DE2402050B2 - Vorrichtung zur Verbesserung des Signal/Rauschabstands von Signalen, die von mehreren Antennen empfangen werden - Google Patents

Vorrichtung zur Verbesserung des Signal/Rauschabstands von Signalen, die von mehreren Antennen empfangen werden

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DE2402050B2
DE2402050B2 DE2402050A DE2402050A DE2402050B2 DE 2402050 B2 DE2402050 B2 DE 2402050B2 DE 2402050 A DE2402050 A DE 2402050A DE 2402050 A DE2402050 A DE 2402050A DE 2402050 B2 DE2402050 B2 DE 2402050B2
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Description

2. Vorrichtung gemäß Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, clali die Verstärkungsreglungs-StIiTeH jeweils einen Dividierer (40'), einen Lineardelektor (41') und einen Integrator (42') enthalten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbesserung des Signal/Rauseh-Abstands der von (Hi) Antennen empfangenen Signale, deren Rauschanteile zumindest kreuzkorreliert sind, wobei ο eine ganze Zahl darstellt, die größer als I ist.
Es ist bekannt, daß Empfangsvorrichtimgen mit (11 hl) Antennen gebaut werden können, mit denen ausgehend von durch diese Antennen empfangenen Signalen ein durch eine Quelle bei Vorhandensein von η Slöriiiiellcn, die das aus der Quelle stammende Signal stören, ausgesandles Nutzsignal rekonstruiert werden kann.
Das Nutzsignal besitzt ein schmales Freijuen/band um die Frequenz /() und kann ein Ultraschall-, radioelektrisches oder anderes Signal sein.
Eine solche Vorrichtung ist im ersten Zusatz-Patent 84 165 zum französischen Patent Ü 47 220 beschrieben.
Bei dieser Vorrichtung wird jeder Antenne ein Verstärker, ein schmalbandiges Filter, das auf /O zentriert ist, und ein Organ wie beispielsweise eine Verzögerungsleitung nachgeschallet, mit der der Phaseuunlersehied zwischen den aus der Sendei|iielle stammenden Signalen und den durch die Anleimen empfangenen Signalen ausgeglichen wird.
Am Ausgang der Verzögerungsleitungen erhält man (/if I) Signale .VO, M ... Sn der Form
.VO ^ .V(() I /)()(()
.Vl =.-- S(I) l· h Hi) Sn .V(() ϊ hnU)
Dabei ist .V(O das Nut/signal und Λ0. /' I. . .hn sind die aus /1 Störstellen stammenden Stöisignale.
Die Empfangsvorrichtung zur Bearbeitung der Signale .VO, .Vl ...Sn und zum Aussondern der Signale .V(O ist kompliziert und benötigt eine große Anzahl von Bauteilen.
Die erwähnte Vorrichtung ist bereits fin den Fall von Vorrichtungen mit zwei Antennen /um Ausschalten von Störsignalen aus einer Stöii|ut'llc und mit drei Antennen zur Ausschaltung von Slörsigiialeii aus zwei Störqiiellen vereinfacht worden.
Die verbesserte Einpfangsvorrichluiig mit /wei Antennen ist z. U. in der deutschen Patentschrift 2.Ϊ K26 und die Empfangsvorricliuiug mil drei Antennen in der deutschen Patentschrift 2124-121 beschrieben.
Die Erfindung will diese lel/lgeiianiileii Vorrichtungen auf eine allgemeine Basis stellen und vereinfachen.
Die erfindungsgeinaße Emplaiigsvorrichiiiiig, mit der von /1 punklföiniigeii Störstellen aiisgesandte Störsignale ausgeschaltet werden können, enthüll
(u-l- I) Antennen, wobei /1 größer als 1 und eine ganze Zahl ist und die Antennen ein aus einer durch Störsender gestörten Quelle stammendes Signal geringer Bandbreite und der Millellrequen/ /O empfangen,
Verarbeilungsschallkreise liir die aus ilen (11 ti) Antennen stammenden Signale mit Verstärkungsniitteln für die auf /0 zentrierten schmalhandigeii Filier und mit Ver/ögerungsorganen. die an ihren Ausgängen (11-H) Signale .VO, .S1I ...Sn in der Form:
.VO =- S I /)()
.Vl ; S I /»I
.Vu - .V t bit
liefern, wobei S das aus der Quelle stammende Nutzsignal und />0, /> I ... hn die von den Slörijticllcn kommenden Slörsignale sind, die zumindest kreuzkorrelieri sind,
Verstürkungsregelungsstufen,
Addierer,
Subtrahierer mit je einem negativen und einem positiven Eingang,
Korrelalionsmoilnln, von denen jeder zwei nichlsyiiimetrisclie Eingänge und einen Ausgang iiesil/t, wobei dererste Eingangeiii Signal 7 und der/weile Eingang ein Signal (/ empfängt, und der Ausgang des Korrelationsmoduls ein Signal der Form T · VT V 7" · i/7" liefert, wobei /' ein um
y /i'in Signal /' phasenverscliobcnc-. Signal ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dal! sie
einem Addierer./. der die Summe der verschiedenen Signale VO, .Vl ...Sn hildel und ein Signal Λ/ liefen.
