DE2250390A1 - Verfahren zur erzielung einer konstanten fehlalarmrate und detektoreinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Patentanwälte 1 3. Okt. 197?

Dipl. Ing. C Wallach

Dipl. Ing. β. Koch 13 962 h/r

Dr.T.Hatbaeh
8 München 2

K-yfiW]ers5i.8,Tel.24O275

Sperry Rand Corporation New York / USA

Verfahren zur Erzielung einer konstanten Fehlalarinrate und Detektoreinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung einer konstanten Fehlalarmrate sowie auf eine Detektoreinrichtung zur Durchführung des Verfahrens·

Ein grundlegendes Problem bei bekannten Detektorschaltungen ist die Erzeugung einer Anzeige, daß ein Signal oberhalb des Schwellwertes der Detektorschaltung vorhanden ist₉ wenn in Wirklichkeit kein Signal vorhanden ist» sondern die Fehlanzeige als Ergebnis von Rauschen oder anderen Störungen erzeugt wurde. Diese Störungen können als Irgendwelche unerwünschten Störungen innerhalb des Nutzfrequenzbandes definiert werden, wodurch der Detektor eine falsche Anzeige erzeugt, daß ein Signal, vorhanden ist. Diese Fehlanzeige, wird als Fehlalarm bezeichnet, und die Rate, mit der diese Fehlanzeigen erzeugt werden, wird als Fehlalarmrate bezeichnet.

Die Fehlalarmrate wurde bei bekannten Detektorschaltungen durch die Anwendung der folgenden grundlegenden Techniken weitgehend verringert: Erstens wurde eine Bandpaßfil-

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terung verwendet, die lediglich die Zuführung von Signalen und Störungen innerhalb eines bestimmten Durchlaßbandbereiches an den Detektorschaltungseingang zuläßt. Zweitens wurde der Schwellwertpegel der Detektorschaltung über den Pegel des Rauschens und der Störungen angehoben, so daß lediglich Signale oberhalb des Schwellwertpegelβ «in Signal erzeugen, das das Vorhandensein eines Signale anzeigt. Drittens wurde die Detektorschaltung für lediglich die relativ kurze Zeitperiode torgesteuert oder aufgesteuert, für die das Vorhandensein eines Signale zu erwarten ist. Offensichtlich erfordert das Anheben des Schwellwertpegelβ der Detektorschaltung auf den Pegel des Rauschens oder der Störungen, daß das von der Detektorschaltung zu erfassende Signal größer sein muß als das Rauschen oder die Störungen in dem interessierenden Frequenzdurchlaßbereich. Wenn jedoch der Frequenzdurchlaßbereich des Signale vergrößert wird, verringert sich der Vorteil, der durch die Filtertechnik erzielt wird, und die Bedeutung der Anhebung des Schwellwertpegels und der Torsteuertechniken wird verstärkt. Weiterhin wird, wenn der Pegel des Signals ungefähr die gleiche Amplitude wie der Pegel des Rauschens oder der Störungen aufweist, die Torsteuertechnik der einzige und höchstbedeutende Faktor. Es ist äußeret schwierig, eine Detektorschaltung mit diesen Forderungen zu schaffen, die das Vorhandensein des Signale von Rauschen oder Störungen mit einem erheblichen Zuverlässigkeitsgrad unterscheiden kann.

In Schaltungen, die mit breiten Basisband-Iapulssignal· einrichtungen verwendet werden, ist dieses Problem besonders akut, und zwar aufgrund des breiten Frequenz-Durchlaßbereiches des Impulssignals. Dieses Problem wird weiter vergrößert, wenn die Amplitude dee Basisband-Impulssignals

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begrenzt werden muß, damit keine erheblichen Störungen von anderen Hochfrequenzenergie-Übertragungen auftreten.

Weiterhin werden die Betriebseigenschaften einer Detektorschaltung durch Temperaturänderungen und Änderungen dee Spannungspegelβ beeinflußt, der von Leistungsversorgungsquellen geliefert wird. Als Ergebnis ändert sich die Fehlalarmrate, für die eine Detektorschaltung ausgelegt ist, in zufälliger Weise, wodurch die Zuverlässigkeit der von der Detektorschaltung erzeugten Anzeige des Vorhandenseins eines Signals beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzielung einer konstanten Fehlalarmrate und eine Detektoreinrichtung zur Durchführung des Verfahrene zu schaffen, bei denen die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden.

Eine erflndungsgemäß ausgebildete Detektoreinrichtung, die Temperaturänderungen ausgesetzt i«t_D und eine Leistungeversorgungsquelle mit sich ändernder Ausgangsspannung einschließt, und die mit einer Signalquell® verwendet werden soll, die der Detektoreinrichtung Eingangssignale mit bekannten Wiederholfrequenzen innerhalb «Ines Nutzfrequenzbandes in einer Umgebung liefert, in dor Störungen vorhanden sind, umfaßt erste Schwellwerteinrichtungen, die mit der Leistungsvereorgungsquelle verbunden sind₀ einen veränderlichen Schwellwert aufweisen und Eingangssignale und Störungen empfangen können« wobei die Sehweliwerteinrichtungen in Abhängigkeit von den Eingang»signalen und den Störungen Schwellwert-Ausgangssignale liefern, die Amplituden oberhalb des Momentanvertee des veränderlichen Schwellwert«β aufweisen,, Speichereinrichtungen, die mit

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der Leietungeversorgungsquelle und den Schwellwerteinrichtungen verbunden sind« und die ein Ausgangesignal alt veränderlicher Amplitude erzeugen, die sich mit einer Rate ändert, die proportional zu der Rate ist, mit der die' Schwellwertausgangssignale geliefert werden, zweite Schwellwerteinrichtungen mit einem voreingestellten Schwellwert, die mit der Leistungsversorgungsquelle und den Speichereinrichtungen verbunden sind, wobei die zweiten Schwellwerteinrichtungen ein Anzeige-Ausgangssignal erzeugen, wenn die Amplitude des von den Speichereinrichtungen empfangenen Ausgangssignale mit veränderlicher Amplitude den vorangestellten Schwellwert Überschreitet, und Nebenschlußeinrichtungen, die zwischen den Speichereinrichtungen und den ersten Schwellwerteinrichtungen eingeschaltet sind und die den Nomentanwert des veränderbaren Schwellwertes entepre-

dem von
chendVtien Speichereinrichtungen erzeugten Aus gange signal mit veränderlicher Amplitude steuern, wobei die ereten Schwellwerteinrichtungen Schwellwertausgangesignal· in Abhängigkeit von den Störungen mit einer konstanten ersten Rate liefern„ die bei Vorhandensein von Temperaturänderungen und Spannungsänderungen der Leistungsversorgungsquelle konstant gehalten wird, und Schwellwertausgangesignale mit einer zweiten Rate in Abhängigkeit von den Eingang·signalen liefern.

Ein erfindungsgemäßee Verfahren zur Lieferung einer konstanten Fehlalarmrate in einer erfindungsgemäßen Detektorschaltung der vorstehend beschriebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt: Messen von Eingangssignalen oberhalb eines Momentanwerte· des veränderlichen Schwellwertes der ersten Schwellwerteinrichtung in dieser Schwellwerteinrichtung, Messen der Störungen

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und dee Rauschens oberhalb des Momentanwertes des veränderlichen Schwellwertee in der ersten Schwellwerteinrichtung„ Erzeugen demodulierter Auegangssignale von der ersten Schwellwerteinrichtung in Abhängigkeit von den gemessenen Eingangssignalen, Erzeugen demodulierter Ausgangseignale von der ersten Schwellwerteinrichtung in Abhängigkeit von den Störungen und dem Rauschen, Erzeugen eines Ausgangssignal β mit veränderlicher Amplitude von den Speichereinrichtungen, das proportional zu der Rate ist, mit der demodulierte Ausgangs signale erzeugt werden, Messen einer Anzahl der demodulierten Ausgangssignale oberhalb eines voreingestellten Schwollwertes der zweiten Schwellwerteinrichtung in dieser Schwellwerteinrichtung, Erzeugen eines Anzeige-Ausgangssignals von der zweiten Schwellwerteinrichtungp wenn die demodulierten Ausgangssignale den voreingestellten Schwellwert überschreiten, und Steuern des Momentanwertes des veränderlichen Schwellwertes in der ersten Schwellwerteinrichtung mit den Ausgangssignalen mit veränderlicher Amplitude, wobei die demodulierten Ausgangseignale,, die in Abhängigkeit von den Störungen erzeugt werden, mit einer konstanten Rate erzeugt werden, die kleiner ist als die Rate, mit der die demodulierten Ausgangseignale in Abhängigkeit von den Eingangssignalen erzeugt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Detektorschaltung verwendet, die einen veränderlichen Schweliwertpegel aufweist und die als torgesteuerte oder Koinzidenz-Detektorschaltung bezeichnet wird. Der Schwellwertpegel hängt sowohl von Stör- und Rausch- als auch Eingangesignalen ab, die dem Eingang der Detektorschaltung zugeführt werden. Die Eingangsschaltung schließt

