DE1516814B2

DE1516814B2 - Verfahren zur fernuebertragung binaerkodierter radarantennen-winkelstellungen und binaerquantisierter radarechosignale

Info

Publication number: DE1516814B2
Application number: DE19661516814
Authority: DE
Inventors: Paul Debart Meudon Hauts de Seine Hubert (Frankreich) GOIs 9 46
Original assignee: Alsacienne de Constructions Atomiques de Telecommunications et dElectronique ALCATEL
Current assignee: Alsacienne de Constructions Atomiques de Telecommunications et dElectronique ALCATEL
Priority date: 1965-04-15
Filing date: 1966-04-01
Publication date: 1972-06-22
Also published as: GB1153192A; BE679540A; NL6604868A; FR1441574A; DE1516814A1

Description

matisch an, wie die Amplituden quantisiert werden, wenn eine Wolkenfront abgetastet wird und die Amplitude der Echosignale etwa dem im oberen Teil der Fig. 1 gezeigten Verlauf folgt, derart, daß jeweils bei Durchgang der Amplitude durch einen der vorgegebenen Pegel ein Impuls ausgelöst wird. Das Ergebnis erkennt man im unteren Teil der Fig. 1. F i g. 2 läßt dann die entsprechenden Isoecholinien I erkennen, wenn sie auf einem Sichtschirm abgebildet werden.

Um nun die Daten Echosignallaufzeit, Echosignalamplitude und Winkellage der Antenne mit einem Minimum an Übertragungskapazität weiterleiten zu können (wobei die Übertragungskapazität bekanntlich als das Produkt aus Zeit und Bandbreite denniert ist), geht man gemäß der Erfindung so vor, daß die den ersten Zeitinkrementen entsprechenden Videoquanten nicht übertragen werden und die dadurch frei werdende Übertragungskapazität für die Übertragung der Winkelstellungswerte ausgenützt wird, wobei die Übertragung der Signale für die Winkelstellungen in gleichartiger Modulation wie diejenige der Videoquanten erfolgt. Die Übertragung der den ersten Zeitinkrementen zugeordneten Videoquanten ist nämlich gar nicht erforderlich, weil Wolkenfelder in so großer Nähe auch ohne Wetterradar erfaßbar sind und die Information nur Bedeutung hat für die weiter entfernten Flugziele. Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Ausbildung besonders für meteorologische Radarverfahren von Bedeutung ist, aber auch in anderen Anwendungsfällen zweckmäßig sein kann, also wenn immer der Nahbereich ohne besonderes Interesse ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nachstehend an Hand der F i g. 3 der Zeichnung näher erläutert werden. Es handelt sich um eine meteorologische Radaranlage.

Wenn die Antenne in eine bestimmte Richtung weist, ist die Einrichtung dazu bestimmt, mit einer Genauigkeit von 1 km auf eine Entfernung von maximal 100 km den Abstand des Echosignals zu messen, wenn ihre Amplitude einen der vorher festgelegten Amplitudenpegel passiert, wobei das verwendete Radargerät hier eine Pulsfolgefrequenz von über 30 Perioden pro Sekunde hat.

Die Echosignale gelangen über ein am Eingang angeordnetes Amplitudenfilter F bekannter Bauart, welches gleichmäßige Impulse liefert, wenn die Amplitude dieser Echosignale über dem festgelegten Eingangspegel liegt.

Man erkennt in Fig. 3 einen zyklischen Zähler 1 mit neunundvierzig Stellungen. Der Zähler wird automatisch betätigt, und die Zählerstellungen laufen eine nach der anderen mit einem Zeitabstand von

Sekunde

150 000

zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stellungen ab, wenn der erste Impuls ausgelöst ist. Die Zeit von

150 000

Sekunde

entspricht einer Durchlauf strecke von 2 km der elektromagnetischen Wellen. Der Zähler ist mit einer Matrixschaltung 2 zum Entschlüsseln über die Gat-

65 ter 3 verbunden, die durch einen bistabilen Multivibrator 4 gesteuert werden. Der Aufbau ist derart, daß jede der Stellungen des Zählers einem Ausgang der Matrixschaltung zum Entschlüsseln entspricht.

