DE1102220B - Anordnung zum Schutz gegen Stoerungen in UEbertragungssystemen mit periodisch wiederkehrenden Signalfolgen durch multiplikative Kombination von analogen Signalfolgen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schutz gegen Störungen in Übertragungssystemen mit periodisch wiederkehrenden Signalfolgen durch multiplikative Kombination von analogen Signalfolgen, beispielsweise der Echosignalfolgen eines impulsmodulierten Radargerätes, mit einer Verzögerungsanordnung, in welcher jede Signalfolge um eine Zeitdauer verzögert wird, die gleich der Periode der Signalfolgen ist, und deren Ausgangssignal mit der nächsten Signalfolge in einer Multiplikationsschaltung multipliziert wird.

Es ist bekannt, aus periodisch wiederkehrenden Signalfolgen., die sich von einer Folge bis zur nächsten nicht allzusehr verändern, die Störsignale dadurch zu beseitigen, daß von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Signalfolgen die erste um eine Folgeperiode verzögert und mit der zweiten Signalfolge in einer Koinzidenzschaltung z. B. durch logische Multiplikation verglichen wird. Diese Operation liefert ein Ausgangssignal, in welchem nur die gleichzeitig in den beiden miteinander verglichenen Folgen mit der gleichen Phasenlage enthaltenen Signale vorhanden sind. Da es sehr unwahrscheinlich ist, daß Störsignale in aufeinanderfolgenden Signalfolgen phasengleich wiederkehren, werden sie durch dieses Verfahren eliminiert. Natürlich werden auch Nutzsignale beseitigt, welche nicht in beiden Signalfolgen phasengleich enthalten sind, doch bedeutet dies keinen Nachteil, solange sich der Inhalt der Signalfolgen von einer Folge bis zur nächsten nicht allzusehr ändert.

Die beschriebenen Einrichtungen können bei allen Empfangssystemen verwendet werden, bei welchen periodisch wiederkehrende Signalfolgen empfangen werden. Ein solches Anwendungsgebiet wäre z. B. das Fernsehen. Eine besonders vorteilhafte Anwendung finden sie zur Verbesserung der Empfindlichkeit von impulsbetriebenen Radargeräten. Es ist bekannt, daß bei den üblichen Radargeräten gleichzeitig mit den von den Zielen reflektierten periodischen Echos im Empfänger erratische Störsignale verschiedener Art auftreten, inbesondere solche, die von Störsendern herrühren. Diese Störsignale bestehen einerseits aus einem Grundrauschen mit einem verhältnismäßig konstanten Pegel und andererseits aus Störspitzen mit einer beträchtlich höheren Amplitude, welche besonders unangenehm sind. Ihre Wirkung besteht darin, daß sie auf dem Schirm einer Panoramaanzeige die Erscheinung von falschen Echos hervorrufen, welche nicht immer leicht von den echten zu unterscheiden sind und welche auf jeden Fall die Beobachtung sehr viel schwieriger machen. Ferner hält das ständige Grundrauschen den Kathodenstrahl der Anzeigeröhre dauernd aufrecht, wobei die mittlere Intensität des Kathodenstrahls eine Funktion des mittleren Rausch-

Anordnung zum Schutz gegen Störungen in Übertragungssystemen mit periodisch wiederkehrenden Signalfolgen

durch multiplikative Kombination

von analogen Signalfolgen

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität: Frankreich, vom 2. Mai 1955

Guy Ie Parquier und Andre Detape, Paris, sind als Erfinder genannt worden

pegels ist. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Anordnung verringert, und die Bilder verwischen sich rasch, so daß die Spur der zu entdeckenden beweglichen Ziele verkürzt wird.

Es sind in der Technik zahlreiche Verzögerungseinrichtungen bekannt, welche in der Lage sind, eine Signalfolge für eine Folgeperiode zu speichern. Dabei besteht jedoch stets die Schwierigkeit, die gespeicherten Signale genau phasengleich mit der folgenden Signalfolge wieder abzugeben, während gleichzeitig die zweite Signalfolge ihrerseits gespeichert werden muß, damit sie mit der folgenden (dritten) Signalfolge verglichen werden kann. Bei einfachen Verzögerungsketten ist die Verzögerungszeit konstant und kann nicht an eventuelle Schwankungen der Folgeperiode angepaßt werden. Wollte man die gewünschte Wirkung dagegen beispielsweise mit den allgemein üblichen Kathodenstrahl-Speicherröhren erzielen, so müßte man mehrere Speicherröhren verwenden. Ferner wäre eine relativ komplizierte Synchronisierschaltung erforderlich, um Phasengleichheit der miteinander zu vergleichenden Signalfolgen unabhängig von eventuellen Schwankungen der Folgeperiode zu erreichen. Naturgemäß würde bereits eine geringe Phasenver-

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Schiebung zwischen den miteinander zu vergleichenden Signalen zu einer starken Reduzierung der Nutzsignale führen.