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ainan Avalanchetransistor (Lawinendurchbruchs-Tranaiator) ein, der «in verstärktes Ausgangssignal erzeugt« daa einen N-Bit-Schieberegister zugeführt wird. N parallel· Ausgänge werden von dem Schieberegiater an die Parallelkombination einee OND-Gattere mit N Eingängen und einer Summierβohaltung mit N parallelen Eingängen zugeführt. Für jeden von der Detektorachaltung erzeugten Impuls wird eine digitale "1" in das N-Bit-Schieberegister eingeführt. Wenn N digitale "1" in dem Schieberegiater vorhanden sind, erzeugt daa UND-Gatter mit N Eingängen ein Auagangasignal, daa daa Vorhandensein einea Signale anzeigt. Die Summierschaltung liefert eine analoge Ausgangsspannung, die proportional zur Summe der digitalen "1" in dem N-Bit-Schieberegiater iat. Die Analogapannung wird einer Nebenschluß-Transiatorschaltung zugeführt, deren Kollektor über ein Tiefpaßfilter mit langer Zeitkonstante mit der Kollektorspannung dea Lawinendurchbruchs-Transistors verbunden iat. Venn der dem Eingang dea Nebenschlußtransistors zügefUhrte Wert der Analogspannung größer wird, so wird der Kollektorstrom in den Nebenschlußtransistor, der dem Kollektorkreis deβ Lawinendurchbruchs-Transistore entnommen wird, größer, wodurch der Kollektorstrom in dem Lawinendurchbrucbs-Transistor verringert wird und außerdem seine Empfindlichkeit verringert wird. Die Rate,, mit der der Kollektorstrom in dem Nebenschlußtransistor aufgrund von durch Änderungen der Temperatur und/oder des Leistungavorsorgunga-Spannungapegela hervorgerufene Änderungen vergrößert wird, ist üblicherweise wesentlich langsamer oder kleiner als die Rate deä Anwachsens des Kollektoratroma aufgrund des Einsatzes «Ines Ein* gangsaignals. Daher wird die Empfindlichkeit des Schwellwertpegels in der Detektorschaltung mit einer Sate verringert, die ausreichend hoch ist, um Änderungen der Temperatur und des Leiatungsversorgungs-Spannüngapegels zu kompensieren.

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die jedoch aufgrund der Wirkung der langen Zeitkonstante in dem Tiefpaßfilter ausreichend niedrig ist, damit das Vorhandensein eines Eingangssignale erkannt werden kann. Auf diese Weise wird die Fehlalarmrate aufgrund von Störungen oder Rauschen für jeden empfangenen Eingangssignalimpuls konstantgehalten.

Obwohl die Detektorschaltung insbesondere zur Demodulation von breiten Basisbandimpulsen mit kurzer Dauer und niedrigem Signalpegel geeignet ist» kann sie auch in vielen anderen Anwendungen verwendet werden, fUr die Detektorschaltungen benutzt werden*

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Detektorschaltung^ die für ·. ein Detektorsystem für die Erkennung von Gegenständen verwendet wird;

Fig. 2 eine Reihe von typischen Schwihgungsformen am Ausgang der Schaltung nach Figo 1 während der Arbeitsweise ohne Signal und mit Signal;

Fig. 3 a und 3 b bilden zusammen «in Schaltbild eines Koinzidenz-Detektors des Systems nach Flg. 1;

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Fig. 4 ein Schaltbild «in·· 1Og₂N-βtufigen Vorwärts· RUckwärta-Zählers, dar eine abgeänderte AusfUhrungsforu darstellt·

Fig. 1 zeigt ein Detektorayatem 10 «tür Erfassung von Gegenständen, daa einen Sendeimpul«generator 11 einsohlleßt, der mit einer Sendeantenne 12 verbunden ist. Diese Bauteile liefern ein Baalsband-Signal von Subnanosekunden-Dauer, wie z. B. den Impuls 13» der in Fig. 1 gezeigt ist· Der Sendeimpulsgenerator 11 und die Antenne 12 kennen Bauteile der integrierten Art sein, wie sie in dem Sender-Strahlersystern nach dem deutschen Patent ... (dt. Pat.-Anm. P21 29 700.7 ) der gleichen Anmelderin beschrieben ist. Die abgestrahlte Impulsenergie wird von der Antenne 12 auageβandt und brei« tot sich in Richtung auf ein Ziel aus, das eilgemein bei i4 dargestellt ist. Reflektionen des auftreffenden Baalsbandimpulses, die durch den abgeschwächten Impuls 15 angezeigt worden» werden in Richtung auf die Empfangsantenne 16 abgestrahlt, die mit einer Detektorschaltung 17 verbunden 1st«

Die Detektorschaltung 17 schließt einen Avalanohe- oder Lawinendurchbruchs-Transistor 20 ein» dessen Basis* anschluO 20a mit einem Verbindungspunkt 21 verbunden istι der seinerseits parallel zur Antenne 16 und über einen Basiswiderstand 22 mit Signalerde verbunden ist. Die Detektorschaltung 17 kann von der Art sein, wie sie in dem deutschen Patent ... ( US- Patentanmeldung SN 178 993) der gleichen Anmelderin beschrieben ist. Der Emitteranschluß 20b ist mit einem Verbindungspunkt 23 verbunden,, der Über einen Emitterwiderstand 2k mit Erde und außerdem mit dem Ausgang einer Torst<*uerschaltung 25 verbunden ist, die ein mono« stabiler Multivibrator sein kann. Der Eingang der Torsteuerschaltung 25 ist mit einem Trigger-AusgangeanschluD des

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Sendeimpulagenerators 11 verbunden·

Der Kollektoranschluß 20c ist über einen Kollektorwiderstand mit einer mit V+ bezeichneten Spannungequelle verbunden. Der Kollektoranschluß 20c ist außerdem Über einen Kondensator 27 mit einem Verbindungspunkt 30 verbunden, der über einen Widerstand 31 mit Signalerde und außerdem mit dem Eingang eines Impulsdehnungenetzwerkeβ 32 verbunden ist, das ein monostabiler Multivibrator von der gleichen Art sein kann, wie es für die Torsteuerschaltung 25 verwendet wurde· Der Ausgang des Impulsdehnungsnetzwerkeβ 32 ist mit dem Eingang einer N-Bit-Speicherelnrichtung 33 verbunden, die ein integriertes Schieberegister sein kann. Der Taktβteuer-Eingange ana chluß der N-Bit-Speichereinrichtung 33 ist über eine Verzögerungeschaltung 3k mit dem Trigger-Ausgangaanschluß des Sendeimpulsgenerators 11 verbunden» Daher werden Dateneingänge an die N-Bit«Speichereinrichtung 33» die die Form von digitalen "1" aufweisen können _g mit der gleichen Rate in die Speichereinrichtung 33 eingeführt₀ wie Impulse durch den Seaideimpulsgenerator 11 erzeugt werden· Jede Stufe der N-Bit*Speichereinrichtung 33 weist einen Ausgang auf,. der mit einem Eingangsanechluß einer Summierschaltung 35 mit N Eingängen verbunden ist, wobei jeder Eingangsanechluß parallel zu einem Eingangsanschluß eines N-Bit-UND-Gatters 36 geschaltet ist. Das N-Elt-UND-Gatter 36 liefert ein Anzeige- Ausgangesignal, wenn jede Stufe der N-Bit-Speiehereinrichtung 33 sinen festgelegten Zustand aufweist, beispielsweise eine digitale ^N1^N.