Die Zeitbasis B des Radargerätes, die einen Auslöseimpuls nach der Emission einer Impulsfolge liefert, ist über den Kippkreis 5 mit dem Auslöseeingang I₁ des Zählers 1 verbunden, wenn dieser Kippkreis entsperrt ist.

Jeder der Ausgänge der Matrixschaltung 2 ist mit dem Eingang eines UND-Gatters verbunden, welches in einem Block 6 angeordnet ist. Die anderen Eingänge dieser UND-Gatter sind parallel zum Amplitudenfilter F geschaltet, welches die Amplituden auf eine festgelegte Höhe begrenzt.

Wenn ein Impuls über die Leitung 7 läuft und dabei von der Weiterleiteinrichtung auf die Telefonleitung L kommt, bringt er den Kippkreis 5 in Entsperrstellung, so daß die Abgangsimpulse des Radargerätes den zyklischen Zähler 1 auslösen.

Wenn der bistabile Multivibrator 4 in der Schaltstellung 4_t ist, dann sind die Gatter 3 offen; die Matrixschaltung zum Entschlüsseln 2 gibt eine charakteristische Spannung auf einen Ausgang, welcher der Lage des Zählers 1 entspricht.

Wenn bei der Rückkehr das Echosignal einen der vorbestimmten Pegel übersteigt, dann liefert das Amplitudenfilter des Radarempfängers einen Impuls an alle Eingänge der UND-Gatter des Blocks 6, die mit diesem Filter in Verbindung stehen. Ein einziges UND-Gatter des Blocks 6 empfängt sowohl Impulse des Filters F als auch die charakteristische Spannung, die von einer gegebenen Stellung der Matrixschaltung 2 kommt. Dieses UND-Gatter läßt dann den Impuls hindurch, welcher eine »1« auf den entsprechenden Kippkreis des Registers 8 mit neunundvierzig Kippkreisen gibt. Nach einem Zyklus des automatisch betätigten Schalters 1 können viele UND-Gatter entsperrt sein. Die »1 «-Werte bleiben in den entsprechenden Lagen des Kippkreisregisters 8 registriert. Die »0«-Werte bleiben auf dem Register 8 hinter den UND-Gattern, die nicht entsperrt worden sind.

Zu Beginn des Vorganges laufen die Impulse über die Leitung 7, die über die Leitung 9 mit dem Steuereingang der Kippkreise des Registers 8 verbunden ist, und löschen, was zuvor in diesem Register registriert worden ist; d. h., sie machen die Anordnung für einen neuen Betriebsvorgang bereit. Der Meßvorgang erstreckt sich jetzt auf Entfernungen zwischen 0 und 50 km.

Wenn die hindurchgekommene charakteristische Spannung an der Stelle »49« angekommen ist, dann stoppt der Zähler 1 über die Leitung 10, und der Kippkreis 5 wird in seine Sperrstellung gebracht. Die Organe 1, 2, 4 (Zähler, Matrixschaltung und Multivibrator) sind dann in der Ruhestellung, bis der folgende Impuls auf der Leitung 7 erscheint.

Der Multivibrator 4, der über die Leitung 11 mit der Leitung 7 verbunden ist, wird durch die Impulse der Weiterleiteinrichtung auf die Telefonleitung betätigt. Er ändert seinen Schaltzustand bei jedem Impuls. Bei einem seiner beiden Zustände nimmt er die Lage 4_X ein und verbindet den Zähler 1 und die Matrixschaltung 2 nach dem Anlaufen des Zählers. In den anderen seiner beiden Zustände nimmt er die Lage 4_O ein und verbindet nun nicht mehr den Zähler 1 mit der Matrixschaltung 2, bis der Zähler 1

5 6

seine Zählstellung »49« erreicht hat, d. h., wenn wechsel des Kippkreises 18. Jeder auf die Leitung

allein der zweite Zyklus des Zählers 1 durch die geschickte Impulszug beginnt wechselweise mit

Matrixschaltung 2 hindurchläuft und die Anordnung einer »0« oder mit einer »1«, und dieser Wechsel

nun die Entfernungen mißt, die zwischen 50 und wird für das Signalauswertungswerk am Eingang ver-

100 km liegen. ' 5 wendet.