In dem Buch »Storage Tubes and Their Basic Principles« von Knoll und Kazan, 1952, S. 61 bis 65, ist eine Speicherröhre besonderer Art beschrieben, die unter der Bezeichnung »Radechon« bekanntgeworden ist. Diese Speicherröhre enthält ein einziges Strahlsystem, und die Eingabe der zu speichernden Signalfolgen geschieht an der Rückplatte der Signalplatte. Diese Speicherröhre hat die Eigenschaft, daß die Ausgangssignale in jedem Augenblick der Differenz zwischen den gerade eingegebenen Signalen und den im entsprechenden Zeitpunkt der vorhergegangenen Abtastung eingegebenen Signalen entsprechen. Diese Speicherröhre eignet sich offensichtlich nicht ohne weiteres als Verzögerungsanordnung für den oben angegebenen Zweck, weil ihre Ausgangsignale nur noch die Störsignale, und nicht mehr die Nutzsignale enthalten.

Der Erfindungsgedanke beruht nun darauf, diese an sich bekannte Speicherröhre des Typs »Radechon« durch besondere Schaltungsmaßnahmen zur Unterdrückung von Störsignalen in aufeinanderfolgenden analogen Signalfolgen nutzbar zu machen und dadurch die obenerwähnten Nachteile der bisher für diesen Zweck verwendeten Schaltungsanordnungen zu beseitigen.

Dies wird bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß als Verzögerungsanordnung die Kombination einer unter der Bezeichnung »Radechon« an sich bekannten Speicherröhre mit einfachem Strahlsystem und Einschreibung an einer Rückplatte und einer davon getrennten Subtraktionsschaltung verwendet wird, wobei die aufeinanderfolgenden Signalfolgen an die Rückplatte der Speicherröhre angelegt werden, so daß an deren Fangelektrode während der Eingabe einer Signalfolge Signale abgegeben werden, welche der Differenz zwischen den Signalen dieser Folge und den Signalen der vorhergehenden Folge entsprechen, und wobei in der Subtraktionsschaltung die gerade an der Rückplatte eingegebene Signalfolge und die zur gleichen Zeit an der Fangelektrode abgegebene. Signalfolge voneinander subtrahiert werden, und daß die in der Multiplikationsschaltung multiplizierten Signale die gerade an der Rückplatte der Röhre eingegebenen Signale und die gleichzeitig am Ausgang der Subtraktionsschaltung erscheinenden Signale sind.

Durch die von der Röhre getrennte Subtraktionsschaltung wird die ursprüngliche Signalfolge wiederhergestellt, aber mit einer sehr exakten Phasenverschiebung um eine Folgeperiode. Die Kombination der Speicherröhre des Typs »Radechon« und der Subtraktionsschaltung wirkt daher wie eine Verzögerungsanordnung, so daß am Eingang der Multiplikationsschaltung zwei nacheinander empfangene Signalfolgen gleichzeitig und genau gleichphasig zur Verfügung stehen.

Dabei spielen im Gegensatz zu den üblichen Verzögerungsanordnungen geringfügige Schwankungen der Folgeperiode keine Rolle, weil am Ausgang der Subtraktionsschaltung die verzögerte Signalfolge genau sychron mit der Eingabe der nächsten Signalfolge in die Speicherröhre abgegeben wird. Die Verzögerungsanordnung, wirkt also selbstsynchronisierend.

Trotz des geringen schaltungstechnischen Aufwands ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung daher eine wirksamere Beseitigung von Störsignalen und von Rauschsignalspitzen großer Amplitude als die bisher bekannten Anordnungen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Prinzipschaltung der verwendeten Speicherröhren des Typs »Radechon«,

Fig. 2 die Diagramme der Signale in den aufeinanderfolgenden Operationen,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 4 das Schaltbild einer in der Erfindung verwendeten Vorrichtung bekannter Art zur Multiplikation der Signale.