Ii Subtrahieren! /J I.1)2 ... Dn, die die Differenz zwischen dem Signal .VO und den Signalen Sl. S2 .. . Sn bilden, um Signale zu bilden, die nur aus Rausch bestehen,
eine Orthonornialisierungseinheit Il mit ti Kanälen Γ1, Vl . .. Vn zur Verarbeitung gemiil.i der Graham-Schmidt-Melliode der aus den Subtrahieren! /Jl. 1)2 ... Dn stammenden Signale, die η orthonormalisicrtc Signale 7Ί, 7 2 ... 7Ή liefert, wobei
der erste Kanal Il eine Veistärkungsrcgcliingsslufc Ql enthält, die an ihrem Ausgang das normierte Signal 71 licfeit.
der Hingang der Versläikungsrcgelungsstufc (J 1 mil dem Ausgang des Subtrahieren D1 verbunden ist,
der zweite Kanal l'2 einen Suhlrahicrcr /J2, einen Korrelalionsmodul C2, der dem Subtrahicrcr /J2 zugeordnet ist, und eine Verstärkung.1;-rcglungsstufc Q2 enthält, die an ihrem Ausgang das normierte Signal 7 2 liefert,
der Ausgang des Subtrahieren /J 2 mit dem zweiten umgang des Korrelalionsmodiils C2 und mit dem positiven Hingang des Subtrahierens D\ verbunden ist,
der Ausgang des Korrelalionsmodiils C2, der ein mit 71 krcuzkorrclicrles Signal liefert, mil dem Minuscingang des Subtraliicrcrs /J, verbunden ist, der ein Signal, das orthogonal zu 71 ist. liefert,
der Hingang der Vcrstärkimgsregelungsstufe (J2 mit dem Ausgang des Subtrahieren /J2 verbunden ist. welche Stufe (J2 ein orthoiiormalisicrlcs Signal 71 liefert,
der />-le Kanal Γ/>, fiii /> gleich einer ganzen Zahl, deren Wert zwischen 2 und /1 liegen kann,
(/) I) Subtrahicier /J', /Jj /JJ! ', wobei
/ eine ganze Zahl ist, die alle Werte zwischen I und /)—I annehmen kann. (/'-I) Korrclalionsinotliiln Cl, ... C],... C1] ', die den (/'- I) Subtrahieren! /J) /JJ D1,', ' zugeordnet sind, und eine Vci.stäikungsregelungsstufe Qp enthält, die das Signal 7/> licfeit,
der Ausgang des Subtrahierens /J/' mit den zweiten Eingängen der Korrclationsmoduln C], und mit dem positiven Iiingang des Subtraliicrcrs D), verbunden ist.
.der Ausgang des Subtrahieren /),'," ' mit dem positiven Hingang des Suhtiahicicrs /Jj1 vcrblinden ist,
der Ausgang des Siiblrahieiers /JJ! ! mil dem positiven Hingang des Subtrahierens D1,', ' verbunden ist,
der Ausgang des Korielalioiismoduls C]„ der ein mit 7; kieu/konclicite.s Signal liefert, mil dem negativen Eingang des Subtrahieren I)J1 verbunden ist, der ein Signal, das oithogonal zu 7/ ist, liefert,
der Ausgang des Subtiahieieis /JJ! ' mit dem Hingang der Veislarkiingsicglungsstule Qp verbunden ist, die das oithonormaüsicrlc Signal 7/1 liefert.
der M-te Kanal \'n (11 I) Siiblialiierer />,',... Dl1... D", ', wobei / eine gan/i· Zahl isl, die alle Werte \on I bis η 1 annehmen kann, (11 I) Kiinelalionsinodiiln ('!, ...('/,... i'ü ',ilieden (11 I) Subtrahieren! /),', .../)/,... D',', ' zugeordnet sind, sowie eine Vcislärkungsregcliings-StIiTc enthält, die das Signal Tn liefert,
der Ausgang des Subtraliicrcrs /Jn mit den /weilen Hingängen der Korrelalionsmoduln Cn r, und mit dem positiven Hingang des Subtrahierens
/J), verbunden ist.
der Ausgang des Subtrahieren IVn ' mit dem positiven Hingang des Sublrahiercrs /J/, verbunden isl,
ίο der Ausgang des Subtrahierens I)",'2 mit dem
positiven Hingang des Subtraliicrcrs /J"~' verbunden ist,
der Ausgang des Korrelalionsmodiils C/„ der ein mit 7/ krcuzkorrclicrles Signal liefert, mil
ιr, dem negativen Eingang des Sublrahiercrs I)J1
verbunden isl. der ein Signal, das orthogonal zu Tj isl, liefert.
der Ausgang des Subtraliicrcrs /J^ ' mit dem Hingang der Vcrslärkungsrcgclungsslufc Qn verbunden isl, die das orthonormalisicrle Signal Tn liefert,
die Vcrstärkungsrcgclungsslufe (J 1 mit den ersten Hingängen der (A/—1) Korrehitionsmoduln C2 ... Cl., ... C|, verbunden ist, wobei el
r, alle ganzen Wcrlc von 2 bis η annehmen kann,
die Vcrstärkungsrcgclungsslufe Qk (λ kann alle ganzen Werte von 1 bis n-I annehmen) mit den ersten Eingängen der n — k Korrclationsmoduln Cj11 ... Cti ... Cf1 verbunden isl, wo-
Jd bei rk alle ganzen Werte von (A -I- 1) bis ii annehmen kann,
die Vcrstärkungsrcgclungsslufe (J11 t mil dem ersten Eingang des Korrclationsmoduls C", ' verbunden ist,
sowie eine Intcrkorrelationseinlicit 111 enthält, mit
ii Korrelalionsmoduln Cl, ('2...('/'...Cn, die jeweils auf ihrem ersten Hingang das Signal 71, 7'2 . .. 7/1 .. . Tn und auf ihrem zweiten Hingang das Signal Λί erhalten, und Ausgangssignalc liefern, welche aus den Rauschkoniponcnlcn vom Signal Af, die mit 71, 7'2 ... 7/) ... 7» kreuzkorrcliert sind, bestehen,
4-, einem Addierer J', der aus den Aiisgangssignalcn
der/ι Korrclationsmoduln CI, C2 ... Cp ... Cn die Summe X bildet,
und einem Subtrahiercr /J, dessen negativer Hingang mit dem Ausgang des Addierers ./'
-in verbunden ist, dessen positiver Eingang das
Signal Λ/ empfängt und dessen Ausgang das Niilzsignal(ii ^ DMicfert.