Der Aussangsanschluß der Summierschaltung 35 mit N Eingängen ist mit einem Verbindungspunkt 37 verbunden, der seinerseits mit einem Basisanschluß hOa. eines Transistors kO verbunden ist. Außerdem ist mit dem Verbindungspunkt 37 ein

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Anschluß «ines Baal«widerstände· 4i verbunden, dessen anderer Anschluß mit Signalerde verbunden ist, und schließlich ist an diesem Verbindungepunkt 37 ·!» Testpunktanschluß 42 zur Beobachtung des Summensignalauegange der Summierschaltung 35 mit N Eingängen angeschaltet· Der EmItteranschluß 4OB ist über einen Emitterwiderstand hj mit Signalerde verbunden, und der Kollektoranschluß UOc ist über ein Tiefpaßfilter kk mit langer Zeitkonstante mit dem KoIlektoranschlufl 20c des Lawinendurchbruchs-Transistors 20 verbunden_o

Da das N-Bit-Schieberegister N Stufen aufweist und mit einer festgelegten Impulβwiederholfrequenz taktgesteuert wird, die gleich der Zmpulswiederholfrequenz oder der Hate der Trigger-Ausgangssignale ist, die von dem Sendeimpulsgenerator 11 geliefert werden, zeigen die parallelen Ausgänge des N-Bit-Schieberegisters nicht nur die Anzahl der von dem Lawinendurchbrucha-Transistör 20 erzeugten Impulse an, sondern außerdem die Rate, mit der diese Impulse erzeugt werden. Es ist bekannt, daß die Drift oder Änderung der Betriebseigenschaften eines Lawinendurchbruche-Transistors mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit erfolgt t üblicherweise treten die Änderungen der Umgebungstemperatur und der Spannungepegel der LeistungeVersorgungen, die die hauptsächlichen Ursachen einer Verschiebung oder Drift sind, Über Zeitperioden auf, die in der Größenordnung von Minuten oder Stunden liegen. Unter Ausfallbedingungen traten dies» Änderungen mit extrem hohen Geschwindigkeiten auf, die außerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegen. Da die Drift oder Verschiebung ein sich langsam ändernder Effekt ist, kann die Zeitkonetante des Tiefpaßfilters relativ lang gegenüber der Impulewlederholfrequenz und dennoch ausreichend zur Kompensation der lang-

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■amen Driftgeschwindigkelt gemacht werden. Beispielβweise kann die Zeitkonstante des Filters so ausgelegt werden« daß sie die Impulswiederhplfrequenz um einen Faktor von 100 oder 1000 überschreitet.

Weiterhin kann, da die N-Bit-Speichereinrichtung 33 eine Kapazität von N-Bite aufweist und die Summierschaltung 35 mit N-Eingängen eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zur Anzahl der digitalen "1" innerhalb der N-Bite ist,, die Serienkombination der Traneietorschaltung und das Tiefpaßfilter mit langer Zeitkonetante so ausgelegt werden, daß der Schwallwert des Lawinendurchbruchs-Transistors 20 derart geändert wird, daß im Durchschnitt über eine Zeitperiode, die gleich der Zeit ist, die zum Verschieben einer digitalen "1" durch die Einrichtung 33 erforderlich ist, die Anzahl άβτ gespeicherten ⁿ1ⁿ ungefähr K ist, wobei K kleiner als N ist· Somit ist, wenn der Lawinendurchbruchs-Transistor 20 während des Ruhezustandes Ausgangsimpulse aufgrund von Störungen oder Rauschens, die tatsächlich zufällig sind, erzeugt, die Wahrscheinlichkeit, daß der La-winendurchbruchs-Transistor 20 diese Impulse aufgrund νοώ Störungen erzeugt_β auf ungefähr K/N gehalten. Dies ist die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarmes für einen einzelnen Impuls ^pp*0). Unter der Annahme einer Unabhängigkeit von Impuls zu Impuls ist die Wahrscheinlichkeit_f daß genau eine spezielle Anzahl von Fehlalarmen M während N aufeinanderfolgenden Impulsen auftritt:

wobei ρ = Pp₁₁CO ie*·

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Wenn der Schwellwert de· Lawlnendurchbrucha-Traneistore 20 derart eingestellt ist, daß im Durchschnitt K "1" in der Speichereinrichtung vorhanden sind, so ist der Auedruck für

die Wahrscheinlichkeit, daß zumindest M "1" in der Speichereinrichtung vorhanden sind!

i ■ M

wobei ρ = K/N ist.

Über eine Zeitperiode sind in der Einrichtung 33 A" Durchschnitt eine Anzahl K von digitalen "1" gespeichert. Die Werte der Schaltungebauteile in der Serienkombination der Transietorschaltung und dee Tiefpaßfiltere mit einer Zeitkonstante können derart bestimmt werden, daß der Schwellwertpegel des Lawinendurchbruchs-Transietore 20 so abgeglichen ist, daß die durchschnittliche Anzahl von gespeicherten Bits gleich K ist. In einem speziellen AusfUhrungsbeispiel der Erfindung, das aufgebaut und untersucht wurde und das in Fig* 1 gezeigt ist, war die Anzahl der Stufen N in der Einrichtung 33 sechzehn, und M war in diesem Fall ebenfalls gleich sechzehn. Die Wahrscheinlichkeit eines Fehl al arme für einen einzigen Impuls ρ = I¹Va(O * ^K/^N

J? A

wurde durch d±«> geschlossene Schleife eingestellt, die die Serienkcrabination der Transiβtorschaltung und des Tiefpaßfilters mit langer Zeitkonetante umfaßt, um sicherzustellen, daß ρ * 1/16 ist, d. h. K s 1 und N « 16. Das Einsetzen de:r vorstehenden Werte in die Gleichung für P(M, N₁₁ p) ergibt die Wahrscheinlichkeit von Fehl al armen aufgrund vor, Störungen allein, die (i/i6)¹ oder 5,4 · 10 ist. Es ist au* dem Vorstehenden zu erkennen« daß die Wahr-

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echeinlichkeit von Fehlalarmen für einen einzelnen Impuls ein meßbar großer Wert ist, d. h. ρ = 1/16, während die Wahrscheinlichkeit, daß N Fehlalarme in N aufeinanderfolgenden Impulsen ein extrem kleiner Wert ist,, nämlich

5Λ . ίο"²⁰.

Bs ist verständlich, daß ein grundlegendes Verfahren bei der Erzielung der vorstehenden Ergebnisse verwendet wird, nämlich die kontinuierliche Messung der Fehlalarmrate für einen einzigen Impuls über eine festgelegte Zeitperiode und die Verwendung des gemessenen Wertes zur Steuerung der Empfindlichkeit des Detektors derart₉ daß die Wahrscheinlichkeit für Fehlalarme für einen einzelnen Impuls auf einen speziellen Wert gehalten wird₉ während die Drift kompensiert wirdο Weiterhin schließt das Verfahren die. Schaffung eines zeitlich bestimmten Schwellwertes ein, der eine erheblich große Anzahl von aufeinanderfolgenden Alarmen zur Erzeugung einer Anzeige, daß ein Eingangssignal vorhanden ist„ erfordert, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen aufgrund von Störungen allein auf einem extrem niedrigen Pegel gehalten wird· Dieses grundlegende Verfahren kann in einer weiten Vielzahl von Anwendungen in der Analogtechnik verwendet werden»

Während des Ruhezustandes und ohne das Vorhandensein eines Signale wird das System in einer noch zu beschreibenden Art derart eingestellt, daß die Einrichtung 33 eine kleine, jedoch von Null verschiedene Anzahl K von digitalen ^M1" enthält. Diese digitalen "1" werden durch die Summierschaltung 35 mit N-Eingängen augekoppelti„ um eine Analog-Auegangesspanxmng zu liefern, die dem Baniaanschluß kO& an dem Nebenschlußtransietor kO zugeführt wird. Dieser Zustand

