltkreis hinter den DAC anordnen. Dann würde der Verschachtelungsschaltkreis die Form einer Reihe von analogen Schaltern annehmen, welche einzeln aktiviert werden, um die Signale von mehreren DAC in ein einziges analoges Signal mit hoher Bandbreite zu verschachteln. Des weiteren kann die Verschachtelungsfunktion bei verschiedenen Teilstufen stromabwärts von den digitalen Pulskompressionsgeneratcrelementen 18&sub1; bis 18&sub4; verteilt werden.
Nun wird mit Bezug auf die Form der digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente ein normaler digitaler Pulskompressionsgenerator, dessen Frequenz- und Phasenregister mit f bzw. p initialisiert sind, die folgende Sequenz von Phasenwerten generieren :-Zeit Frequenz Phase
wobei r die Rampenrate oder das Frequenzinkrement ist, das in den Frequenzakkumulator eingespeist wird, f der Anfangsfrequenzwert und p der Anfangsphasenwert ist.
Wenn es m parallele Pulskompressionsallgemeinelemente gibt, wird dann das erste jeden m-ten Phasenwert generieren müssen, d.h. Zeit Nr. verschachtelte Abtastung Frequenz Phase
Das zweite Pulskompressionsgeneratorelement wird jeden m-ten Wert generieren müssen, wobei es bei dem zweiten Phasenwert startet, d.h. Zeit Nr. verschachtelte Abtastung Frequenz Phase
Im allgemeinen wird das K-te Pulskompressionsgeneratorelement (wobei K ≤ m) die folgenden Phasenwerte aufweisen Zeit Nr. verschachtelte Abtastung Frequenz Phase
Das K-te Pulskompressionsgeneratorelement muß Phasenabtastungen produzieren, welche bei der K-ten Phasenabtastung starten und m Abtastungen voneinander beabstandet sind.
Nun befindet sich die nächste Abtastung, die das K-te Pulskompressionsgeneratorelement generieren muß, am Zeitpunkt n+1.
Der Frequenzwert ist dann
So beträgt der Frequenzwert für das K-te Pulskompressionsgeneratorelement zum Zeitpunkt n+1 das m-fache der Rampenrate (r), die zum vorhergehenden Frequenzwert des K-ten Pulskompressionsgenerators addiert wird.
Der Phasenwert des K-ten Pulskompressionsgeneratorelements zum Zeitpunkt n+1 ist gegeben durch
So beträgt der Phasenwert für das K-te Pulskompressionsgeneratorelement zum Zeitpunkt n+1 das m(m-1)/2-fache der Rampenrate plus dem m-fachen des vorhergehenden Frequenzwertes des K-ten Pulskompressionsgeneratorelements plus dem vorhergehenden Phasenwert des K-ten Pulskompressionsgeneratorelements.
Die digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente 18&sub1; bis 18&sub4; können, wie in Fig. 3 gezeigt, aufgebaut sein. Sie umfassen jeweils einen Frequenzakkumulator 30, der aus einem Addierer 32 plus einem Register 34 besteht, einen Mal-m-Multiplizierer 36 (oder äquivalente Schiebefunktion, wenn m eine Potenz von zwei ist), und einen Phasenakkumulator 38, der aus einem Addierer 40 plus einem Register 42 besteht. Dem Frequenzakkumulator 30 wird das m-fache der notwendigen Rampenrate (mr) eingespeist. Der Ausgang des Frequenzakkumulators 30 wird mit m multipliziert und zu dem Phasenakkumulator 38 weitergeleitet, wo er zu dem vorhergehenden Phasenwert und zu einem Extraausdruck m(m-1)r/2 addiert wird.
Wenn ein Pulskompressionsgeneratorelement 18K initialisiert wird, ist der Frequenzakkumulator 30 mit f+(K-1)r und der Phasenakkumulator 38 mit p+(K-1)f+(K-1) (K-2)r/2 vorgeladen.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 4 ein Beispiel eines parallelen, digitalen Pulskompressionsgenerators mit vier parallelen, digitalen Pulskompressionsgeneratorelementen 18&sub1; bis 18&sub4; beschrieben, um die geeigneten Vorladewerte für die Frequenz- und Phasenakkumulationen zu zeigen.
