DE2117340C3 - Transponder mit einem einzigen Schieberegister zur Decodierung und Codierung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Transponder, insbesondere für Sekundärradarsysteme oder Freund-Feind-Erkennungssysteme (»IFF«), mit einer Empfangseinrichtung mit einem Decoder, der dann ein Signal abgibt, wenn mindestens eine von mehreren Arten von Abfrageimpulspaaren erkannt wird, und mit einer Sendeeinrichtung mit einem Coder zur Erzeugung eines Antwortinipulspaares und einer zwischen den beiden Antwortimpulsen liegenden, von der Art der Abfrageimpulspaare abhängigen binärcodierten Impulsfolge, bei dem die Decodierung und die Codierung mit einem einzigen Schieberegister erfolgt.

Ein derartiger Transponder ist in der FR-PS 82 954 beschrieben.

Bei vielen Radarsystemen wird ein Transponder verwendet, d. h. eine Einrichtung, welche nach der Aufnahme von Abfrageimpulsen Antwortinipulse gemäß einem vorgegebenen Code aussendet. Mit solchen sekundären Radarsystemen erhält man weitaus bessere Ergebnisse als mit den Echos der normalen Radargeräte Bei gleichzeitiger Verwendung emes normalen Radargerätes und eines Sekundärradarsvstemes mit einem Transponder ergeben sich verschiedene Möglichkeiten zur Auswertung der beiden Echos, beispielsweise die überlagerung ihrer Bilder an einem einzigen Anzeigegerät.
Bei einem Radargerät ist die Entfernung zwischen

Gerät und Ziel durch die Formel d = ' ₂" gegeben.

wobei 7 0 die theorexische 7eit zwischen der Anstiessflanke des Sendemodulationsimpulses und der Anstieesflanke des erkannten Video-Impulses nach der Aufnahme des Echos ist Ic- = Funkwellengeschwin-

Diese Zeit 70 ist mit einem Fehler I 70 behaftet, der hauptsachlich von Schwankungen der Anstiegv flanken des Sende- oder des Empfangsimpulses (im englischen Sprühbereich wird diese Erscheinung mit »jitter« bezeichnet) und von den Abmessungen der Form und der Art des Zieles herrührt. Der Maximalwert von 170 bestimmt die Meßgenauigkeit des Radargerätes.

Bei Sekundärradargeräten mit Transpondern. wie sie beispielsweise in der Navigation und insbesondere tür t-reund-t-einü-Erkennungssymeine vciwcuuci weiden, arbeitet man nicht mit einem einzigen Impuls, sondern mit Doppelimpulsen, die einen festen Abstand haben.

Zwischen dem Empfang eines Abfrageimpulspaares und der Aussendung des ersten Impulses dei Antwortimpulsfolge vergeht eine gewisse Zeit 7 1, deren Wert von den Bauteilen des Transponders abhängt: Empfänger. Abfragedecoder. Antwortcoder. Sender und die zwischen diesen liegenden Schaltkreise.

In der Sekundärradar-Bodenstation wird die Zeit Null als die Zeit definiert, zu der Jic Anstiegsflanke eines der beiden Abfrageimpulse — im allgemeinen der zweite — auftritt. Die gemessene Verzögerung wird dann = 70 + 7 1; ist 71 genau bekannt, dann ist es immer möglich, diese Zeit zu berücksichtigen und die Nutzzeit 70 zu ermitteln. Die Zeit 7 1 ist ebenfalls mit einem Fehler 171 behaftet, so daß der Gesamtfehler, der bei der Entfernungsmessung auftritt, gleich

170+ 171

ist.

Es ist daher notwendig. I T 1 innerhalb bekannter Grenzwerte zu halten, die sich nach der gewünschten Genauigkeit richten.

I 7 1 setzt sich im wesentlichen aus drei Faktoren zusammen. Eine Fehlerquelle ist die Veränderung der

ss Sienallaufzeiten im Transponder: eine zweite ist eine Langzeitunstabilität, die von dem Altern der Bauelemente, von Temperatureinflüssen, von den langsamen Schwankungen der Netzgeräte usw. herrührt; die letzte Fehlerquelle sind die kurzzeitigen Un-Stabilitäten (»jitter«), die vom Rauschen der Schaltelemente, von den schnellen Änderungen der Netzgeräte und hauptsächlich von den digitalen Schaltungen, die im Decoder und im Coder verwendet werden, herrühren.