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ist durch die in Fig. 2 gezeigte Schwingung*form A dargestellt. Der Nebenschlußtransistor kO leitet und sieht sei* nen Kollektorstrom durch das Tiefpaßfilter kk mit langer Zeitkonetante. Somit wird ein Teil des Stromes durch den Widerstand 26 durch den Nebenschlußtraneistor ho abgeleitet, und der verbleibende Teil des Stromes gelangt in den Lawinendurchbrucha-Tranaistor 20 und außerdem in den Kondensator 27p wenn dieser sich nach dem Durchbruch des Transistors 20 auflädt. Der Lawinendurchbruchs-Transietor 20 kann lediglich zu bestimmten Zeiten durchbrechen, die durch den Spannungspegel bestimmt sind, der dem Emitter 20b durch die Torsteuerschaltung 25 zugeführt wird· Wenn ein Durchbrach auftritt, wird der Kondensator 27 entladen und erzeugt einen Auegangeimpuls, der in die Einrichtung 33 als digitale "1" eingekoppelt wird, und dieser Pegel wird durch di« Einrichtung 33 durch aufeinanderfolgende TaktSteuerimpulse mit der gleichen Rate verschoben, wie Trigger-Austfangsimpulse durch den Sendeimpulsgenerator 11 erzeugt werden.

Wenn kein Impulssignal 15 vorhanden 1st, bricht der Transistor 20 sporadisch während einigen der Torsteuerintervalle durch, und zwar aufgrund von Häuschen, das in der Schaltung vorhanden ist. Im Ruhezustand erzeugt dieses im Durchschnitt K digitale "1" in der Einrichtung 33. Wenn weniger als X digitale "1" vorhanden sind, so sinkt die an den Basisanachiuß ^Oa angelegte Analog-Ausgangsspannung ab, wodurch der Kollektorstrom durch den Widerstand kO verringert wird und andererseits der Strom in den Lawinendurchbruchs-Tran«I.slor 20 erhöht wird. Dies bewirkt eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Transistors 20 odor eine Verringerung seines Schwellwertea» was die Wahrscheinlichkeit von Durchbrochen aufgrund einer Störspitze erhöht. Wenn mehr

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ale K digitale Ί" in der Einrichtung 33 vorhanden sind, wird ein größerer Strom durch den Transietor kO abgeleitet, wodurch der Kollektorstrom dee Transistors 20 verringert wird und somit seine Empfindlichkeit verringert, sein Schwellwert vergrößert und die Wahrscheinlichkeit eines Durchbruches aufgrund einer Störspitze verringert wird. Wenn der Inhalt der Einrichtung 33 auf Null absinkt» eo wird kein Strom durch den Traneistor kO abgeleitet, und der resultierende Strom durch den Lawinendurehbruohe-Transistor 20 ist durch eine geeignete Wahl dee Wideretandeβ 22 so bestimmt, daß er den Haltestrom des Lawinendurchbruchs-Transietors 20 überschreitet,, wodurch sichergestellt wird, daß ein Durchbruch auftritt und digitale ^H1ⁿ in die Einrichtung 33 eingeführt werden·

Es let für die Betriebsweise des Systeme wesentlich,, daß eich aufgrund der langen Zeitkonstante dee Filtere kh der abgeleitete, in das Filter kk fließende Strom nicht abrupt mit Änderungen im Inhalt der Einrichtung 33 ändert«, Vielmehr ist sichergestellt,, daß im Durchschnitt K digitale "1" in der Einrichtung 33 zu-allen iioiten vorhanden sind, wenn kein Signal vorhanden ist·

Das in Fig. 1 gezeigte System 10 zur Erfassung von Gegenständen kann zur Überwachung dee Vorhandenseins eines Ziels in eines: festgelegten Entfernung von dem System verwendet wordene Die überwachte Entfernung wird durch die Impulsbreite des TorSteuerimpulses 25a gesteuert^ der in der Tor steuerschaltung: 25 erzeugt und d@m Emitter 20b des Lawinendurckbrischs-Transi store 20 zugeführt wird« Die Zelt zwischen dem Auftreten dos ausgesandten Impulses 13 und der Vorderkante des Torsteuerimpulses 25» bestimmt die minimale übartjauhte Entfernung_D und die Zeit zwischen dem

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Auftreten dee ausgesandten Impulses 13 und der Hinterkante des Torsteuerimpulsee 25a be β titan t die maximale Entfernung« die duroh das System 10 zur Erfassung von Gegenständen überwacht wird.

Zu Anfang können,, wenn kein Ziel innerhalb der von dem System 10 zur Erkennung von Gegenständen Überwachten Sat· fernung vorhanden ist, unabhängige intermittierende Störungen von der Antenne 16 empfangen werden. Der Peg·! dieser Störungen oder des Rauschens kann ausreichend sein, um den Lawinendurchbruchs-Transiator leitfähig asu machen, wodurch irrtümlicherweise das Vorhandensein eines Signals In der überwachten Entfernung angezeigt wird. Der Lawinendurchbruche-Traneietor koppelt einen invertierten Impuls durch den Kondensator 27 an den Eingang des Impulsdehnungenetzwerkes 32, das einen digitalen "1"-Ausgang erzeugt, und die Schaltung arbeitet wie vorstehend beschrieben während eines Ruhezustandes·

Wenn ein Ziel in der durch das System 10 überwachten Entfernung vorhanden ist, wird eine Folge von reflektierten, durch den abgeschwächten Impuls 15 nach Fig. 1 dargestellten Impulsen an der Empfangeantenne 16 empfangen und dem BasisanschlTjß 20a des Lawinendurchbruchs-Transistors 20 zugeführt. Sofern die Eingangseignale eine ausreichende Größe aufweisen, um den momentanen Schwellwertpegel des Lawinendurchbruchs-Transistors 20 zu überschreiten und zeitlich mit der Zuführung eines Torsteuerimpulses von der Torsteuerschaltung 25 an den Emitteranschluß 20b zusammenfallen _P so leitet der Transistor 20 und erzeugt eine Folge von Impulsen,, die am Eingang des Impulsdehnungsnetzwerkes 32 erscheinen, die ihrerseits eine Folge von digi-

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talen ^H1^H erzeugt, die in die N-Bit-Speichereinrichtung eingeschoben werden. Die Vielzahl von digitalen "1ⁿ wird in der Summlerschaltung 35 mit N Eingängen addiert₉ um einen Analog-Spannungeausgang zu erzeugen₉ wie er durch die Schwingungsform C nach Fig. 2 dargestellt ist» Der Wert der Analogspannung steigt an₉ bis N digitale "1" in die N-Bit-Speichereinrichtung 33 verschoben sind₉ wobei die durch das Summiernetawerk 35 mit N Eingängen erzeugte Analogspannung bei diesem Pegel sich einem Sättigungswert nähert· Pas schnell® Anwachsen der Amplitude der Analogspannung gegenüber der Zeit, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt jedoch kein® zugehörige schnelle Verringerung der Empfindlichkeit der Detektorschaltung 17; d. hu der Schwellwertpegel wird nicht schnell vergrößert, und zwar deshalb, weil die lange Zeitkonstante des Tiefpaßfilters kk es dem durch den Kollektor des Transistors kO abgeleiteten Strom nicht ermöglicht₈ sich mit der schnellen Geschwindigkeit des Anwachsens der Amplitude der Analogspannung zu vergrößern, Ale Ergebnis tritt in der kurzen, zur Anzeige des Vorhandenseine eines Ziels erforderlichen Zeitperlode eine unwesentliche Änderung der Empfindlichkeit der Detektorschaltung 17 auf«

Das UND-Gatter 36 mit N Eingängen ist mit seinen Eingängen parallel an die Eingänge der Summierschaltung 35 mit N Eingängen angeschaltet und ist im wesentlichen eine voreingesteilte Schwellwerteinrichtung, die die parallelen Ausgänge der N-Bit-Speichereinrichtung 33 überwacht und ein Ausgangssignal erzeugt <, das nur dann das Vorhandensein eines Eingangssignals anzeigt, wenn jede Stufe der N Stufen in der il-Bit-Speichoreinrichtung 33 eine digitale "1ⁿ enthält* Da das UND-Gatter mit N Eingängen nur dann ein