Die crlindungsgcniäMc Vorrichtung kann zur Aiis- v, schaltung von Stöi(|uellcn in allen Orlungssyslcmcn verwendet werden, insbesondere in Sonarortungssystemen.
Die folgende Beschreibung an Hand der Figuren verdeutlicht die Erliiulung und ihre Anwendung.
wi Fig. I stellt die bekannte Hmpfangsvorrichtung mit zwei Antennen dar; die
Fig. 2a. 2b und 2c zeigen erklärende Diagramme für die Arbeitsweise der Enipfaiigsforrichlung gemäü Fig. I:
(ii IMg. 3 stellt eine herkömmliche Ventilrkungsregelungssliile dar;
IMg. 4 zeigt die eiiiiulungsgemähc Einpfangsvoirichliin)! mit \n I I) Antennen:
1·'i μ. 5 stellt die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung mil drei Antennen dar;
I·' i g. 6 stellt eine vereinfachte Verstärkungsregelungsstufc dar;
F i g. 7 zeigteinen vereinfachten Korrelationsmodul.
In F i g. I wurde die bekannte Empfangsvorrichtiing mit einem Anlcnncnnclz mit zwei Antennen 10 und 20 dargestellt. Diese Vorrichtung ist genauer in der deutschen Patentschrift 2123 826 beschrieben, so daß hier lediglich die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Gedanken wieder aufnehmen. In dieser Vorrichtung sind der Antennen 10 ein Verstärker 11, ein Filter 12 und eine veränderliche Verzögerungsleitung 13 nachgcschaltct.
Der Antenne 20 folgen ein Verstärker 21, ein Filter 22 und eine veränderliche Verzögerungsleitung 23.
Die Ausgänge der veränderlichen Verzögerungsleitungen 13 und 23 sind an die Eingänge eines Addierers 14 angeschlossen.
Zur Empfangsvorrichtung gehören ebenfalls ein Subtrahieren" 24 mit zwei Eingängen, einem negativen und einem positiven, wobei das auf den negativen Eingang geleitete Signal vom auf den positiven Eingang geschickten Signal abgezogen wird.
Der Ausgang der Verzögerungsleitung 13 ist an den positiven Eingang des Subtrahieren 24 angeschlossen, und der Ausgang der Verzögerungsleitung 23 ist an den negativen Eingang des Subtrahierens 24 angeschlossen.
Der Ausgang des Subtrahieren 24 ist mit dem Eingang einer Vcrslärkungsrcgelungsstufc 25 verbunden, die ein Signal T liefert.
Der Ausgang des Addierers 14, der ein Signal U liefert, und der Ausgang der Vcrstärkungsrcgelungsstufc sind mil den beiden Eingängen eines Korrclationsmoduls verbunden, dessen Ausgang an den negativen Eingang eines Subtrahierens 26 angeschlossen ist, dessen positiver Eingang mit dem Ausgang des Addierers 14 verbunden ist.
Der Korrclalionsmodul enthält einen Phasenschieber 1 mit einem Winkel y; dessen Eingang mit dem ersten Eingang des Korrclationsmoduls verbunden ist, einen ersten und einen zwcitciiMullipliziercr 2 und 3, deren erster Eingang mit dem Ausgang des Phasenschiebers 1 verbunden ist, und einen drillen und vierten Multiplizierer 4 und 5, deren erster Eingang mit dem ersten Eingang des Korrclalionsmoduls verbunden isl. Der zweite Eingang der Multiplizierer 2 und 4 ist mit dem zweiten Eingang des Korrclationsmoduls verbunden. Der Korrclationsmodul enthält auch einen ersten und einen zweiten Integrator 6 und 7 sowie einen Addierer 8.
Der Integrator 6 ist zwischen den Ausgang des Multiplizieren 2 und den zweiten Eingang des Multiplizierens 3 geschaltet.
Der Integrator 7 ist zwischen den Ausgang des Multiplizieren 4 und den zweiten Eingang des Multiplizieren 5 geschaltet.
Der Addierer 8 ist an die Ausgänge der Multiplizierer 3 und 5 angeschlossen.
Der erste Eingang des Korrclationsmoduls wird mit einem Signal 7" und der zweite Eingang mit einem Signal U beaufschlagt. Am Ausgang des Phasenschiebers 1 erhüll man ein Signal 7", das zu T
umy verschoben isl.
Der Mulliplizicrcr 2 führt die Multiplikation U · 7" der Monientamplitiide der Signal U und 7" durch und
liefert nach der Integration im Integrator 6 das
Signal U · 7". Das Signal U ■ 7" isl ein Glcichstromsignal oder ein langsam veränderliches Signal, dessen r» Wcrt_ gleich dem Durchschnittswert des Produkts U ■ 7" isl. Ebenso erhält man am Ausgang des Integrators 7 das Signal U · T.
Der Multiplizierer 3 liefert das Signal (T-UV)1 das durch Multiplizicrung der Signale T' und VT κι erhalten wird, und der Multiplizierer 5 liefert das Signal (7"· OT).
Das Ausgangssignal des Addierers 8 besitzt die Form (7"'· UT) + (T- Uf).