Am Anfang des Vorganges läßt der Impuls der Um die Informationen über die Winkellage der

Leitung 7, der über die Leitung 9 übertragen worden Antenne auf die Leitung zu geben, wird ein binärer

ist und der den Inhalt des Registers 8 mit den Lageanzeiger 22, ein Ermittlungsorgan 23, ein Kipp-

49 Kippkreisen gelöscht hat, gleichzeitig diesen In- kreis 25, eine 25fach-Dehnschaltung 27 und ein

halt auf einen Ringkernspeicher 12 mit 49 Speicher- io weiterer Kippkreis 28 in Betrieb gesetzt.

platzen laufen. Die Winkelgenauigkeit ist durch den Umlauf der

Die Informationen über die Entfernung müssen Antenne während der Zeit gegeben, die das Abtasten

aufgenommen, in binäre Signale umgewandelt und einer Entfernung von 100 km dauert. Dieses Abtasten

auf eine Telefonleitung L geschickt werden. Zu _{w h} l _{fc d} .

diesem Zweck weist die Einrichtung einen Taktgeber 15 '15

13 auf, welcher Impulse mit einer Impulsfolge- wendete Radarantenne, die in der Sekunde einmal

frequenz von 1500 Hz liefert, wobei die Impuls- umläuft, ist während dieser Zeit um
frequenz derjenigen der Übertragung entspricht. Die

Impulse des Taktgebers steuern einen Ringzähler 14 ς<ςη^ο

1 20 = 2°

mit 50 Zählstellen, welcher daher -^- Sekunde zum -^ . γχ

Durchlaß eines Zyklus braucht. Die Stellungen des

Zählers sind durch eine Matrixschaltung 15 zum gedreht worden.

Entschlüsseln mit 50 Stellungen markiert, welche das Ein Anzeigegerät 22 für die Winkellage Ω der

Auftreten einer Spannung auf einem ihrer 50 Aus- 25 Radarantenne umfaßt dreizehn binäre Ziffern. Die

gänge in Übereinstimmung mit der Zählstellung des fünf ersten Ziffern bilden eine unveränderliche

Ringzählers hervorruft. Die aufeinanderfolgenden Gruppe, welche die Ankunft der Information über

Stellungen entsprechen mehrfach aufeinanderfolgen- die Winkellage anzeigt. Die acht letzten Ziffern geben

den Abständen von 1 km. die Winkellage der Antenne an. Eine Decodierschal-

Die Stellungen »2« bis »50« der Matrixschaltung 30 tung 23, welche durch die Signale auf den Leitun-

15 sind mit den Stellungen »1« bis »49« des Ring- gen »2« bis »14« der Matrixschaltung 15 angesteuert

kernspeichers 12 verbunden. Die Stellung 1 spielt wird, erlaubt das Ablesen der Winkellage des binären

eine besondere Rolle. Sie ist mit der Weichenschal- Anzeigegerätes 22. Die Ausgangsleitung 24 steuert

tung 16 verbunden, welche einen Anfangszeitpunkt den Kippkreis 25, der wie der Kippkreis 18 die Fre-

des Ringzählers 14 in seiner Zählstellung »1« mar- 35 quenzFj des Generators 19 weiterleitet, wenn die

kiert, indem sie einen Impuls auf die Leitung 7 lie- Decodierschaltung 23 eine »0« liefert, und die Fre-

fert. Dieser Impuls löst den Meß- und Registrier- quenzF₂ des Generators 20, wenn eine »1« ermittelt

Vorgang der Entfernung aus, welcher Informationen wird.

über die Entfernung auf das Ringkernspeicherwerk Die Anzeigen der Winkellage werden auf die TeIe-

12 liefert. 40 fonleitung L gegeben, auf welche schon die Entfer-

Während der Ringzähler 14 von »2« bis »50« nungsanzeigen gegeben werden. Zu diesem Zweck

durchläuft, tasten die Leitungen »2« bis »50« der steuert die Weiche 16 über eine Leitung 26 eine

Matrixschaltung 15 die Stellungen »1« bis »49« des 25fach-Dehnschaltung. Die Telefonleitung L ist direkt

Ringkernspeichers ab. Wenn eine Speicherzelle des mit einem Kippkreis 28 verbunden. Unter der Wir-

