DE977823C - Sendegenerator treppenfoermig frequenzmodulierter Impulse - Google Patents

Description

AUSGEGEBENAM 11. FEBRUAR 1971

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sendegenerator treppenförmig frequenzmodulierter Impulse für Radargeräte mit Echpitnpulskompression und/oder Autokorrplatipn unter Verwendung einer Reihe vpn unmittelbar nacheinander aufgetasteten Oszillatoren.

bekanntlich wird die Impulskompression bei Radargeräten angewendet, um. ohne übermäßig große Sendespitzenleistung ernpfangsseitig sehr kurze Echoimpujse imd damit ein großes Entfernungsauflösungsvermögen zu erzielen. Zu diesem Zweck werden frequenzmqdulierte Sendeimpulse ausgesendet, und die empfangenen Echoimpulse werden durch ein Filter mit frequenzabhängiger Laufzeit geschickt. Der Verlauf der Frequenzmodulation muß der Filterkennlinie angepaßt sein; wenn die Filterkennlinie linear ist, muß auch die Frequenzmodulation eine lineare Funktion der Zeit sein. Auf jeden Fall müssen die Augenblicksfrequenzen der frequenzmodulierten Impulse mit um so größerer Genauigkeit eingehalten werden, je größer der gewünschte Kompressionsgrad ist.

Auch bei Radargeräten mit Autokorrelation werden frequenzmodulierte Impulse ausgesendet, wobei jecjoch die Frequenzmodulation meist nicht linear ist, sondern vorzugsweise einer ungeraden Funktion in der Weise entspricht, daß auch die Autokorrelationsfunktion des Signals eine ungerade Funk-

009 637/1

tion ist. Dadurch läßt sich eine sehr genaue Entfernungsmessung des Ziels erreichen.

Bei großer Anforderung an die Genauigkeit kann die Frequenzmodulation nicht mehr durch einfache Veränderung eines frequenzabhängigen Parameters erfolgen. Es ist bekannt, eine größere Genauigkeit dadurch zu erzielen, daß ein treppenförmig frequenzmodulierter Impuls durch Aneinanderfügen mehrerer E'inzelimpulse mit konstanter Frequenz

ίο gebildet wird, beispielsweise durch Verwendung von mehreren Oszillatoren, von denen jeder auf eine bestimmte Frequenz eingestellt ist und die nacheinander angeschaltet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch in diesem Fall ein großer Kompressionsgrad des Impulses nur dann erhalten werden kann, wenn bestimmte Phasenbeziehungen der zusammenzufügenden Einzelimpulse eingehalten sind.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer

ao Anordnung der eingangs angegebenen Art, die es ermöglicht, treppenförmig frequenzmodulierte Impulse zu erzeugen, bei denen an* den Übergängen zwischen den Stufen die erforderlichen Phasenbeziehungen mit großer Genauigkeit eingehalten sind.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Oszillatoren derart von einer gemeinsamen Bezugsfrequenz gesteuert sind, daß ihre Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Bezugsfrequenz sind und daß die Auftastzeit jedes Oszillators ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Oszillatorschwingung ist.

Die Erfindung ergibt die Wirkung, daß sich die von den verschiedenen Oszillatoren gelieferten Impulsabschnitte, die .zur Bildung des frequenzmodulierten Impulses zeitlich nacheinander zusammengefügt werden, stets die richtigen Phasenbeziehungen haben, so daß an den Übergängen keine Phasenfehler auftreten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Diese zeigt das Blockschaltbild eines nach der Erfindung ausgeführten Sendegenerators.

Bei dem dargestellten Sendegenerator wird eine bestimmte Anzahl von, einzelnen Oszillatoren verwendet, die auf vorbestimmte feste Frequenzen eingestellt sind. Diese Frequenzen sind so gewählt, daß bei Wiedervereinigung aller von den verschiedenen Oszillatoren abgegebenen Frequenzen unter

5.0 Einhaltung bestimmter Vorkehrungen der gewünschte frequenzmodulierte Impuls erhalten wird, dessen Frequenzmodulation zeitlich dem vorgeschriebenen Verlauf folgt. Aus diesem Grund ist es offensichtlich erforderlich, einerseits die Frequenzen der verwendeten Oszillatoren und andererseits den Zeitpunkt und die Dauer ihrer Anwendung zu bestimmen. Diese Bestimmung kann auf mathematischem Weg näherungsweise durchgeführt werden. • Wenn die Frequenz dem durch den Ausdruck