Im Subtrahierer 26 wird das Signal
(7"· DT) + (T- OT)
vom Signal U abgezogen, und man erhält am Ausgang das Nutzsignal 2 S.
Die Richtwirkungsfunktion des Antennennetzes mit zwei Antennen (Fig. 2a) ist in Fig. 2b dargestellt.
Die Richtcharakteristik stellt die durchschnittliche Amplitude Ocff (<->) dar, mit der durch das Antennen-
2r, netz ein die Form einer ebenen Welle aufweisendes Signal in Abhängigkeit von der Eintrcffrichlung (-) des Signals zur Antennenachse wiedergegeben wird; diese Funktion weist zwei Nullstellen auf.
Für den Fall, daß nach den Verzögerungsleitungen
ίο 13 und 23, deren Verzögerung so eingestellt isl, daß der Empfangsbereich in einer bestimmten Richtung liegt, die mit der Anlennenachsc einen Winkel λ bildet, eine einfache Summe gebildet wird, so erhält man bei maximaler Amplitude ein Signal, das aus der Richtung
r, λ stammt. Auf diese Weise wird der Kanal α" gebildet. Bei den Filtern 12 und 22 handelt es sich um schmalbandige Filter, die auf eine Frequenz /() zentriert sind.
Indem auf die Verzögerungen der Vcrzögerungsleitungen 13 und 23 eingewirkt wird, kann die Empfangsrichtung des Antennennetzes mit zwei Antennen verändert werden.
Das aus einer punktförmigen, im Raum befindlichen Quelle ausgesandte Nulzsignal der Frequenz
ν /0 besitzt die Struktur einer flachen Welle, deren Ausbrcitungsrichtiing mil der Empfangsrichtung zusammenfallen muß, wenn die besten Empfangsbedingungen hergestellt werden sollen.
Ist diese Koinzidenz hergestellt, so besitzen die
V) Signale SO und S1, die am Ausgang der Verzögerungsleitungen 13 und 23 erhalten werden, eine Nutzkomponenle derselben Amplitude und denselben Phase der Form:
50 = S + hi)
51 = S + /) I
Dabei ist S das Nutzsignal, das aus der austrahlcnden Quelle stammt, und M) und b 1 sind Störsignale von Störqucllcn.
Das Gesagte trifft aiifdcn Fall zu, wo das erwünschte Signal aus einer Richtung kommt, die mit der Richtung ix" zusammenfallt.
Wenn neben diesem erwünschten Sinai aus der Richtung«" ein Störsignal vorhanden isl, das von einer punktförmigen Quelle aus einer Richtung /i" stammt, die von λ" verschieden ist, so wird dieses Störsignal durch die Antenne mit einer Amplitude wiedergegeben, die proportional den Wert ()„(//) der Rieht-
wirk imgsfiin ktio η Ox liir /I ist. Nun ist aber <),(//) <(),(*).
Es kann sein, daß die Dümpfung nicht ausreicht, um einen störungsfreien Empfang des aus der Richtung λ" eintreffenden Signals zu ermöglichen.
Die Empfangsvorrichtimg mit zwei Antennen stellt sich auf die aus der Richtung //" stammende Störung ein, indem sie ihre Interkorrelationskoeflizienten mißt, um die Störung anschließend zu neutralisieren. Bei der Richlwirkung entspricht dies einer Verschiebung einer Nullstelle der Richtcharakteristik bis zum Winkel //.
Die Empfangsvorrichtung mit zwei Antennen löscht vollkommen die Interferenzen, die vollständig auf ilen beiden Antennen korrcliert sind. Darüber hinaus stellt sich die Vorrichtung neu ein, wenn das Störsignal seine Einfallsrichtung ändert und aus einer Richtung r" kommt, indem die Nullslelle der Richtcharakteristik bis zum Winkel r verschoben wird.
Die Empfangsvorrichlung sorgt selbst bei Vorhandensein von Slörsignalen aus Störquellen, die eine beliebige Raumstruktur aufweisen, für eine optimale Einstellung der Antennennetze und ermöglicht es so, das beste Verhältnis von Signal/Rauschen zu erreichen, das mit einem Antennennelz mit zwei Antennen erreicht werden kann.
Gemüß einer Variante der Empfangsvorriehtung mit zwei Antennen mit veränderlichen Verzögerungsleitungen können auch /' untereinander gleiche Empfangsvorrichtungen verwendet werden, die lediglich die beiden Antennen gemeinsam haben und bei denen die Verstärker, die Filier und die nachgeschalteten 2 P Verzögerungsleitungen so eingestellt sind, daß sie jeweils nur eine ein/ige Empfangsrichtung festlegen, die für jede Vorrichtung anders ist. Auf diese Weise kann man gleichzeitig /' Empfangsriehtungen untersuchen.
In Fig. 3 wurde eine herkömmliche automatische Verstärkungsregelungsstufe dargestellt.
Diese Verstärkungsregelungsstufe enthält einen Dividierer 40, der auf einem seiner Eingänge ein erstes Signal .*(<)) empfangt, das durch ein zweites Signal rv geteilt werden soll, das auf dem /weiten Eingang des Dividierers geleitet wird. Das zweite Signal rv wird vom ersten Signal durch eine Kette erarbeitet, in der in Serie ein quadratischer Detektor 41, der das Signal x(l)1 liefert, ein Integrator 42 über eine Zeit V, der ein Signal
liefert, und ein Quadratwurzelgenerator 43 geschaltet sind, der das zweite Signal Tx liefert.
In Fig. 4 wurde die erfindungsgcmäOe Empfangsvorrichtung mit (h-I-I) Antennen RO, Rl... Rn dargestellt, denen jeweils ein Verstärker /10, A I An, ein Filter FO, Fl... Fn und eine veränderliche Verzögerungsleitung LO, Ll ... Ln nachgeschüttet sind.