Für Sekundärradargeräte mit Transpondern sind die zusätzlichen Werte für Γ1, Tür I TX insgesamt und für den »jitter«-Anteil von I T 1 durch die ICAO festgelegt. Für Transponder, die in der Luftverkehrs-

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überwachung eingesetzt werden, ist danach 7 I gleich 3;is ± (1.5.-is; der Toleranzwert ±0.5 sind die zulässigen Grenzen fur ITl.

Für den »jitter« allein sind höchstens t. 0.1 ^s :maelassen. fcs ist die Aufgabe der Erfindung, die (ienauigkeit des bekannten Transponders zu erhöhen und den Wert von IT 1 möglidv>t kiein zu machen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine quantisierte Verzögerungsleitung vorgesehen ist die mit einem wesentlich schnelleren Takt als dem Sendetakt betrieben wird, und d^ß jeder empfangene Impuls auf diese Verzögerungsleitung gelangt und diese Verzögerungsleitung so gesteuert wird, daß der Impuls nur dann die Verzögerungsleitung vollständig durchlaufen kann, wenn ein Erkanntsignal vom Decoder vorliegt und daß dieser Impuls den von dem schnellen Takt abgeleiteten Sendetakt einschaltet.

Auf diese Weise wird erreicht daß jeder erkannte Impuls auf zwei getrennten Wegen wjiterverarbeitet wird.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Anzahl der verwendeten Schaltkreist und die Unstabilitat von I 7 I verringert ist. Weiterbilduneen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. 2s

Die Erfindung wird an Hand der Figuren beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Y i g. I und 2 symbolisch die bistabilen Stufen, die bei den F i g. 3. 4 und 6 verwendet werden.

Fig 3 einen Decoder Coder mit einem tangsamen Schieberegister.

F i g. 4 die Schaltung gemäß der Erfindung mit einem schnellen Schieberegister und einem svnchronen Frequenzteiler.

F i g 5 eine Anschlußzeichnung für die F i g. 3 und 4.

F1 g. 6 eine andere Ausführungsform der Anordnung nach den F i g. 3 und 4.
• Eine der Grundschaltungen, die bei der Beschreibung der Erfindung verwendet wird, ist ein Flip-Flop. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung und zur Darstellung von Flip-Flops. Wie allgemein üblich, wird ein Flip-Flop, das als Speicher arbeitet, wie in Fig. 1 gezeigt dargestellt. Das Flip-Flop enthält zwei Eingänge: Setzeingange, und Rücksetzeingang?,,. Die immer komplementären Ausgänge sind mit Q und {5 bezeichnet. Wenn ein Impuls auf p, gegeben wird, dann tritt am Ausgang Q der logische Pegel»1« auf. und das Flip-Flop bleibt so lange in dieser Lage, bis ein Impuls auf den Eingang eO gelangt.

Die komplizierteren Schaltungen, die beschrieben werden, z. B. die Schieberegister oder der synchrone Frequenzteiler, bestehen aus hintereinandergeschaltctcr. Fiip-F'ops, die je üm.li dem Vci wendungszweck zusammengeschaltet sind. Zur Vereinfachung wird jedes derartige Flip-Flop, wie in Fig. 2 gezeigt, dargestellt. In dieser Zeichnung sind die Ausgänge Q und Q an der unteren Seite des Rechteckes; der Eingang für die Taktimpulse ist mit H (oder h) in der Mitte der oberen Seite des Rechteckes bezeichnet. Auf beiden Seiten von H (oder h) liegen die Eingänge C und P; diese Eingänge dienen zur Vorbereitung des Flip-Flops. Wenn eine logische »0« an den Eingang C gegeben wird, kann das Flip-Flop nicht umschalten, und wein Ausgang Q bleibt im »O«-Zustand so lange wie die logische »0« am Eingang C anliegt. In einem Schieberegister oder bei einem Teiler werden die Eingänge C zum Zurückstellen da Stufen oder zum Vorbereiten des Rückstellens auf »0. verwendet. Gelangt dagegen eine logische »0« ai den Eingang P. dann kann das Flip-Flop nicht um schalten, und sein Ausgang Q bleibt im »!«-Zustanc so lange wie die logische »0« am Eingang P anliegt In einem Schieberegister werden die Eingänge/ zum Versetzen der Stufen in den »!«-Zustand ver wendet. Bei einem Schieberegister ermöglichen es di< Eingänge C und P der einzelnen Stufen den Anfangs zustand des Registers vor dem Auftreten der Taki impulse einzustellen.