/=9>(0

OO

gegebenen Gesetz in dem'Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₀ rjt- T folgt, wird der erste Oszillator während des Zeitintervalls aufgerufen, das zwischen t₀ und t₀ + X₁ enthalten ist. Während dieses Zeitintervalls muß sich die Frequenz normalerweise um den Wert

\<pQo)~<PQo

I Xi

(3)

woraus die Mittelfrequenz des ersten Oszillators folgendermaßen definiert werden kann:

/1 —

φ Qo) + ψ Qo

(4)

φ Ito +

+ φ Ito + JT r_n

(5)

während des Zeitintervalls;

t₀+^r_n bis I₀ + ^

X<n

- φ

'ψ Qo "T" Tl) I (²)

ändern. Nun kann eine Augenblickfrequenz nicht mit einer Genauigkeit von mehr als b = — definiert werden, wenn man über eine Beobachtungszeit χ verfügt. Daraus ist abzuleiten, daß die Be- Stimmung der in der Gleichung (2) erscheinenden Zeit X₁ durch folgenden Ausdruck gegeben ist:

Dieser erste Oszillator wird an einen gemeinsamen Verbraucherkreis während des Zeitintervalls von i₀ bis t₀ + X₁ angeschlossen.

Es läßt sich nun schrittweise ein Rekursionsgesetz ableiten, durch welches die Frequenzen der aufeinanderfolgenden Oszillatoren sowie die Zeiten, während welcher jeder dieser Oszillatoren an den gemeinsamen Verbraucherkreis anzuschließen ist, definiert werden können. Der folgende mathematische Ausdruck gilt' für die Mittelfrequenz des Oszillators mit der Ordnungszahl p:

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbild enthält ein Block 1 die Oszillatoren 01, 02 ... ο n, deren feste Frequenzen nach den vorstehenden Angaben bestimmt sind. Diese Oszillatoren werden nacheinander an einen gemeinsamen Verbraucherkreis 2 durch eine Gruppe von Ci, iao C 2 ... Cn angeschlossen, welche in einem Block 3 enthalten sind. Das Anschalten der verschiedenen ' Oszillatoren an den gemeinsamen Verbraucherkreis muß in genau bestimmten Zeitpunkten erfolgen, damit die nacheinander gelieferten Signale sich sichtig in der Weise aneinanderschließen, daß das

' ' am Ausgang erscheinende Gesamtsignal keine Phasenunstetigkeiten aufweist. Die richtige Phasenlage kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, daß die beiden betreffenden aufeinanderfolgenden 5 Oszillatoren während des Zeitintervalls, in welchem ein Oszillator den vorhergehenden ersetzen soll, zur Schwebung gebracht werden. Die Steuerung der Schalter erfolgt beispielsweise durch eine Schaltung 4, welche die Schwebungssignale der paarweise zusammengefaßten Oszillatoren über eine Leitung 5 und Signale, die den Zeiten τ proportional sind, über einen Eingang 6 empfängt und die Steuersignale zu den Schaltern liefert. Damit keine Unstetigkeiten auftreten, ist es notwendig und hinreichend, daß die zuvor angegebenen Zeitwerte X_n ganzzahlige Vielfache des Kehrwertes der Frequenz ilf_n sind.

Aus vorstehenden Angaben lassen sich die Bedingungen ermitteln, welche von der Frequenz er-

ao füllt sein müssen, damit die verschiedenen bisher in Betracht gezogenen Oszillatoren durch einen einzigen von ihnen ersetzt werden können. Wenn man die verschiedenen aufeinanderfolgenden Frequenzen durch Frequenzmodulation erhalten will, genügt es, die erste Frequenz gleich dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der durch die Rechnung ermittelten Frequenzen zu wählen.

Wenn das Rekursionsgesetz, mit welchem die verschiedenen aufeinanderfolgenden Frequenzen ermittelt werden können, verbessert werden soll, bildet man die Summe einer bestimmten Zahl von Signalen, welche mit Hilfe des zuvor angegebenen Näherungsgesetzes bestimmt sind.