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Auegangesignal erzeugt, wenn N digitale "1" gleichseitig seinen BingangsanschlUseen zugeführt werden, arbeitet ·· mit der Detektorschaltung 17 zusammen, um die extrem geringe Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen aufgrund von Störungen allein in dem bevorzugten Ausftihrungsbeispiel der Erfindung zu erzielen·

Die Figuren 3a und 3b zeigen ein Schaltbild eines Teils eines Empfängerabschnittes, der tatsächlich aufgebaut und für seine Verwendung in einem System 10 nach Fig. 1 zur Erkennung von Gegenständen untersucht wurde· Elemente* die gemeinsame Funktionen in den Figuren 1 und 3 erfüllen, sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Ein Kondensator 50 koppelt einen Eingang«impuls 15 von einer (nicht gezeigten) Empfangeantenne an den gemeinsamen Verbindungspunkt 21, der über einen Basiswiderstand 22 mit 510 Ohm mit Erde und außerdem mit dem Basinannchluß 20a eines Lawinendurchbruchs-Transistors 20 vom Typ 2N513O verbunden ist. Der Emitteranschluß 20b ist mit einem Verbindungspunkt 23 verbunden, der über einen Emitterwideretand 2k mit 100 Ohm mit Erde verbunden ista Die Torstouerschaltung 25» die ein integriertes monostabiles Multivibrator-Sohaltungselement umfaßt, ist mit dem Auegangsanschluß Q: über eine Diode 51 mit dem Verbindungepunkt 23 verbunden. Der Kollektoranschluß 2Oo des Lawinendurchbruche-Transistore 1st fiber einen Kollektorwidere titnd Z6 mit 2,5 Kilo-Ohm mit einer positiven Spannungequelle verbunden, die mit V+ bezeichnet ist· Der Verblndungapunkt des Kollektorwiderstandes 26 und des KoI-lektoravischlujfiea 20c ist Über einen Koppelkondensator verbunden, dessen anderer Anschluß mit Erde verbunden ist. Der Vert>lndun«epankt des Koppelkondensators 27 und des Lastwid«!retandcj% 31 ist mit dem Eingan^aanschluß eines Im-

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pulsdehnungs-Netzwerkes 32'verbunden, das einen integrierten monostabilen Multivibrator umfaßt, der gleich dem für die Torsteuerschaltung 25 verwendeten ist» Das Impulsdehner-Netζwerk 32 erzeugt einen 10 MikroSekunden breiten Impuls 32a in Abhängigkeit von einem Triggerimpuls 2OA₉ der seinem Trigger-Eingangsanechluß zugeführt wird.

Die N-Bit-Speichereinrichtung 33 besteht aus zwei integrierten Schieberegisfterelementen 33A und 33B₀ die jeweils acht Stufen einschließen„ Der Eingangsanschluß des Schieberegisters 33a ist mit dem Ausgangsanschluß des Impulsdelmer-Netziyerkes 32 verbunden und weist acht parallele Ausgänge aufc die jeweils parallel mit einem Eingang einer Summlerschaltung 35 mit 16 Eingängen und einem Eingang eines UND-Gatters 36 mit 16 Eingängen verbunden sind· Die Summierschaltung 35 umfaßt 16 parallele Netzwerkes die je»? wells eine Serienkombination eines 1000-Ohm-Widerstandes und einer Diode 1N914 einschließen« Ein Anschluß jedes Widerstandes lot mit einem Ausgangsanschluß der 16-Bit-Speichereixirichfomg 33 verbunden, und der ander© Anschluß jedes Wideisfcaades ist mit dem Anodenanschluß seiner zugehörigen Diode verbanden, während die Katnodenansehlüsse an jeder der 16" Dioden mit einem gemeinsamen Verbindungepunkt 37 verbunden sind.

Das UND-Gatter 36 mit 16 Eingängen umfaßt zwei integriert» UNB^attcr-Sehaltungselemente 3^A und 36B mit je 8 Eingängen,; daren jeweilige β Eingangganschlüsse mit den 8 Ausgangsasiechlüssen der jeweiligen Schieberegisterelemente 33A WiJd 33B verbunden sind« Jede» der UND-Gatter-Elemente 36Λ und 36B ist mit den Ausgangeanschlüssen an zuimfc®g?*i«a*e Invorterelemente 52 und 53 angeschal-

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tet, deren zugehörige AusgangsanschlUsse an ein UND-Gatter 54 mit zwei Eingängen angeschaltet sind, dessen Auegang andererseits mit dem Eingangsanschluß eines integrierten bistabilen Multivibrators 55 verbunden ist. Der Ausgangeanschluß des bistabilen Multivibrators 55 iet über einen Koppelwiderstand 56 mit dem Basisanschluß 57a eines Schalttraneis tore 57 verbunden, dessen Emitteranschluß 57b mit Erde und dessen Kollektoranschluß 57c Über die Serienkombination der Spule des Relais 60 und eines Kollektorwideret ande β 6"\ mit einer positiven Spannungsquelle V+ verbunden ist. Eine Diode 62 zur Unterdrückung von Spannungsspitzen ist parallel an die Anschlüsse der Spule 60 angeschaltet· Eine Anzeigelampe 63 ist mit einem Anschluß mit Erde und mit dem anderen Anschluß über die abgeschalteten Kontakte 6k des Relaia 60 mit einer positiven Spannungequelle V+ verbunden.

Der gemeinsame Verbindungspunkt 37 ist mit dem Basisanschluß JfOa des Transistors kO und außerdem über einen 100-Ohm-Basiswiderstand 41 mit Erde verbunden. Der Emitteranschluß 4Ob ist über einen 390-Ohm-Emitterwideretand kj mit Erde verbunden, und der Kollektoranschluß 40c ist mit dem Auegangeanschluß an dem Filter kk verbunden, das die folgenden Elemente in T-Schaltung umfaßt: zwei 6,2-Kilo-0hm-Widerstände 70, 71 und einen 200-yU-F-Kondensator 72, wobei der freie Anschluß des Kondensators 72 mit Erde verbunden ist. Der Eingangsanschluß des Filters kk ist mit dem Verbindungepunkt des Kollektorwiderstandea 26 und dem Kollektor 20c des L&winendurchbruche-Transistors 20 verbunden.

Die Schaltung wird mit einer Impuls-Widerholfrequenz von 10 KHz betrieben und erfaßt in erfolgreicher Weise re-

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flektierte Basisbandimpulse 15« die zwei NanoSekunden breit sind und eine Amplitude von weniger als 5 mV aufweisen· Hierdurch wird eine Verbesserung in einer Größenordnung gegenüber bekannten Schaltungen erreicht„ die auf die Erfassung von Impulsen mit einer Amplitude von mehr als 50 mV begrenzt sind. Die Amplitude der Torsteuerimpulsβ 25Α beträgt -2 Volt, wobei die Breite sehr schmal ist, und zwar im wesentlichen ein V-förmiger Impuls von ungefähr 20 Nanosekunden Breite_p der mit ainer Entfernung von etwa 3 Metern vergleichbar ist. Ein Eingangsimpuis 15„ der zeitlich mit einem Torettmorimpuls 25A zusammenfällt₀ erzeugt einen Au β gangs impuls 2OA von dem Lawinendurelibruchs-Transistor 2O₉ der Über den Kondensator 27 und den Lastwideretand 31 in den monostabilen Multivibrator 32 eingskoppelt wird» Ein 10 Mikrο Sekunden breiter Impuls 32A wird durch den monostabilen Multivibrator 32 erzeugt und dem Eingang des Schieberegitstor-Elementes 33A zugeführt,, das die ersten acht Stufen der Speichereinrichtung 33 enthält» Die digitalen Daten in der achten Stufe des Schieberogistereletnentes 33A werden in die erste Stuf® der letzten acht Stufen in der Speichereinrichtung 33 eingekoppelt_D die in dem Schieberegi»terelement 333 enthalten sind« Dor 10 Mikrosekunden breite impuls 32A erzeugt nach seiner Verschiebung in das Schieberegisterelement 33A ei»e digitale "I" in der ersten Stufe dieses Elementes_s und eine positive Ausgangsspannung wird der entsprechenden Widerstandsdiodenkombination in dem Summiernetzwerk 35 und dem entsprechenden Eingang d®o UND-Gatters J5öA mit 8 Eingängen zugeführt.