Um eine längere Beschreibung der einzelnen Vorgänge zu vermeiden, w ird nur gesagt daß das Anleger einer logischen »0« an den Eingang C oder an der Eingang P das Schieberegister oder den Teiler sperr und daß das Schieberegister freigegeben wird, wenr die logische »0<- abgeschaltet wird.

F 1 g. 3 zeigt das Schaltbild eines Decoders/Coders eines Transponders mit nur einem Schieberegister.

Der mit f bezeichnete Schaltungsteil, der strichpunktiert umrandet ist, stellt einen Decoder dar, wie er in der deutschen Patentanmeldung P 20 28 867 9

i*.t FV

?■ *ΙίΓ!"*··??! M !St

Der Decoder I hat einen Eingang 1, auf den die vom Empfänger erkannten impulse gelangen. Diese Impulse sind Doppelimpulse, deren Abstände die jeweilige Betriebsart kennzeichnen. Die Abstände liegen in der Größenordnung \on einigen us. Es n,uß dabei beachte! werden, daß auch zwischen den Doppelimpulsen oder zwischen den einzelnen Impulsen der Doppclimpulse Störimpulse auftreten können. Der Eingang I ist mit einem Eingang einer UND-Schaltung 2 verbunden.

Ist diese UND-Schaltung für den Empfang von Impulsen vorbereitet, dann ist der zweite Eingang ebenfalls markiert, und die Impulse gelangen vom Eingang 1 an die Ausgangsleitung 3, die mit dem Setzeingangf,: eines Flip-Flops 4 verbunden ist; der Ausgang Q von 4 ist über eine Leitung 5 bei dem Impulseingang £ eines Schieberegisters 6 verbunden, das υ Stufen A enthält, von denen jede einen Ausgang Q aufweist. Die Ausgänge der drei ersten Stufen des Schieberegisters 6 sind über eine Leitung 7 mit dem einen Eingang einer UND-Schaltung8 verbunden, deren Ausgang über eine Leitung 9 mit dem Rückstelleingang e„ des Flip-Flops 4 verbunden ist.

Außer den drei ersten Ausgängen von 6 sind die Ausgänge Qa und Oh dargestellt, die zu zwei Abfrageimpulspaaren gehören, die der Decoder erkennen soll; beispielsweise wird angenommen, daß der Decoder nur zwei Impulsabstände erkennen kann, die im folgenden mit Betriebsart α und Betriebsart b bezeichnet sind.

Die Ausgange^α und Qb des Sichieberegisiers6 sind je über eine LeitmglOa oder 106 mit dem einen Eingang einer Abfrageerkennungs-UND-Schaltunglli) und Wb verbunden. Die zweiten Eingänge der zweiten UND-Schaltungen Πα und Mb sind über die Abzweigungen 12a und 12i> einer Leitung 12 mit dem Ausgang der UND-Schaltungen 2 verbunden. Die Ausgänge der UND-Schaltungen Πα und Wb sind über die Leitungen 13a und Oft mit einer ODER-Schaltung 14 verbunden, deren Ausgang über eine Leitung 15 mit dem Rückstelleingang e₀ eines Flip-Flops 16 verbunden ist, dessen Ausgang wiederum über eine Leitung 17 mit dem zweiten Eingang der UND-Schaltung 2 verbunden ist. Der Aus-

gang der UND-Schaltung 1!« über eine Abzweigung 13'« der Leitung !3« --■ und der Ausgang der UND-Schaltung 11 h —- über eine Abzweigung 13'/) der Leitung 13/) —■ sind mit den Eingängen £ I3'</ und £13'/> verbunden, die zu Schaltungsteilen führen. die weiter unten in Verbindung mit F i u. 4 hrschrieben werden.