Es ist dann gemäß einer anderen Ausführungsform auch möglich, einen Schwingungserzeuger zu bilden, dessen aufeinanderfolgende Frequenzen einem nichtlinearen Gesetz folgen. Diese Frequenzen sind durch die folgende Gleichung verknüpft :

*° fn = /Ί + η b, (7)

Jt*- Jl 1 5 \/ J

welche in dem folgenden Zeitintervall in Betracht zu ziehen ist:

bist₀ + (n + ΐ)τ mit τ

-—
δ

Mit einem ersten Oszillator mit der Frequenz /₀ und einem zweiten Oszillator mit der Frequenz b kann man daher durch Multiplikationen und Mischungen die gewünschten η Frequenzen bilden, die jeweils nacheinander für die Zeitdauer von

-τ- Sekunden abgenommen werden, wobei die

Augenblicksfrequenz durch folgenden Ausdruck gegeben ist:

(8)

Eine bessere Linearität kann auch dadurch erhalten werden, daß η Oszillatoren verwendet werden, deren Frequenzen gegeneinander um — versetzt sind. Diese Oszillatoren werden in den Zeiten

ητ +j> —

angeschlossen, worin sich p von ο bis a-i ändert. Unabhängig von der Sorgfalt, mit welcher die von den verschiedenen Oszillatoren gelieferten Elementarsignale in Phase gebracht werden, können jedoch Phasenfehler bestehenbleiben, so daß das erhaltene endgültige Signal gegenüber dem gewünschten theoretischen Signal Mangel aufweist, die im Rhythmus des Taktes der Umschaltung auftreten. Zur Abschwächung dieses Nachteils kann 80· der beschriebenen Anordnung eine Korrektur- oder Kompensationsschaltung hinzugefügt werden, welche dem erhaltenen Signal eine Phasenmodulation erteilt, die im Takt der Umschaltung erfolgt, und deren Amplitude von Spitzenwert zu Spitzenwert durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

φ = —Βτ.

Darin sind B der Frequenzabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden benachbarten Frequenzen und τ die Zeit, während der die betreffende Frequenz verwendet wird.

Theoretisch würde eine Phasenmodulation mit parabolischer Kennlinie eine strenge Kompensation der Phasenfehler ergeben; in der Praxis ist es jedoch einfacher, eine Modulation mit sinusförmiger Kennlinie anzuwenden, welche keine merklichen Fehler mehr bestehen läßt.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Sendegenerator treppenförmig frequenzmodulierter Impulse für Radargeräte mit Echoimpulskompression und/oder Autokorrelation unter Verwendung einer Reihe von unmittelbar nacheinander aufgetasteten Oszillatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoren derart von einer gemeinsamen Bezugsfrequenz gesteuert sind, daß ihre Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Bezugsfrequenz sind und daß die Auftastzeit jedes Oszillators ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Oszillatorschwingung ist.

2. Sendegenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den gemeinsamen Ausgang der Oszillatoren eine Phasenkorrekturschaltung angeschlossen ist.

3. Sendegenerator nach Anspruch 2, dadurch iao gekennzeichnet, daß die Phasenkorrekturschaltung aus einem Modulator besteht, welcher seinem Eingangssignal eine Phasenmodulation erteilt.

4. Sendegenerator nach Anspruch 3, dadurch las gekennzeichnet, daß der Modulator seinem Ein-

gangssignal eine Phasenmodulation nach einer parabolischen Kennlinie erteilt.

5. Sendegener'ator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeicjinet, daß der Modulator seinem Eingangssignal eine Modulation nach einer sinusförmigen Kennlinie erteilt.

6. Sendegenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, d_;aj die Reihe, vqn Oszillatoren durch einen ein

823 zigen Oszillator mit stufenweise veränderlicher Frequenz ersetzt i§t.

In Betracht gezogene Druckschriften: electronics, 33 (1969), 41 (?. Oktober), S. S3 ¹S

bis'57;

The Be.ll System Technical Journal, 39 (i960),

4(JuIi), S. ΰ|8ό§

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©009 687/1 2.71