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Während aufeinanderfolgende Eingangsimpulse empfangen werden, wird das Schieberegieterelement 33A mit digitalen "1" gefüllt, worauf dae UND-Gatter 36A einen Ausgang erzeugt, der dem Inverterelement 52 zugeführt wird« Venn 16 Eingangs· impulse 15 zeitlich Übereinstimmend mit 16 Torsteuerimpulsen 25A empfangen wurden, enthalten beide Schieberegisterelemente 33A und 33B digitale "1" in jeder Stufe, und beide UND-Gatter 36A und 36B erzeugen Ausgänge, die den Elementen 52 bzw. 53 zugeführt werden. Das UND-Gatter 5^ empfängt positive Eingänge von den Inverterelementen 52 und 53 und erzeugt einen negativen Ausgang, der dem bistabilen Multivibrator 55 zugeführt wird, um ein positives Anzeige-Auegangesignal zu erzeugen. Dieses Signal wird Über den Baalβwiderst and 5^ dem Baaisanschluß 57a des Transistors 57 zugeführt, wodurch dieser leitet und einen Strom durch die Spule des Relais 60 und den Begrenzungewiderstand 61 zieht. Das Einschalten des Relais 60 schließt die Kontakte 64, wodurch der Kreis zwischen der LeistungsVersorgung V_ durch die Lampe 63 nach Erde geschlossen wird und wodurch sich eine optische Anzeige ergibt, daß ein Gegenstand in der festen Überwachten Entfernung vorhanden ist.

Die am Ausgang des Summierungsnotzwerkes 35 gelieferte Analogspannung wird über die Traneistorschaltung, die den Transistor ko_t den Emitterwiderstand k3 und den Baalβwiderstand *»1 umfaßt, und das Filter, das aus den Widerständen 70, 71 und dem Kondensator 72 besteht, ausgekoppelt, um die Empfindlichkeit des Detektors in der vorstehend beschriebenen Weise zu steuern.

Die Schaltung erfordert keine Abgleichpotentiometer zur Voreinstellung von Schwellwerten und ist unempfindlich gegenüber Änderungen zwischen einzelnen Lawinendurohbruche-

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Transistoren innerhalb einer gegebenen Type. Weiterhin erhält die Schaltung eine konstante Fehlalarmrate Über Änderungen von 10 ^o der Leistungsversorgungsspannung aufrecht isnd ist gegenüber Umgebungstemperaturänderungen über einen Bereich von 20 ⁰C bis 90 ⁰C unempfindlich. Zusätzlich ist die Genauigkeit des -2-Volt-Torsteuerimpulses nicht von Bedeutung, weil, wenn die Amplitude sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit zu ändern beginnt, die mit dem Lawinendurchbruchs-Transistor 20 verbundene geschlossene Schleife die Betriebseigenschaften der Schaltung modifiziert, und zwar unter Einschluß der Betriebseigenschaften des Lawinendurchbruchs-Translstore 20, derart, daß der Schwellwertpegel des Detektors durch die Drift in der Amplitude des Torsteuerimpulses 25A relativ unbeeinflußt bleibt.

Die in Fig. h dargestellte Modifikation schließt einen monostabilen Multivibrator 3k ein, der auf den Trigger-Ausgangsimpuls von dem (nicht dargestellten) Sendeimpulsgenerator 11 anspricht und ein Ausgangsimpulesignal^l'iefert, das als Taktsteuerimpuls einem N-Bit-Schieberegister 75 zugeführt wird, das serielle Auegangsdaten in Abhängigkeit von zugeführten seriellen Eingangsdaten von dem (nicht dargestellten) Impulsdehnungenetzwerk 32 erzeugt« In dem bevorzugten Ausführungebeispiel liefert das in den Figuren 3a und 3b dargestellte N-Bit-Schieberegister 33 parallele Ausgangsdatan in Abhängigkeit von'zugeführten seriellen Eingangsdaten· Der Ausgangs-Taktsteuerimpuls von den mono· stabilen Multivibrator 34 wird als ein Eingang an ein UND-Gatter 76 geführt, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Impülsdehnungsnetzwerkes verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters j6 wird einem Vorwärte-Zählanschluß an dem N-stufigen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 77 zugeführt« Ein

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zweiter Eingang wird dem Zähler 77 Über einen RUckwärte-Zählanschluß von dem Auegangeanschluß einoe zweiten UND-Gatters 78 zugeführt, von dem ein Eingang mit dem Ausgang des N-Bit-Schieberegisters 75 verbunden ist und deeeen anderer Eingang direkt mit dem Auegangeanschluß dee Sendeimpulsgenerators 11 verbunden ist. Die parallelen Auegänge von dem Vorwärts-RUckwärts-Zähler 77 werden einer analogen Summierschaltung 35 zugeführt, die eine Anzahl von parallel geschalteten bewerteten Eingangswiderständen 80 bis 8k einschließt. Das Summen-Ausgangesignal von der Summierschaltung 35 wird dem gemeinsamen Verbindungspunkt 37 nach den Figuren 3a und 3b zugeführt. Parallel zu den EingangsanschlUssen der Widerstände 82 und 83 sind die Eingangsanschlüsse eines UND-Gatters 86 mit zwei Eingängen angeschaltet, dessen Ausgangsanschluß mit einem ersten Eingangsanschluß eines NOR-Gatters 87 mit zwei Eingängen verbunden ist. Ein zweiter Eingangsanschluß an dem NOR-Gatter 87 ist parallel zu dem Eingangeanschluß am Widerstand 81 angeschaltet* Ein zweites UND-Gatter 88 mit zwei Eingängen ist mit einem Eingangsanschluß mit dem Ausgang des NOR-Gatters 87 und mit dem zweiten'Eingang parallel an den Eingangsanschluß des Widerstandes 80 angeschaltet, während der Aue·« gangsanschluß des Gatters 88 mit dem Eingang an dem (nicht dargestellten) bistabilen Multivibrator 55 verbunden ist.

Unter der Annahme eines Anfangszustandee, bei dem eich keine Daten in dem Schieberegister 75 befinden und der Zähler 77 die Zählung Null aufweist, wird, wenn ein Impuls von dem Impulsdehnungenetzwerk 32 empfangen wird, eine Zählung von Eins in den Zähler 77 über das UND-Gatter 76 eingeführt, wenn der Impuls von dem Impulsdehnungenetzwerk 32 seitlich mit dem Impuls von dem monostabilen Multivibrator Jk zueammenfällt. Zur gleichen Zeit wird der Impuls von dem Impuls-

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dehnungsnetzwerk 32 außerdem in das Register 75 als digitale "1" eingeführt. Bei Fehlen von aufeinanderfolgenden Eingangeimpulsen von dem Impulsdehnungsnetzwerk 32 wird die digitale "1" in dem Schieberegister 75 nach N Triggerimpulsen über das UND-Gatter ?8 an den Rückbarte-Zählanschluß des Zählers 77 geführt,, und die resultierende Zählung ist Null ο Wie θο aus diesem Vorgang zu erkennen ±et₉ schaltet jeder von dom Impulsdehnungsnetzwerk 32 empfangene Impuls

einem
den Zähler 77 bei "YAuftreten weiter und schaltet außerdem die Zählung M Bits später zurück» Daher ist die in dem Zähler 77 festgehaltene Zahl gleich der Zahl von digitalen "1" in den letzten N Impulsen,, es wurden jedoch die N-Bit-Speichereinrichtung 33 mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang nach Fig. 1 durch ein N-Bit-Schieberegister 75 mit seriellem Eingang und seriellem Ausgang„ die beiden UND» Gatter 76 und 78 und den loggN-stufigen Zähler 77 ersetzt. Obwohl dies eine Vergrößerung der Anzahl der Schaltungselemente ergibt, ergibt es eine erhoblieh© Verringerung der Kosten„ weil ein Schieberegister mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang wesentlich aufwendiger ist als die kombinierten Kosten des Schieberegisters snit seriellem Ein- und Ausgang₀ der beiden UND-Gatter und des log-N-stufigen Zählers. Weiterhin ergibt sich eine zusätzliche Einsparung durch die Verringerung der Anzahl der Verbindungen,, die bei dieser Modifikation erforderlich sind,, im Gegensatz zur Anzahl der Verbindungen;, die bei den N parallelen Ausgängen der K-Bit-Speiehereinrichtung 33 erforderlich sind.