Die Antennen RO, Rl... Rn sind in gleichen Abständen und auf einer Geraden angeordnet; die Verzögerungen wurden so vorgesehen, daß die Empfangsrtchumg mit der Richtung zusammenfällt, aus der das aus einer punktförmigcn Quelle stammende Nulzsiunal kommt.
Am Ausgang der Verzögerungsleitungen erhält man )i Signale der Form
SO = S + /)()
.SI = S -l- /) I
Sn = S h /)/i
S ist das aus tier Quelle stammende Nulzsignal, /)(), /)l. . ./χι sind die von den Störquellen stammenden ίο Störsignale.
Die Enipfangsvorrichtimg umfal.lt eine Kombinationseinheit I mit einem Addierer./, der die Summe der Signale .S1O, .S11 ... Sn bildet, mit n Subtrahierern Dl, D2 ... Dn, die die die Differenz zwischen dem r, Signal SO und den Signalen SI, S2...Sn bilden.
Die Einpfangsvorrichtung enthält außerdem eine Orthonormalisierungseinheit II mit η Kanälen Vl, Vl .. . Vn, mit denen die aus den Subtrahierern Dl, 02 ... Dn stammenden Signale verarbeitet werden; .'ο die Einheit Il liefert die η orthonormalisierten Signale 7Ί.Τ2 ... Tn.
Der erste Kanal Vl enthält eine Verstärkungsregelungsstufe QX, die an ihrem Ausgang das Signal Tl liefert, wobei tier Eingang der Verstürkungs- _>-. regelungsstufe Q 1 an ilen Ausgang des Subtrahierers D I angeschlossen ist.
Der zweite Kanal Vl enthält einen Subtrahieret-Di, einen Korrclalionsmodul C\, der dem Subtrahierer D\ zugeordnet ist, und eine Verstärkungs-Ui regeliingsstufe(J2,diean ihrem Ausgang ilas Signal 7'2 liefert.
Der Ausgang des Subtrahierers Dl ist mit dem /weiten Eingang des Korrelationsmoduls C\ und mit dem positiven Eingang des Subtrahieren D\ ver-)- > blinden.
Der Ausgang des Korrelalionsmoduls C-. ist mit dem negativen Eingang des Subtrahierers D1, verbunden.
Der /)-te Kanal VO, wobei ρ eine ganze Zahl ist,
■in die alle Werte von 2 bis η annehmen kann, enthält (/)- 1) Subtrahierer D\,... D], ... DJ!"', wobei j eine
ganze Zahl ist, die alle Werte von I bis/) — I annehmen
kann, (/> — 1) Koirelalionsmoduln C'1,, ... Cj,... CJT1.
die den (/>- I) Subtrahierern D],... Dj,... D{;~' zu-
■i) geordnet sind, sowie eine Vcrstärkungsregelungsslufe QlK die das Signal Tp liefert.
Der Ausgang des Subtrahieren Dp ist an den ersten Eingang des Korrelalionsmoduls C1,, und an den positiven Eingang des Subtrahierers D',, angeschlossen. r)ii Der Ausgang des Subtrahierens Dj1 1 ist mit dem positiven Eingang des Subtrahicrcrs Dj, verbunden.
Der Ausgang des Subtrahierens DJ!'"2 ist mit dem positiven Eingang des Subtrahieren DjJ ' verbunden.
Der Ausgang des Korrelationsmoduls Gj, ist an den ίί negativen Eingang des Subtrahierers Dj,angeschlossen.
Der Ausgang des Subtrahierers D(!~' ist mit dem Eingang der Vcrstärkungsreglungsstufe Qp verbunden.
Der ;i-tc Kanal Vn enthält /i-l Subtrahicrcr D]1 ... Dj1 ... Du"1, wobei ./' eine ganze Zahl ist, die ω) alle Werte von I bis /ι— I annehmen kann, (/ι—I) KorrelationsmodulnCj, ... CJ„... CJ"',dieden(n- I) Subtrahierern Dj1 ... D^S ... DJ!"1 zugeordnet sind, sowie eine Vcrstärkungsreglungsstufe Qn, die das Signal Tn liefert.
M Der Ausgang des Subtrahieren Dn ist mit den zweiten Eingängen der Korrelationsmoduln C/, und mit dem positiven Eingang des Subtrahierers Dj, verbunden.
Der Ausgang des Sublrahierers D'„ ' ist mil dem positiven Eingang des Subtrahierens D'„ verbunden.
Der Ausgang des Subtrahieren D',\ J ist mit dem positiven Eingang des Subtrahierers D" ' verbunden.
Der Ausgang des Korrelalionsmoduls C-J1 ist an den negativen Eingang ties Subtrahieren /)/, angeschlossen.
Der Ausgang lies Sublrahierers DJJ'"1 ist an den Eingang der Verstärkungsregeluugsstufe Qn angesch'ossen.
Die Verstärkungsregelungsstufe Q1 ist mit den ersten Eingängen der ;i — 1 Korrelationsmoduln Ci ... C'rl ... C), verbunden, wobei rl alle ganzen Werte von 2 bis η annehmen kann.
Die Verstürkimgsregelungsslufe Qk (k kann alle ganzen Werte von 1 bis/ι-I annehmen) ist mit den ersten Eingängen der Ji-A- Korrclationsmoduln CK k M ... Ck rk . . . Cf, verbunden, wobei rk alle ganzen Werte von A: -t- I bis n annehmen kann.