Speichersl2 eine »0« enthält, dann wird über die 45 kung der Schaltung 27 verbindet der Kippkreis 28

Leitung 17 ein Kippkreis 18 in die Lage Ie₁ gebracht, die Telefonleitung über den Kippkreis 25 mit dem

und ein Frequenzgenerator 19 von der Frequenz F₁ Decoder 23. Unter der Wirkung der Leitung 29, die

sendet seine Frequenz auf die Leitung. Wenn die mit dem Ausgang »14« der Matrixschaltung verbun-

Zelle des Speicherwerkes 12 jedoch »1« enthält, dann den ist, schließt der Kippkreis 28 die Telefonleitung L

bringt die Leitung 17 den Kippkreis 18 in die Stel- 50 an die Entfernungsinformationen an, die über den

lung 18₂, und ein Frequenzgenerator 20 von der Fre- Kippkreis 18 geleitet werden.

quenz F₂ schickt seine Frequenz auf die Leitung. Am anderen Ende der Telefonleitung L kann der Wenn der Zähler 14 sich in seiner Zählstellung »1« Empfang mit Hilfe aller geeigneten Mittel durchbefindet, dann wird die Leitung »1« der Matrix- geführt werden, wie im übrigen auch mit Hilfe aller schaltung 15 auf einen Kippkreis 21 geschaltet, der 55 klassischen Verfahren, wie Lochstreifen oder aller mit dem Speicher 12 verbunden ist. Dieser Kipp- Mittel, die es erlauben, visuelle Informationen zu kreis kippt jedesmal und versucht damit einen Lage- erlangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

1176 727 bekannt. Schließlich lehrt die französische

Patentanspruch: Patentschrift 1 365 972 die Verbindung von Amplituden- und Zeitquantisierung von Radarsignalen.

Verfahren zur Fernübertragung der Winkel- Insbesondere die österreichische Patentschrift Stellungen einer Radarantenne in binärkodierter 5 225 242 befaßt sich mit dem Problem, die zu über- und der Radarechosignale in binärquantisierter tragende Information an Videosignalen möglichst Form, wobei die Videosignale amplitudenquanti- von allen Redundanzen zu befreien, um so eine Versiert werden und eine Zeitquantisierschaltung ringerung der zu übertragenden Bandbreite zu ervorgesehen ist zur Erzeugung von Zeitinkremen- reichen.

ten entsprechend der von den ausgesandten ίο Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Radarsignalen zurückgelegten Entfernung und als Verfahren zur Fernübertragung der Winkelstellungen Speicher für die Videoquanten eine Gruppe von einer Radarantenne in binärkodierter und der Radarbistabilen Schaltungen dient, denen je ein UND- echosignale in binärquantisierter Form, wobei die Gatter vorgeschaltet ist, deren einer Eingang mit Videosignale amplitudenquantisiert werden und eine dem amplitudenquantisierten Videosignal und ₁₅ Zeitquantisierschaltung vorgesehen ist zur Erzeugung deren anderer Eingang mit dem Zeitquantisier- von Zeitinkrementen entsprechend der von den aussignal beaufschlagt ist, und ein Taktgeber zur gesandten Radarsignalen zurückgelegten Entfernung gegenüber der Einspeicherung viel langsameren und als Speicher für die Videoquanten eine Gruppe Abtastung der gespeicherten Videoquanten vor- von bistabilen Schaltungen dient, denen je ein UND-gesehen ist, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, 20 Gatter vorgeschaltet ist, deren einer Eingang mit dem daß die den ersten Zeitinkrementen entsprechen- amplitudenquantisierten Videosignal und deren anden Videoquanten nicht übertragen werden und derer Eingang mit dem Zeitquantisiersignal beaufdie dadurch frei werdende Übertragungskapazität schlagt ist, und ein Taktgeber zur gegenüber der Einfür die Übertragung der Winkelstellungswerte speicherung viel langsameren Abtastung der geausgenutzt wird, wobei die Übertragung der Si- 25 speicherten Videoquanten vorgesehen ist, zu schafgnale für die Winkelstellungen in gleichartiger fen, bei dem die Übertragung der Videosignale und Modulation wie diejenige der Videoquanten er- der Winkelstellungssignale der Antenne innerhalb folgt. einer vorgegebenen kurzen Zeitspanne über eine gemeinsame Telefonleitung zu einer Auswertezentrale