Eine Parallel-Eingangs-Dreifach-Video-DAC-Einrichtung 44 wird in diesem Beispiel verwendet, um den Verschachtelungsschaltkreis 20, Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen und DAC vorzusehen. Der Video-DAC enthält einen Signalspeicher 46 und einen Multiplexer 48, welche die erforderliche Abtastungsverschachtelung implementieren, einen 256 x 24-Bit-Farb-Nachschlagtabellenspeicher 50, welcher verwendet werden kann, um die erforderliche Sinus/Cosinus-Nachschlagtabelle zu implementieren, und drei DAC 52. Die Nachschlagtabelle 50 ist in einem Direktzugriffsspeicher (RAM) implementiert und muß mit der erforderlichen Übertragungsfunktion während der Systeminitialisierung programmiert werden. Der 24-Bit-Ausgang der Nachschlagtabelle speist drei parallele DAC 52. Nur zwei von diesen DAC werden in diesem Beispiel verwendet, einer für den Sinusausgang und einer für den Cosinusausgang.
Ein Haupttaktgeber (nicht gezeigt) wird verwendet, um alle Register in dem parallelen Pulskompressionsgenerator gleichzeitig zu takten, und simultan Daten von den vier Phasenausgängen in den Eingang des Dreifach-Video-DAC 44 zu übertragen.
Alle vier parallelen, digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente 18&sub1; bis 18&sub4; werden mit der vierfachen der erforderlichen Rampenrate (4r) gespeist. Der Ausgang des Frequenzakkumulators 30 wird mit Vier multipliziert, indem sein Ausgang um zwei Bits nach oben verschoben wird (eine einfache Beschaltungsoperation). Der Extraeingang zu dem Phasenakkumulator 38 beträgt das sechsfache der erforderlichen Rampenrate (6r).
Die Frequenz- und Phasenakkumulatoren 30, 38 von jedem der vier digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente 181 bis 184 werden mit geeigneten Werten initialisiert, wie in Fig. 4 gezeigt. Eingangsmultiplexer 54 sind zwischen dem Addierer 32, 40 und dem Register 34, 42 in sowohl den Frequenz- als auch Phasenakkumulatoren 30, 38 angeordnet. Diese Multiplexer wählen den erforderlichen Vorladewert aus, wenn ein VORLADEAUSWAHL-Signal geltend gemacht wird. Dann werden bei dem nächsten Taktpuls die erforderlichen Vorladewerte in die Frequenz- und Phasenregister getaktet. Ein unterschiedliches Paar Initialisierungswerte ist für jedes digitale Pulskompressionsgeneratorelement erforderlich.
Nach Fig. 5 ist eine alternative Annäherung an die Initialisierung der vier parallelen/digitalen Pulskompressionsgeneratoren 18&sub1; bis 18&sub4;, alle davon mit der erforderlichen Startfrequenz f und Startphase p zu laden. Das vierfache Frequenzinkrement (4r) an dem Frequenzakkumulator 30 wird durch das Frequenzinkrement (r) unter Verwendung eines Multiplexers 56 ersetzt. Der Mal-Vier-Multiplizierer 36 nach dem Frequenzakkumulator 30 und der Extraeingang (6r) zu dem Phasenaddierer 40 werden durch jeweilige Multiplexer 58 und 60 gesperrt. Der erste parallele Pulskompressionsgenerator 18&sub1; ist bereits initialisiert - er enthält f in dem Frequenzakkumulator und p in dem Phasenakkumulator. Dem zweiten Pulskompressionsgenerator 182 wird ein Taktpuls gegeben, um ihn zu initialisieren, (wobei f+r in Frequenzakkumulation und p+f in Phasenakkumulation gegeben werden); dem dritten parallelen Pulskompressionsgenerator 18&sub3; werden zwei Taktpulse gegeben (wobei f+2r in Frequenzakkumulation und p+2f+r in Phasenakkumulation gegeben werden), und dem vierten 18&sub4; werden drei Taktpulse gegeben (wobei f+3r in Frequenzakkumulation und p+3f+3r in Phasenakkumulation gegeben werden. Dies führt dazu, daß alle vier parallelen Pulskompressionsgeneratoren 18&sub1; bis 18&sub4; richtig initialisiert werden. Die Multiplexer 54, 56 und 58 werden so geschaltet, daß die aktive Konfiguration von Fig. 4 nun wiederaufgenommen wird, und die parallele Pulskompressionserzeugung beginnen kann.