Die Verstärkungsregelungsslufe Q(Ji-I) ist mit dem ersten Eingang des Korielalionsmoduls CJ!'"1 verbunden.
Darüber hinaus enthält die Empfangsvorrichtung eine Inlerkonelationseinheit III mit κ Korrelationsmoduln C 1, Cl ... Cp . .. Cn, die jeweils auf ihrem ersten Eingang das Signal 7 1, T2 ... Vp... 7» und auf ihrem zweiten Eingang das Signal Λ/ erhalten, mit einem Addierer./', der die Summe tier Ausgangssignale dem Korrelalionsmoduln CI1C2... Cp... Cn bildet, und mit einem Subtrahierer D, dessen negativer Eingang mit dem Ausgang des Addierers ./' verbunden ist, dessen positiver Eingang das Signal Λ/ empfängt und dessen Ausgang das Nutzsignal (11 H).S liefert.
Mit 1 Iilfe der erlindungsgemäßen Vorrichtung können (i Nullstellen der Richtcharakteristik des Antennennetzes mit ((J I I) Antennen verschoben werden und so die von /1 punktförmigen Slöri|iiellen stammenden Störsignale neutralisiert werden. Hei aus eine beliebige räumliche Struktur aufweisenden Stört|uellen stammenden Störsignalen sorgt die erlindungsgemäüe Vorrichtung für eine optimale Antcnncneinstellung und ermöglicht es, das beste Verhältnis Signal/Rauschen zu erhallen, das mit einem Anlennennetz mit (Ji+ 1) Antennen erzieh werden kann.
F i g. 5 zeigt die erlindungsgemäüe Empfangsvorrichlung mit drei Antennen, wobei auf jede Antenne IU), Rl, R2 ein Verstärker /10, A 1 bzw. /12, ein aiii eine Frequenz /0 zentriertes Filler Fl), Fl bzw. F2 und eine veränderliche Verzögerungsleitung LO, Ll bzw. L2 folgen.
Die Verzögerungsleitungen LO, Ll, L2 liefern an ihren Ausgängen drei Signale SO, Sl, S2 der Form
SO ^ S I- /)()
S I - S -h /) I
S2 = Sh/,2
Dabei ist S das aus der Quelle stammende Nutzsignal und /)(), b\, hl sind die von der Störquelle stummenden Slörsignale.
Die Empfangsvorriehlung enthält einen Addierer J, der die Summe der drei Signale SO, Sl, S2 bildet, sowie zwei Subtrahierer D1 und Dl, die die Differenz zwischen dem Signal SO und den Signalen S I und S2 herstellen.
Der Ausgang des Sublrahierers Dl fuhrt zum Eingang einer Vcrstärkungsregclungsstufe Ql, der Ausgang von QI zu den ersten Eingängen eines Korrelalionsmoduls Cl und eines Korrelationsmo-,l.ik <"',
Der Ausgang des Subtrahierers Dl führt zum
zweiten Eingang de< Korrelntionsmoduls C\ und zum positiven Eingang eines Sublrahierers />;,<1ί;ι negative
Eingang des Subtrahierers D\ ist mit dem Ausgang des
ι Korrelationsmoduls C-. verbunden.
Der Ausgang des Subtrahierers D\ ist mil dem Eingang einer Verstärkungsregelungsslufe Ql verbunden, deren Ausgang zum ersten Eingang eines Korrelalionsmoduls C2 führt.
in Die zweiten Eingänge der Korrelalionsmoduln Cl und C2 sind an den Ausgang des Addieren ./ angeschlossen. Die Ausgänge der Korrelalionsmoduln C 1 und C2 sind mit den Eingängen eines Addierers J' verbunden, dessen Ausgang zum negativen Eingang
π eines Sublrahierers D führt.
Der positive Eingang des Sublrahierers /) ist mit
dem Ausgang des Addierers J verbunden, und der Ausgang des Subtrahieren D liefert das Nut/signal 3.S'.
Die erfmdungsgemäße Empfangsvoi richtung mit drei Antennen enthält also nach den Verzögerungsleitungen zweier Vcrslärkungsregchmussliifcn, drei Korrelationsmotluln, zwei Addierer und vier Subtrahierer.
Die Empfangsvorrichtung mit drei Antennen, wie
2) sie in der deutschen Patentschrift 21 2l)42l beschrieben wird, enthält dagegen einen Phasenschieber, tlrei Addierer, fünf Subtrahierer, sechs Verstärkungsregelungsstufen, zwei Korrelalionsmoduln mil gemeinsamem Addierer.
»ι Die crfindungsgemäße Empfangsvorrichtung mil drei Antennen ermöglicht also eine Ersparnis von vier Verslärkungsregelungsstufen, einem Suhirahierer und einem Phasenschieber, benötigt jedoch ein Korrelat ionsmodul zusätzlich.
r. Da Qiiadratwurzelgeneralor, Quadraldetektoren, Multiplizierer und Dividierer Hardware-Vorrichtungen wesentlich höherer Kompliziertheit sind als Summierer und Subtrahieren ist ersichtlich, daß ein Korrelationsmodul wesentlich weniger Hardware darstellt,
M) als vier Vcrstärkungsregeliingsstufen. so daß die erfmdungsgemäße Empfangsvorrichtung mit tlrei Antennen und noch viel mehr tue erlind ungsgcinüUc Vorrichtung mit Ji H I Antennen, eine Verbesserung in bezug auf die Vorrichtung mit drei Anleimen gemäß
■π der deutschen Palenlschrift 2129 421 darstellt.
Für den Fall von Gaußschen Störungen ist es möglich, in der ei iinilungsgemäUen 1 mpfangsvorrichtung die Verstärkungsregelungsstiilen und die Korrelationsmoduln zu vereinfachen und deren llard-
r)(i ware-Umfang zu verringern.