30 übertragen werden können. Dies ist besonders für

Wetterradar wichtig. Bei Wetterradargeräten erscheinen die Bilder der Wolken in einem Umkreis, der einer Strahlungszone von z. B. 100 km entspricht,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernüber- und wenn man diese Bilder zusammenhängend über tragung der Winkelstellungen einer Radarantenne 35 eine Telefonleitung übertragen will, ist es erforder- und der Echosignale der zugehörigen Radaranlage. lieh, sie zunächst in einem Speicherwerk zu spei-Es ist bekannt, die Winkelstellungen der Radar- ehern. Die Bilder sollen so schnell wie möglich überantenne und die Radarechosignale in binärkodierter tragen werden, da die gewonnenen Auskünfte für bzw. binärquantisierter Form zu übertragen. Dabei in der Luft befindliche Flugzeuge bestimmt sind, inskönnen die Videosignale amplitudenquantisiert sein, 40 besondere wenn man die kurze Zeit in Rechnung und man kann eine Digitalisierung der Echolaufzeit- stellt, die ein Flugzeug, welches diese Informationen werte mittels einer Zeitquantisierschaltung vorneh- von einem solchen Radargerät bekommt, benötigt, men. Ein Speicher kann vorgesehen sein, bestehend um eine Entfernung von 100 km zu durchmessen, aus UND-Gattern mit nachgeschalteten bistabilen Für ein Flugzeug, welches mit großer Geschwindig- f{ Schaltungen, an deren einem Eingang das Zeit- 45 keit fliegt und welches in Schwierigkeiten in den ^- quantisiersignal liegt, während der andere Eingang Wolken geraten kann, die es durchfliegen muß, wenn mit dem Videosignal beaufschlagt wird. Der Speicher diese sehr dicht sind oder sich durch starke Turbukann dann ausgelesen werden mittels eines Takt- lenzgebiete auszeichnen, ist es außerordentlich wichgebers, wobei die Abtastung wesentlich langsamer tig, sehr schnell über die Dichte dieser Wolken beerfolgen kann als die Einspeicherung. Dieser Stand 50 nachrichtigt zu werden.

der Technik ergibt sich aus der britischen Patent- Man hat festgestellt, daß die Amplitude des von schrift 932 068 in Verbindung mit der öster- den Wolken zurückgeworfenen Radarechos mit steireichischen Patentschrift 225 242. gender Dichte der Wolken zunimmt. Ein für die Bei dem Verfahren gemäß der erstgenannten Übertragung sehr wichtiges Signal ist daher die Druckschrift werden die Winkelstellungen der An- 55 Dichte einer Wolke, die sich in einer gewissen Enttenne in Form der Modulation eines Trägers gleich- fernung in einer vorbestimmten Richtung befindet, zeitig mit den aus den Videosignalen gewonnenen Wenn man die Veränderung der Dichte einer Modulationssignalen eines zweiten Trägers über- Wolke längs einer Richtung, die von einem Radartragen, auf der Empfangsseite ausgefiltert und ge- gerät abgetastet wird, ermittelt, dann stellt man fest, trennt ausgewertet. Bei der letztgenannten Druck- 60 daß diese Dichte in Wirklichkeit nicht eine Diskontischrift tritt das Problem der Winkelübertragung nicht nuität für eine gleiche Entfernung wie diejenige der auf, da eine Direktablesung auf einem Sichtschirm Wolke ist. Die Echosignale, die aus dieser Richtung erfolgt. folgen, sind diffus, und wenn man das Bild der Aus der deutschen Auslegeschrift 1 098 040 ist es Wolke in einem Radarschirm betrachtet, dann ist es ebenfalls bekannt, insbesondere bei Wetterradar- 65 nicht sauber. Dieses Problem wurde, wie oben er-Verfahren eine Amplitudenquantisierung der Echo- wähnt, durch die Amplitudenquantisierung gelöst; signale vorzunehmen. Das Binärkodieren von Radar- man arbeitet mit sogenannten »Isoecholinien«.
Signalen ist auch aus der deutschen Auslegeschrift Die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen deuten sehe-