Die Speicherröhre gemäß Fig. 1 besteht im wesentliehen aus der Elektronenkanone 12, einem Ablenksystem, welches die Abtastung der aus einem Dielektrikum bestehenden Auftreffplatte 17 durch den Elektronenstrahl 19 bewirkt, an deren Rückseite die leitende Folie 13, genannt »Signalplatte«, angebracht ist, dem an der Vorderseite der Auftreffplatte befindlichen Gitter 16 und aus der ringförmigen Fangelektrode 11, welche die Sekundärelektronen auffängt.

Das Eingangssignal wird bei 14 an die Signalplatte gelegt. Das Ausgangssignal wird bei 15 abgenommen.

Die Röhre besitzt folgende wesentliche Eigenschaft, welche bei dem Gegenstand der Erfindung ausgenutzt wird:

Das Ausgangssignal entspricht nicht dem Eingangssignal, sondern der Differenz zwischen den Signalen, welche im Verlauf der beiden vorhergehenden Abtastungen an die Signalplatte der Röhre gelegt worden sind.

In Fig. 2 sind die Diagramme der aufeinanderfolgenden Vorgänge dargestellt, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden. Zur besseren Erläuterung, jedoch ohne dadurch die. Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken, soll angenommen werden, daß es sich um ein Radargerät mit panoramischer Darstellung handelt: Eine übliche Radarantenne tastet im Verlauf ihrer Drehung den Raum ab, wobei sie Impulse mit einer bestimmten Impulsfolgeperiode T aussendet. Im allgemeinen empfangen die gleichen Ziele, welche in den nacheinander abgetasteten Bereichen liegen, eine Folge von Impulsen, während das Bündel dieses Ziel einmal überstreicht.

Auf den verschiedenen Diagrammen wurde als

■ Zeitursprung (Zeit Null) der Ursprung eines Sendeimpulses gewählt. Die schraffierten Impulse stellen die Störimpulse dar, während die anderen die Echoimpulse sind.

Das Diagramm I zeigt eine Folge von Signalen, welche vom Empfänger aufgenommen werden. Sie wird der Signalplatte 13 der Speicherröhre von Fig. 1 zugeführt. Die Einschreibung erfolgt mit Hilfe einer Abtastung, welche durch bekannte Einrichtungen mit dem Impulssender synchronisiert ist, derart, daß der Zeitpunkt Null der Abtastung der Aussendung eines Impulses entspricht. Das vom Radargerät ausgesandte Bündel trifft in dem abgetasteten Raum auf eine Reihe von Zielen, welche in verschiedenen Abständen vom Radargerät liegen und welche jeweils dem Empfänger Echosignale, wie z. B. 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, liefern. Diese werden während der ersten Abtastung in die Speicherröhre eingeschrieben, gleichzeitig mit den erratischen Störimpulsen, j. B. 8 und 9, welche im Diagramm schraffiert dargestellt sind. Diese haben offensichtlich auf dem Anzeigeschirm die gleiche Wirkung wie die Echos, sie können jedoch durch die Erfindung beseitigt werden.

Das Diagramm II stellt die dem zweiten Impuls entsprechende Folge dar, welche ihrerseits auf die Signalplatte der Speicherröhre eingegeben wird. Die Einschreibung dieser Folge ist gegenüber der ersten um die Impulsfolgeperiode T verschoben. Es wird angenommen, daß das ausgestrahlte Bündel, welches diesem zweiten Impuls entspricht, die gleichen Ziele wie das erste trifft, außer das Ziel, welches im Diagramm dem Echo 2 entspricht und welches sich in diesem Augenblich nicht mehr im Bündel befindet. Es werden also dieses Mal die periodischen Echos 1, 3, 4, S₁ 6 und 7 und die erratischen Störsignale 10 und 11, welche keine Beziehung zu den Störsignalen 8 und 9 des Diagramms I haben, eingeschrieben.