Die 1Og^N-Ausgänge steigen von einem niedrigstbewerteten Bit (LSB) bis zu einem am höchsten bewerteten Bit (MSB) an und werden den bewerteten Widerständen 80, 81, 82, 83 und 8k zugeführt, die jeweils Werte von R/l6, R/8, R/4, und R aufweisen. Die Ausgänge der bewerteten Widerstand·

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werden der analogen Summierschaltung 35 zugeführt, die einen Auegangestrom erzeugt, der proportional zum Inhalt des Zählers 77 ist. Die Gatter 86, 87 und 88 können derart verbunden werden, daß M aus N Entscheidungen durchgeführt werden können. In dem AusfUhrungsbeispiel, das tatsächlich aufgebaut und untersucht wurde, wurde ein Ausgang von jeder Stufe der N-Bit-Speichereinrichtung 33 einem UND-Gatter nit N Eingängen zugeführt, was bedeutet, daß MsN ist. In dieser Modifikation muß M nicht gleich N sein, und es ergibt sich dadurch eine größere Flexibilität.

Um die Flexibilität der Modifikation zu zeigen, sei angenommen, daß N = 32 ist und daß die Schleife mit einem mittleren Inhalt in dem Zähler 77 stabilisiert ist, der gleich zwei digitalen "1" ist. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms für einen einzelnen Impuls gleich 2/32. In dem speziellen in Fig. k dargestellten Ausführungsbelspiel wurden die Gatter 86, 87 und 88 so verbunden, daß sie einen Signaleingang anzeigen, wenn dar Inhalt des Zählers 77 22 oder mehr ist, d. h. in diesem Beispiel M « 22. Unter Verwendung des weiter oben genannten Ausdrukkes ist die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms aufgrund von Störungen P (22, 32, i/i6) = 1,1 · 10~¹⁹ . Daher ist die Fehlalarmrate für einen einzelnen Impuls ungefähr gleich der, die sich für das vorher beschriebene System ergab, es ist jedoch eine geringere Wahrscheinlichkeit einer Signalerfaasuiig bei einem einzelnen Impuls zulässig, und damit ist die Empfindlichkeit verbessert. Es sei außerdem bemerkt, daß eine zusätzliche Einsparung durch dieses Ausfuhr ungsbei spiel ermöglicht wird, weil der Zähler nur log.N-Ausgänge aufweist und daher lediglich log^N Summierwiderstände in der analogen Summierschaltung erforderlich sind,

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vas weniger ist ale die N Summierwiderstände, die in dem vorher beschriebenen System erforderlich waren«

Bin weiteres alternatives Ausftihrungsbeispiel gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeiepielen würde das Ersetzen des 1Og₂N-stufigen Zählers 77 durch einen Ana« logdaten-Auszug-Integrator umfassen, der einen Operations« verstärker »alt einer Rückkopp lungs schleife verwendet, die einen Kondensator und einen Widerstand einschließt« Eine Analogspannung würde in dem Integrator anstelle der digitalen Summe in der Analog-Summierschaltung 35 gespeichert werden» Hierdurch würde die Notwendigkeit von Summierwiderständen entfallen, diese Ausführungsform kann Jedoch weniger wirtschaftlich sein, und zwar aufgrund der erforderlichen Integratoreinrichtung.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß eine Vorrichtung beschrieben wurde, die ein Verfahren dafür einschließt, wie erreicht werden kann, daß ein Detektor eine konstante Fehlalarmrate aufweist, wodurch die Detektorempfindlichkeit wesentlich vergrößert wird und außerdem unerwünschte Auswirkungen von Änderungen der Lei stungsveir 3 orgungs spannungen, Temperatur, elektrischen Störungen und Ersatss-Bauteilen verringert werden.

Die Erfindung ergibt somit eine einfache Schaltung, die ein neuartiges Verfahren dafür umfaßt„ daß sichergestellt ist, daß die Fehl al armrate für einen eins: einen Impuls groß genug ist, um gemessen zu werden, während die Fehlalarmrate zur Anzeige des Vorhandenseins eines Signals extrem klein ist, und während außerdem die Drift aufgrund .von Temperatur-

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änderungen und Änderung der Spannungspegel in den Leiatunga· versorgungsspannungen« von elektrischen Störungen und Eraatzbauteilen kompensiert wird, ao daß eich ein Detektor mit konstanter Fehlalarmrate ergibt.

Patentansprüchet

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Claims (1)

1. _ OQ _

   Patentansprüche

   1.) Detektoreinrichtung, die Temperaturänderungen ausgesetzt ist und eine sich ändernde Betriebsspannung abgebende Leistungsversorgungsquelle einschließt₉ wobei die Einrichtung in Verbindung mit einer Signalquelle verwendet wird_f die der Einrichtung Eingangssignals mit bekannten Xmpulawiederholfrequenzen innerhalb eines Nutzfrequenzbandes in einer Umgebung, in dar Störungen vorhanden slnd„ zuführt, gekennzeichnet durch erste Schwellwerteinrichtungen (1?)₈ di® mit der Leistungsversorgungsquelle (V+) verbunden sind« die einen veränderlichen Schwell· wert aufweisen und die die Eingangsignal© und die Störungen empfangen können₉ wobei die Schwellwerteinrichtungen (17) Schwellwert ausgangs signal ο in Abhängigkeit von den Eingangs=· eignaleilund den Störungen liefern, und wobei die Ausgangssignale Amplituden oberhalb des Momentanwertes des veränderlichen Schwellwertes aufweisen,, Speicheroinrichtungen (33s 35)» die mit der Leistungsversorgungsquelle (V-s·) und den Schwellwar te.inriehtungen (17) verbunden sind und ein Ausgangssignal mit veränderlicher Amplitude erzeugen, die sich mit einer Rate ändert» die proportional au der Rate ist, mit der die Schwellwert«Ausgangssignale erzeugt werden _B zweite Schwellwerteinrichtungen (36) mit einem voreingestellten Schwellwert„ die mit der Leistimgsversorgungsquelle (V+) und den Speiohereinrichtungen (33p 35) verbunden sind und ein Anzeige-Ausgangssignal erzeugen, wenn die Amplitude des von den Speichereinrichtungen (33, 35) empfangenen Ausgangseignais mit veränderlicher Amplitude den voreingestellten Schwellwert überschreitet,, und Nebenschlußeinrichtungen (kO, 41, hy, kk)ι die zwischen den Speichereinrichtungen (33, 35)

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   und den ersten SchwellWerteinrichtungen (17) eingeschaltet sind, und die den Momentanwert des veränderlichen Schwel1-wertes entsprechend des von den Speichereinrichtungen (33» 35) erzeugten Ausgangseignais mit veränderlicher Amplitude steuern, wobei die ersten Schwellwerteinrichtungen (i7) Schwellwert-Ausgangssignale in Abhängigkeit von den Störungen mit einer konstanten ersten Rate liefern, die bei Vorhandensein von Temperaturänderungen und Änderungen der Spannung der Leistungsversorgungsquelle konstantgehalten wird und wobei die erste Schwellwerteinrichtung Schwellwert-Ausgangssignal mit einer zweiten Rate in Abhängigkeit von den Eingangsaignalen liefern.

   2. Detektoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schwellwerteinrichtungen (17) einen Lawinendurchbruch-Transistor (20) einschließen, der in seiner Zeuer-Betriebsweise betrieben wird, in der der veränderliche Schwellwert durch Steuerung der Größe des Stromes gesteuert wird, der der Leistungsversorgungsquelle (v+) über den Lawinendurchbruch-Transistor (20) entnommen wird.