In F i g. 6 wirtl eine vereinfachte automatische Verstärkungsregelungsstufe dargestellt, die in der crfindungsgemäßen Empfaiigsvorriehlimg bei Ciaußschcn Störungen verwendet werden kann.
τι Die vereinfachte Verstärkungsregelungsstufe enthält einen Dividierer 40', der an einem Eingang ein erstes Signal .v(r) empfängt und auf einem /weilen Eingang ein zweites Signal, das aus dem ersten durch einen Lineardetektoi 41' mit nachfolgendem Integrator 42'erarbeitet wurde.
In F i g. 7 wird ein vereinfachter Korrelalionsmotliil dargestellt, der in der crfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung verwendet werden kann, wenn es sich bei den Störsignalcn um Gaußsche Signale handelt.
Der vereinfachte Korrclationsmodul enthüll dieselben Elemente wie der in tier F' i g. I gezeigte Korrclationsmodul mit Ausnahme ties ersten und dritten Multiplizieren, die durch Umschalter 2' und 4'
ersclzl werden und die zwei vor einem der Eingänge jedes Umsehallcrs so angeordnete Begrenzer 2" und 4" aufweisen, dall die aus dem ersten Eiingang des Korrelationsmoduls stimmenden analogen Signale begrenzt werden. Die Begrenzer setzen diese analogen τ Signale in binäre Signale um. die das Vorzeichen der analogen Signale repräsentieren.
Der vereinfachte Korrclalionsmodiil enthät wie der in Fig. I gezeigte Korrclationsmodul die beiden Multiplizierer 3 und 5, die beiden Integratoren 6 und 7, den Phasenschieber 1 mit dem Winkel i- und den
Addierer 8.
Anstalt veränderliche Verzögerungsleitungen in den eilindungsgcmäßen Fmpfangsvorriehiungcn zu ver-
wenden, können auch P unter sich gleichartig Limpfangsvonichlungcn verwendet werden, die unter einander lediglich die (» -|- I) Antennen und die diesel folgenden Verstärker und Filier gemeinsam habci und deren Verzögerungsleitungen auf feste Werli eingestellt sind, die für jede Vorrichtung unterschied lieh sind, so dal.! /' unterschiedliche F-mpfangsrichlun gen bearbeitet werden können.
Auch können die η + 1 Antennen so auf beliebig! Weise angeordnet werden, wenn die vcrändcrlichci Verzögerungsleitungen so eingestellt sind, daß die au: einer gegebenen Richtung einfallenden Signale mi einem Maximum an Fmpliiullichkeit empfangen wer den sollen.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    I. Vorrichtung zur Verbesserung des Signal/ Rausch-Abstands der von (ji + I) Antennen emp- -, fangenen Signal, deren Rauschanteile mindestens kreuzkorreliert sind, mit
    (n f- 1) Anteilen, wobei η größer als 1 und eine ganze Zahl ist und die Antennen ein aus einer durch Störsender gestörten Quelle stammendes '" Signal geringer Bandbreite und der Mitlelfrequenz /O empfangen,
    - Verarbeitungsschaltkreisen dir die aus den (« + 1) Antennen stammenden Signale mit Verslürkungsmitteln für die auf /0 zentrierten '"' schmalbandigcn Filter und mit Verzögern ngsorganen, die an ihren Ausgängen (;i I- 1) Siguyle .VO, S\ ... Sn der Form
    .VO = .V -f- M) μ
    S I = S + b I
    .Vh = .S' ·(- hn
    liefern, wobei S das aus der Quelle stammende Nutzsignal und />(), h\ ...hn die von den -' Störqucllcn kommenden Störsignale sind, ilie zumindest kreu/korrelierl sind,
    Verstärkungsregeliingsstiifen,
    Addierern,
    Subtrahierern mit je einem negativen und einem J" positiven Eingang,
    Korrclalionsmoduln, von denen jeder zwei nichtsymnielrische Eingänge und einen Ausgang besitzt, wobei der erste Eingang ein Signal T und der zweite Eingang ein Signal U !) empfängt und der Ausgang des KorrelationsmodulseinSignalderForni7" · UT + 7" · UT
    liefert, wobei T' ein um y zum Signal T pliasenverschobenes Signal ist, '"
    d a durch g e k e η η ζ e i c Ii η c t, daß sie
    eine Kombiniereiiiheit (1) mit
    einem Addierer (./), der die Summe der verschiedenen Signale .VO, .Vl ...Sn bildet '' und ein Signal Λ/ liefert,
    /i Subtruhicrcrn (Dl, 1)2... Dn), die die Differenz zwischen dem Signal SO und den Signalen .Vl, .V2 ... .V» bilden, um Signale zu bilden, die nur aus Rauschen bestehen, '"
    eine Orthoiiormalisicrimgseiiiheit (ll)mitit Kanälen (V 1, Vl ... Vn) zur Verarbeitung gemäß der CJrahani-Sclimidt-Melliodc der aus den Subtruhicrcrn (Dl, 1)2... Dn) stammenden v> Signale, die n orlliononnalisierte Signale Tl, Tl . . . Tn liefert, wobei
    der erste Kanal (l· I) eine Ventärkiingsregelungsstufe (CJI) enthält, die an ihrem ho Ausgang das normierte Signal TI liefert, der Eingang der Verstärkimgsregelungsslufe (Q I) mit dem Ausgang des Subtrahieren (/) I) verbunden ist,