Claims

1. Ein digitales Pulskompressionsgeneratorsystem mit: einer Vielzahl von digitalen Pulskompressionsgeneratorelementen (18&sub1;...18n) mit jeweils einem Frequenzakkumulator (30), der ein Eingangstor und ein Ausgangstor umfaßt, einem Multiplizierer oder Schieber (36), der ein Eingangstor, das an das Ausgangstor des Frequenzakkumulators gekoppelt ist, und ein Ausgangstor, das an das Eingangstor eines Phasenakkumulators (38) gekoppelt ist, umfaßt, wobei jedes der digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente betreibbar ist, um an den jeweiligen Ausgangstoren der Phasenakkumulatoren (38) eine Vielzahl von Phasenabtastungen zu produzieren, und Mitteln zum Verschachteln der Phasenabtastungen mit Phasenabtastungen von dem oder jedem anderen digitalen Pulskompressionsgeneratorelement (18&sub1;...18n), um eine Sequenz von Phasenabtastungen zu liefern, die ein Pulskompressionssignal darstellt.

2. Ein digitales Pulskompressionsgeneratorsystem nach Anspruch 1, welches einen Verschachtelungsschaltkreis (20), Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen (22, 24) und Digital/Analog-Wandler (26, 28) umfaßt.

3. Ein digitaler Pulskompressionsqenerator nach Anspruch 2, worin der Verschachtelungsschaltkreis (20) sich vor den Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen (22, 24) befindet.

4. Ein digitaler Pulskompressionsgenerator nach Anspruch 2, worin der Verschachtelungsschaltkreis (20) sich hinter den Sinus/Cosinus-Nachschlagtabellen (22, 24) und vor den Digital/Analog-Wandlern (26, 28) befindet.

5. Ein digitaler Pulskompressionsgenerator nach Anspruch 2, worin der Verschachtelungsschaltkreis (20) sich hinter den Digital/Analog-Wandlern (26, 28) befindet.

6. Ein digitaler Pulskompressionsgenerator nach Anspruch 2, worin der Verschachtelungsschaltkreis (20) teilweise vor den Sinus/cosinus-Nachschlagtabellen (22, 24), teilweise vor den Digital/Analog-Wandlern (26, 28) und teilweise hinter den Digital/Analog-Wandlern (26, 28) verteilt ist.

7. Ein digitales Pulskompressionsgeneratorsystem nach einem vorhergehenden Anspruch mit Mitteln zum Zuführen eines Inkrementwerts m.r zu einem Eingangstor des Frequenzakkumulators (30), Mitteln zum Zuführen eines Werts (m-1).m.r/2 zu einem Eingangstor des Phasenakkumulators (38), und worin der Multiplizierer oder Schieber (36) den Wert mit m multipliziert, der dem Eingangstor des Multiplizierers oder Schiebers (36) präsentiert wird, worin m die Anzahl von digitalen Pulskompressionsgeneratorelementen in der Vielzahl und r die Rampenrate oder das Frequenzinkrement ist.

8. Ein digitaler Pulskompressionsgenerator nach einem vorhergehenden Anspruch mit Mitteln zum Initialisieren der Phasen- und Frequenzakkumulatoren (30, 38) mit geeigneten Werten.

9. Ein digitaler Pulskompressionsgenerator nach einem vorhergehenden Anspruch, der betreibbar ist, um in einer Initialisierungskonfiguration angeordnet zu werden, und Mittel zum Laden der Phasen- und Frequenzakkumulatoren (30, 38) der digitalen Pulskompressionsgeneratorelemente (18&sub1;...18n) mit einem Anfangswert und Mittel umfaßt, um dann die Akkumulatoren (30, 38) selektiv zu takten, um die erforderlichen Startfrequenz- und Startphasenwerte für jedes digitale Pulskompressionsgeneratorelement (18&sub1;...18n) zu liefern.

10. Ein digitaler Pulskompressionsgenerator nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, worin die Initialisierungswerte für das k-te digitale Pulskompressionsgeneratorelement einen Wert von f+(k-1)r für den Frequenzakkumulator (30) und einen Wert von p+(k-1)f+(k-1) (k-2)r/2 für den Phasenakkumulator umfassen, worin p und f die Anfangsphasen- bzw. -frequenzwerte und r die Rampenrate oder das Frequenzinkrement sind.