   3. Detektoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor Torsteuereinrichtungen (25) einschließt, die mit den ersten Schwellwerteinrichtungen (17) zur Zuführung von Torsteuersignalen an die ersten Schwellwerteinrichtungen (i?) verbunden sind, wodurch die Empfindlichkeit der ersten Schwellwerteinrichtung (17) mit einer periodischen Rate für spezifische Zeitschritt· geändert wird.

   k, Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3t

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   dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung weiterhin eine Impulsdehnungseinrichtung (32) einschließt, die zwischen den ersten Schwellwerteinrichtungen (17) und den Speichereinrichtungen (33» 35) eingeschaltet ist und die Dauer der Schwellwert-Ausgangseignale vergrößert.

   5· Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen (33* 35) eine Summierschaltung (35) und eine Schieberegister-Speichereinrichtung (75» 76, 779 78) einschließen, die in Serienschaltung geschaltet sind.

   6. Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

   5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schwellwerteinrichtungen (36) logische Schaltungen (86 _s 87» 88) einschließen, die ein Anzeigeausgangssignal erzeugen, wenn die Speichereinrichtungen ein Ausgangesignal mit veränderlicher Amplitude erzeugen, die oberhalb eines festgelegten voreingeetellten Schwellwertes liegt.

   7* Detektorschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußeinrichtung (40, 4i, 43, kk) eine Serienschaltung einschließt, die,aus einer Tranoistorschaltung (kO_t kl, k3) und einem Tiefpaßfilter (kk) besteht, und die eine minimale Größe eines Stromes von den ersten Schwellwerteinrichtungen (17) nebenschließt, wenn die Speichereinrichtungen (33« 35) ein Ausgangssignal mit veränderlicher Amplitude erzeugen, die sich mit einer minimalen Hate ändert, und die eine maximale Größe des Stromes von den ersten Schwellwerteinrichtungen (17) nebenschließt, wenn die Speichereinrichtungen (33, 35) ein Aus-

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   gangssignal mit veränderlicher Amplitude erzeugen, die eich mit einer maximalen Rate lindert.

   8. Detektoreinrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet „ daß die Transistorechaltung (*K>, kl, kj) einen Emitterwider st and (^3) mit einem Widerstandewert einschließt,, der so ausgewählt ist, daß er die mittlere Anzahl der Schwell· wert-Ausgangsaignale bestimmt, die in der Speichereinrichtung (33» 35) über eine festgelegte Zeitperiode gespeichert sind.

   9· Verfahren zur Lieferung einer konstanten Fehlalarmrate in einer Detektoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte der Messung von solchen Eingangssignalen in einer ersten Schwellwerteinrichtung (17)» die über einem Momentanwert dee veränderlichen Schwellwertes in der ersten Schwellwerteinrichtung (17) liegen, die Messung von derartigen Störungen in der ersten Schwellwerteinrichtung (17), die oberhalb dee Momentanwertes des veränderlichen Schwellwertee liegen» der Erzeugung von demodulierten AusgangeSignalen von den ersten Schwellwerteinrichtungen (17) in Abhängigkeit von den gemessenen Eingnngesignalen, der Erzeugung von demodulierten Ausgangssignalen von den ersten Schwellwerteinrichtungen (17) in Abhängigkeit von den Störungen, der Erzeugung eines Ausgangesignals mit veränderlicher Amplitude von den Speichereinrichtungen (33* 35) proportional zur Rate, mit der demodulierte Ausgangssignale erzeugt werden, des Messens einer Anzahl von demodulierten Auegangselgnalen oberhalb eines voreingestellten Schwellwesrtes in den zweiten Schwellwerteinrichtungen (3&)» der Erzeugung eines Anzeige-

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   Ausgangesignals von den zweiten Schwellwerteinrichtungen (36)_e wenn die demodulierten Auegangssignale den voreingestellten Schwellwert überschreiten, und der Steuerung des Nomentanwortes des veränderlichen Schwellwertes in den ersten Schwellwerteinrichtungen (17) mit den Ausganges!- gnalen mit veränderlicher Amplitude„ wobei die demodulierten Ausgangssignale, die in Abhängigkeit von den Störungen erzeugt werden» mit einer konstanten Rate erzeugt werden, die kleiner als die Hate ist, mit der die demodulierten Ausgangssignale in Abhängigkeit von den Eingangssigna~ len erzeugt werden.

   10. Verfahren nach Anspruch 91> gekennzeichnet durch die Schritte der Torsteuerung der ersten Schwellwerteinrichtungen (17) mit einer festgelegten Inipul s wiederhol frequenz für eine vorgegebene Zeifcpöriod©₉ wodurch die Empfindlichkeit der ersten Schwellwartßinriehtungen C17) für diese Zeitperiode erhöht wird» und der Speicherung der.demodulierten Ausgangseignale in Speicher»im*lehtungen (33e 35) für eine festgelegte Anzahl von Impulswiedarholfolgeno

   11* Verfatrren nach Anspruch 9· gekennzeichnet durch die Schritte der Änderung des Momentanwertes de» veränderlichen Schwellwertes in den ersten Schwellwerteinrichtungen (17) mit einar Rate, die mit der Kate übereinstimmt, mit der deaodulierto Ausgangesignale in Abhängigkeit von Störungen erzeugt werden, und der Änderung des Momentanwertes des veränderlichen Schwellwerteβ in der ersten Schwellwerteinrichtung (17) mit einer Rate» die wesentlich kleiner ist als die Rate, mit der die demodulierten Auβgangssignale in Abhängigkeit von den Eingangssignalon erzeugt werden. .

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   12· Verfahren nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch die Schritte der Zuführung von Eingangssignalen mit auereichender Grüße an den Baaisanschluß (2Oa) eines Lawinen·· durchbruch-Trßnsistorj (2O), der in seiner Zener-Betriebaweise arbeite!;,, derart„ daß ein Sperrichtungs-Durchbruch des Lawinendurchbruch-Transistors (20) hervorgerufen wird» des Zuführens von Störungen mit ausreichender Größe an dein Basisanschluti (2Oa) d^s Lawinandurc.ubruoh-Transletors (20) zur Erzeugung eines Sperrichtungsdurchbruchs, dar Erzeugung von Lawinendurchbruch»Transistor-Ausgangesignalen In Abhängigkeit von den zugeführten Eingangs Signalen, der Erzeugung von Ausgangssignalen in Abhängigkeit von den Störungen, der Vergrößerung der Impulsbreite der von dem Lawinendurchbruch-Transietor (20) jrzöugt©! Aujgangssignale in einer Impulsdohnungseinrlchtung (32), dar Speicherung einer Anzahl der Impulse altD digitale "1" in ainein Zähler (77)» des Feststellung der Tatsache_e daß »in© Anzahl von gespeicherten digital an "1" oberhalb das /oreIngseteilfcen Schwell· wertes liegen,, in den die zweiten S ;h.vöil wert einrichtungen bildenden voroingestellten Schwellwarteinrichtungen (36), der Erzeugung eines ArizeL^e~Ausgarijy,siiig;i>».ls in den voreingestellten Schwellwerteinrichtungen (3O)₉ wenn die gespeicherten digitalan "1" den voreingeβteilten Schwellwert über· schreiten, dor Erzeugung einer analogen Ausgang«apannung mit veränderlicher Amplitude in den Speiehereinrichtungen (33» 35)« die proportional au der Ruto Ist,, mit der der Lawlnendurchbruoh-Transietor (20) Auegaiigssignale erzeugt, der Zuführung dor analogen Ausgangs spannung an den Basisanschluß C*Oa) diner Nebenschlußtransistorschaltung (ho) zur Steuerung d?r Größe dos durch dan Transistor (4o) geführten StroMi»*, und der Stouexung der Rate, mit der der Strom durch die TransIetorschal tune (kO) geführt wird» wo-

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   - 33

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   bei der Strom mit einer Hate geändert wird_f die mit der Änderungsgesehwindigkeit der Amplitude der Analogauagangaspannung übereinstimmt, wenn sich die Amplitude in Abhängigkeit von den Störungen ändert, wobei jedoch die Hate₀ mit der der Strom geändert wird, wesentlich kleiner ist als die Rat@₀ mit der die Amplitude der analogen Ausgangs«· spannung eich in Abhängigkeit von den EingangsSignalen ändert O

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