Wie weiter oben bei der Beschreibung des Prinzips der Speicherröhre erklärt worden ist, werden am Ausgang 15 dieser Röhre die im Diagramm III dargestellten Signale abgenommen, welche sich aus der Differenz zwischen den beiden vorhergehenden Einschreibungen ergeben. Das Diagramm III zeigt also die Differenz Diagramm II — Diagramm I. Diese Signale treten mit der Polarität auf, welche sich aus dieser Subtraktion ergibt. Es ist zu bemerken, daß im Diagramm II nur die Echosignale bestehen, welche, wie z. B. 2', nicht gleichzeitig in den beiden Abtastungen enthalten sind, sowie andererseits alle erratischen Störsignale, wie 8', 9', 10 und 11, welche sich im Verlauf der beiden aufeinanderfolgenden Einschreibungen ergeben haben und welche im allgemeinen nicht koinzident sind. Die an der Fangelektrode der Röhre abgenommenen Signale, welche im Diagramm III dargestellt sind, werden in einer entsprechenden Vorrichtung, welche an Hand eines Beispiels später beschrieben wird, von Signalen abgezogen, welche denjenigen des Diagramms II entsprechen. Man erhält auf diese Weise die im Diagramm IV dargestellten Signale. Es ist zu erkennen, daß hier die der ersten Einschreibung entsprechenden und im Diagramm I dargestellten Signale auftreten, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, daß sie um die Zeitdauer T verschoben sind, welche gleich der Impulsfolgeperiode ist.

Die Speicherröhre wirkt also als Verzögerungsleitung, deren Verzögerung jedoch durch die Folgeperiode des Radarsenders gesteuert wird.

Es genügt nun, in einer Vorrichtung bekannter Art jedes Signal des Diagramms II mit dem entsprechenden Signal des Diagramms IV oder, je nachdem, mit Null zu multiplizieren, um das Diagramm V zu erhalten, in welchem nur die Echosignale 1, 3, 4, 5, 6 und 7 erscheinen. Auf diese Weise sind alle Störsignale sowie die nicht gleichzeitig in den Diagrammen II und IV auftretenden Nutzsignale beseitigt worden, wodurch das gewünschte Ergebnis erzielt worden ist.

Der gleiche Vorgang wiederholt sich anschließend für die folgenden Abtastungen. Zum leichteren Verständnis sind in Fig. 2 die Diagramme VI, VII, VIII und IX dargestellt, welche alle zum Zeitpunkt 2 Γ beginnen und welche folgendermaßen zu verstehen sind:

Diagramm VI: Dritte Einschreibung auf die Signalplatte der Speicherröhre. Ein neues Echo 12 ist erschienen, und weitere erratische Störsignale sind aufgetreten.

Diagramm VII: An der Fangelektrode der Speicherröhre abgenommene Signale: Diagramm VI — Diagramm II.

Diagramm VIII: Subtraktion (Diagramm VI — Diagramm VII) ergibt die der zweiten Einschreibung (Diagramm II) entsprechenden Signale, jedoch mit einer Verzögerung von 2T.

Diagramm IX: Multiplikation (Diagramm VI Diagramm VIII) ergibt die der zweiten Einschreibung entsprechenden Signale, welche jedoch von allen erratischen Signalen befreit sind, usw.

Entsprechend der Ausführungsart gemäß Fig 3 speist der Signal verstärker 21, welcher ein Teil eines üblichen Radarempfängers 27 ist, gleichzeitig die

ίο Speicherröhre 22 der vorher beschriebenen Art, die Subtraktionsschaltung 24 und den Multiplikator 25.

Ferner ist der Ausgang der Speicherröhre 22 in

Serie über den Verstärker 23 mit der Subtraktions-" schaltung 24 und der Ausgang der Subtraktionsschaltung in Serie mit dem Multiplikator 25 geschaltet. Dessen Ausgang führt zum Verstärker 26, welcher die üblichen, nicht dargestellten Verbraucherschaltungen speist.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist folgende:

Das vom Ausgang des üblichen Radarempfängers erhaltene demodulierte Signal wird zunächst im Verstärker 21 verstärkt, um dessen Amplitude so zu erhöhen, daß es der Speicherröhre 22 zugeführt werden kann.

Die in Fig. 1 genauer dargestellte Speicherröhre 22 empfängt eine Signalspannung über die leitende Schicht ihrer Auftreffplatte 17. Diese wird von dem aus dem Strahlerzeuger 12 kommenden Kathodenstrahl 19 mit einer Folgeperiode abgetastet, welche gleich der Folgeperiode der Sendeimpulse ist. Diese Synchronisation wird durch bekannte Vorrichtungen erreicht, welche nicht dargestellt sind. Das an der Fangelektrode der Speicherröhre abgenommene Signal, welches dann stark gedämpft ist, wird anschließend im Verstärker 23 verstärkt.