Der Setzeingang f, von 16 ist über eine Leitung 19 mit einem Eingang E19 verbunden, der zum Ausgang eines Mono-Flops führt, der zur F i g. 4 gehört.

Ein Taktgenerator20 ist über eine Leitung21 mit dem einen der beiden Eingänge einer UND-Schaltung 22 verbunden, deren zweiter Eingang über eine Abzweigung 17' der Leitung 17 zum Ausgang Q des Flip-Flops 16 führt. Ein dem Ausgang 22 nachgeschalteter Frequenzteiler setzt den Takt auf einen passenden Wert herab: der am Ausgang von 23 auftretende Takt, <->b genannt, hat einen Impulsabstand von z. B. einer Mikrosekunde. und er dient als Decodiertakt. Diese Impulse gelangen über die Leilung 24 zu den Takteingängen H der Stufen des Schieberegisters 6.

Eine Leitung 25 verbindet den Eingang 1 mit einem Eingang £25 der F i g. 4.

Es wird nun die Wirkungsweise des Decoders beschrieben. Es wird dabei angenommen, daß zu einend bestimmten Zeitpunkt die Ausgänge Q der Flip-Flops4 und 16 mit »0« bzw. »1« markiert sind: die UND-Schaltung 2 ist gesperrt, und die UND-Schaltung 22 läßt die Taktimpulse 20 durch; jeder Impuls mit genügend großer Amplitude, der bei 1 auftritt, gelangt über die UND-Schaltung 2 und über die Leitung .J zum Flip-Flop4 und schaltet dieses um (Ql = »1«|.

über die LeitungS markiert der Zustand»1« den Impulseingang £ des Schieberegisters 6: die Taktimpulse, die vom Teiler 23 Beliefert werden hewirken. daß der »1 «-Zustand nacheinander an den Ausgängen Q der ersten Stufen des Schieberegisters 6 auftritt: wenn der dritte Ausgang erreicht ist, wird die UND-Schaltung 8 durchlässig, das Flip-Flop 4 schaltet um. und an seinem Ausgang Q ist wieder der »O«-Zustand vorhanden. Mit dem nächsten Taktimpuls gelangen die drei »!«-Markierungen insgesamt um eine Stufe nach rechts; ist der Impuls, der zuerst am Eingang il auftrat, nicht der erste Impuls eines Impulspaares (Betriebsartα oder Betriebsart/)), sondern beispielsweise ein Siorirnpuis. dann wird die Weiterschaltung dann unterbrochen, wenn die letzte Stufe des Registers 6 erreicht ist, deren Eingang C mit »0« markiert ist.

Tritt andererseits nach einer Zeit, die etwa gleich Ta = a(-)d ist, entsprechend der Abfragebetriebsart a ein zweiter Impuls bei 1 auf und gelangt über die UND-Schaltung 2, die Leitungen 3, 12 and 12a zum entsprechenden Eingang der UND-Schaltung 11 β. dann wird diese durchlässig gesteuert, da der andere Eisgang bereits mit einer »1« markiert ist; danach erscheint der Erkanntimpuls der Abfragebetriebsart a auf den Leitungen 13a und 13a (and am Eingang £13'α).

Ober 13a, die ODER-Schaltung 14 and die LeituHg IS gelangt der Erkanntimpuls zum Flip-Flop 16 OBd schaltet dessen Ausgang Q auf »0«. Die UND-Schaltungen % und 2Z werden undurchlässig, wodurch verhindert wini, daß ein beliebiger nächster Impuls das Schieberegister 6 erreicht and daS dk Taktimpulse t reqenzteiler 23 gelangea

das gleiche Schieberegister 6 verwendet, das zur Abfragedecodierung verwendet wird.

Zum Verständnis wird noch darauf hingewiesen, daß die AntwOrtimpulsfolgen bei Transpondern immer durch zwei Impulse, die Rahmenimpulse Fl und Fl begrenzt vvci'uOn. Ίλ,-ϊ Jenen die Ansiiegsnanken 2u..Ws Abstand haben. Fl ist der erste Impuls der Antwort. Zwischen Fl und F2 liegen dreizehn Zwischenstellungen. die je voneinander 1,45 as getrennt sind. Diese fünfzehn Zeitpunkte können als die fünfzehn Stellen einer reinen Binärzahl betrachtet werden. Jede Antwort entspricht daher einer besonderen Binärzahl, bestehend aus 15 Bits, wobei die Binärzahl mit »1« beginnt und endet. Die jeweils gewünschte Binärzahl ist fest programmiert, oder sie kann vom Bedienenden gewählt werden.