    der zweite Kanal (Vl) einen Sublruliicrcr (,-, (Di), einen Korrelalionsinodul (Ci), der dem Subtrahierer (D\) zugeordnet ist, und eine Verstärkiingsregeliingsslule (Ql) enthält, die DJ, ... Verstärdie das
    an ihrem Ausgang das normierte Signal 7'2 liefert,
    der Ausgang des Subtrahierers (Dl) mit dein zweiten Eingang des Korrelationsmoduls (Ci) und mit dem positiven Eingang des Subtrahieren (Dl) verbunden ist,
    der Ausgang des Korrelationsmoduls (C\), der ein mit TI kreii/ikorreliertes Signal liefert, mit dem Miiniseingang des Subtrahicrers (Di) verbunden ist, der ein Signal, this orthogonal zu 7Ί ist, liefert,
    der Eingang der Verstärkiingsregelungsstufe (Ql) mil dem Ausgang des Subtrahierens (Di) verbunden ist, welche Stufe (Ql) ein oillionormalisierlcs Signal 7'2 liefert,
    der /Me Kanal (Vp), für ρ gleich einer ganzen Zahl, deren Wert zwischen 2 und η liegen kann,(/>- l)Sublrahierer(Dj,.../);,.. .D1;''), wobei /' eine ganze Zahl ist, die alle Werte /wischen 1 bis/) — 1 annehme» kann, (/> - 1) Korrelalionsmoduln (Cj1 ... C' ... CJ '), die den (/> — I) Subtrahierern (D1, . D1J1 ') zugeordnet sind, und eine
    kungsregelungsstufe (CJ/)) enthält,
    Signal Tp liefert,
    der Ausgang des Subtrahierers [Dp) mit den zweiten Eingängen der Korrelationsmoiluln (C'/,) und mit dem positiven Eingang des Subtrahieren (Dj,) verbunden ist,
    der Ausgang des Subtrahierers (λ)', ') mit dein positiven Eingang des Subtrahieren (/)/,) verbunden ist,
    der Ausgang des Subtrahieren (OJ! J) mit dein positiven Eingang des Subtrahierens (D1I, ') verbunden ist,
    der Ausgang des Korrelalionsnioduls (C'',), der ein mit T/ kreuzkorreliertes Signal liefert, mit dem negativen Eingang des Subtrahieren (D^) verbunden ist, der ein Signal, das orthogonal zu Tj ist, liefert,
    der Ausgang des Subtrahieren (UJ1'"1) mit dem Eingang der Verstärkiingsregelungsstufe (Qp) verbunden ist, die das orlliononnalisierte Signal Tp liefert,
    der »-te Kanal (Vn) n—\ Sublraliierer (D], ... Dj, ... /);;'), wobei / eine ganze Zahl, die alle Werte von I bis»- I annehmen kann, (/ι—1) Korrelationsniodulii (Cj1... Cn... CJJ), die den Oi-I) Subtrahierern (/Jj1 ... Dj, ... DJ!"') zugeordnet sind, sowie eine Verstärkungsregeliingsstiife (Qn) enthält, die das Signal T;i liefert,
    der Ausgang des Subtrahieren (Dn) mit den zweiten Eingängen der Korrelationsniodulii (C/,) und mit dem positiven Eingang des Subtrahieren (Dj1) verbunden ist,
    der Ausgang des Subtrahierers (Dj,~l) mit dem positiven Eingang des Subtrahierers (Dj1) verbunden ist,
    der Ausgang des Subtrahieren (A)J! 2) mit dem positiven Eingang des Subtrahierers (/);; ') verbunden ist,
    der Ausgang des Korrelationsmoduls (Ci), der ein mit 7/ kreuzkorreliertes Signal liefert, mit dem negativen Eingang des Subtrahieren (D!,) verbunden ist, die ein Signal, das orthogonal zu 7/ ist, liefert,
    der Ausgang des Subtrahieren (/)" ') mit
    dem Eingang der Verstärkungsregelungsstufe (Qd) verbunden ist, die das orthonormulisierie Signal Tu liefert,
    die Verstürkungsregelungsstufe (Q 1) mit den ersten Eingängen der (»— I) Korrelalionsmoduln (£"ί · · · C'ri · · · ί'ίι) verbunden ist, wobei rl alle ganzen Werte von 2 bis η annimmt,
    die Verstärkungsregelungsstufe [Qk) (k kann alle ganzen Werte von I bis /1 — I annehmen) mit den ersten Eingängen der (;i —A) Korrelationsmoduln (C*,, . . . Cr\.. . Ck„) verbunden ist, wobei rk alle ganzen Werte von [k + I) bis /1 annehmen kann,
    die VerslärkungsregelungsstuTe [Qn 1) mit dem Eingang des Korrelationsmoduls (C"'1) verbunden ist,
    sowie eine Interkorrelationseinheit (!1I) enthält, mit
    11 Korrelalionsmoduln (Cl, Cl. .. C'/>. . .Cn), die jeweils auf ihrem ersten Eingang das Signal TI, T2 ... 7p ... 7Ή und auf ihrem zweiten Eingang das Signal Λ/ erhallen, und Ausgangssignale liefern, welche aus den Rausehkomponenlen vom Signal Λ/, die mit Tl, T2 ... 7/) ... 7υ kreuzkorreliert sind, bestehen,
    einem Addierer (./'), der aus ilen Ausgangssignalen der η Korrelationsmoduln (Cl, Cl ... C'i> ... Cn) die Summe bildet,
    und einem Subirahierer [D), dessen negativer Eingang mit dem Ausgang des Addierers [J') verbunden ist, dessen positiver Eingang das Signal von Λ/ empfangt und dessen Ausgang das Nutzsignal (/1 -f-1) S liefert.
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