Die Subtraktion der in den Diagrammen II bzw. III von Fig. 2 dargestellten Signale geschieht dadurch, daß diese Signale gegeneinander an einen Widerstand gelegt werden, an dessen Mittelanzapfung das Ausgangssignal abgenommen wird. Um eine gute Beseitigung durch die Subtraktion zu erzielen, ist es natürlich notwendig, daß in den beiden der Subtraktionsschaltung zugeführten Signalen die Störpegel so ein- geregelt sind, daß sie etwa das gleiche mittlere Grundrauschen enthalten.

Der in der Erfindung verwendete Multiplikatorkreis ist in bekannter Weise ausgeführt. Sein Schaltbild kann beispielsweise dem in Fig. 4 dargestellten entsprechen. Er besteht dann aus einer üblichen Ringschaltung von vier Gleichrichtern 31, 32, 33, 34 mit quadratischer Kennlinie. Sie wird über zwei symmetrische Übertrager 35 und 36, welche zur Übertragung der zu multiplizierenden Signale geeignet sind, an ihren Diagonalen gespeist. Das Ausgangssignal der Multiplikation wird zwischen der Mittelanzapfung des einen Transformators und der Masse abgenommen, z. B. an den Klemmen des Widerstandes 37. Dieses Ausgangssignal wird anschließend im Verstärker 26 (Fig. 3) verstärkt, welcher es den üblichen Verbraucherschaltungen zuführt.

Wie bereits erwähnt, ist das Ausgangssignal der Anordnung von Fig. 3 praktisch störfrei. Es ist auf jeden Fall mit sehr viel weniger Rauschen behaftet als das Eingangssignal. Ferner werden die durch die Speicherröhre selbst erzeugten parasitären Signale weitgehend beseitigt.

Die beschriebene Vorrichtung gestattet die Verbesserung der Empfindlichkeit von Radargeräten. Das auf dem Anzeigeschirm erhaltene Signal ist sehr viel

sauberer als das gewohnte Signal und ermüdet deshalb weniger bei der Beobachtung. Es stellt sehr ausgeprägte Echos dar, welche sich auf einem dunklen Hintergrund abheben, wo nur sehr selten ein sehr schwaches Grundrauschen erscheint. Entsprechende Vorteile stellen sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme auf andere Systeme zur Übertragung von periodischen Signalen ein.

Im Falle der Anwendung beim Fernsehen kann diese Maßnahme nicht nur auf die Bildfolge, sondern auch auf die Zeilenfolge, aus welcher sich das Bild zusammensetzt, angewendet werden, wenn die nebeneinanderliegenden, aufeinanderfolgenden Zeilen ziemlich die gleiche Information enthalten.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zum Schutz gegen Störungen in Übertragungssystemen mit periodisch wiederkehrenden Signalfolgen durch multiplikative Kombination von analogen Signalfolgen, beispielsweise der Echosignalfolgen eines impulsmodulierten Radargerätes, mit einer Verzögerungsanordnung, in welcher jede Signalfolge um eine Zeitdauer verzögert wird, die gleich der Periode der Signalfolgen ist, und deren Ausgangssignal mit der nächsten Signalfolge in einer Multiplikations-

   schaltung multipliziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungsanordnung die Kombination einer unter der Bezeichnung »Radechon« an sich bekannten Speicherröhre (22) mit einfachem Strahlsystem und Einschreibung an einer Rückplatte und einer davon getrennten Subtraktionsschaltung (24) verwendet wird, wobei die aufeinanderfolgenden Signalfolgen an die Rückplatte (13) der Speicherröhre angelegt werden, so daß an deren Fangelektrode (11) während der Eingabe einer Signalfolge Signale (III) abgegeben werden, welche der Differenz zwischen den Signalen dieser Folge (II) und den Signalen der vorhergehenden Folge (I) entsprechen, und wobei in der Subtraktionsschaltung die gerade an der Rückplatte eingegebene Signalfolge (II) und die zur gleichen Zeit an der Fangelektrode abgegebene Signalfolge (III) voneinander subtrahiert werden, und daß die in der Multiplikationsschaltung (25) multiplizierten Signale die gerade an der Rückplatte (13) der Röhre eingegebenen Signale (II) und die gleichzeitig am Ausgang der Subtraktionsschaltung (24) erscheinenden Signale (IV) sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Britische Patentschriften Nr. 375 658, 634 108.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 109 530/374 3.