Als Beispiel für eine Antwortcodierung sind in der F i g. 3 im Schaltungsteil II zwei Schaltkreise 26« und 26/) gezeigt, die je zu einer Abfragebetriebsart gehören Innerhalb von 26a und 26b ist jedes Quadrat mit einem Bit der Zahl, die übertragen werden soll, ausgefüllt. Jedes dieser Bits gelangt auf einem der beiden Eingänge je einer UND-Schaltung 27« bzw. 27/). Die Ausgänge der UND-Schaltungen 27« und Hh sind in gleicher Reihenfolge jeweils .tut der entsprechenden NOR-Schaltung der NOR-Schaltungsgruppe28 verbunden. Der Ausgang jeder NOR-Schaltung ist über eine Leitung 29 mit dem Eingang P einer Stufe des Schieberegisters 6 verbunden. Die niederste Stelle der Binärzahl befindet sich rechts im Gegensatz zu der Decodierung, bei der sich die niederste Stelle links befindet.

Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Eingänge P der ersten und der zweiten Stufe von 6 nicht mit dem Ausgang einer NOR-Schaltung 28 verbunden sind. Dies kommi daher, daß, da bei jeder Antwortimpulsfolge das erste Bit eine »1« ist (Rahmenimpuls Fl). der Eingang P der zweiten Stufe immer anders als die anderen Stufen markiert ist, und da der Eingang der ersten Stufe nie markiert ist.

Die horizontalen Leitungen der UND-Schaltungen 27a und 27 ft und die vertikalen Leitungen 29 zu den Eingängen P der Stufen des Schieberegisters 6 bilden einen matrixförmigen Codierspeicher. Jeder zweite Eingang jeder UND-Schaltung 27a oder 27/) ist mit einer Leitung 32a oder 32b verbunden.

Die Eingänge C des Schieberegisters 6, ausgenommen die der beiden ersten Stufen, sind übeir Leitung 30' mit einer gemeinsamen Leitung 30 verbunden. Der Eingang P der zweiten Stufe von 6 ist mit einer Leitung 31 und der Eingang C der ersten Stufe mit einer Leitung 33 verbunden. Der Ausgang Q der ersten Stufe ist mit einer Leitung 34 mit einem der beiden Eingänge einer UND-Schaltung 36 verbunden. Die gemeinsame Taktleitung 24 ist in Richtaag zu F i g. 4 mit 35 bezeichnet und föhn ear Klemme £35.

Die Leitungen 30, 31, 32a {oder 326), 33 msd 35 teilten die Impulse, die von Fig.4 kommen, zur Codiermatrix und zu den Eingängen des Sdaeberegistersi. Die Reihenfolge des Auftretens dieser Impulse entspridlit der Leäerungsnaiaeriaiaig.

Rechts unten in der F i g. 3 sind die entsprechend«» Eingänge dieser Leitungen mit £30, £31 ... £35 bezeichnet. Ein Ausgang £35*, dar cine unfsrgeordnete Bedeutung hat, ist mit deat zweiten Eäagaag

Der Coder arbeitet

«»** rea *a gnougDu. urcr V-OaeC HTÖeiiet We folgt * I

DerSdra!taagsteflIlderFig.3isl derCoder. der «md die Abzwugungeo 30'gelangt

wie folgt: Cfeer die Lriteeg 38 KU den Eisgänge» C

des Schieberegisters 6 ausgenommen die Eingänge C — ein erster Binärwert »0« von kurzer Dauer und setzt alle Stufen zurück. Eine binäre »0« von ebenfalls kurzer Dauer gelangt über die Leitung 31 an den Eingang P der. zweiten Stufe von 6 und setzt deren AusganeO 'ⁿ ^ »!"-Zustand. Eir, dritter Dinarwert, ebenfalls eine »1« von kurzer Dauer, wird auf die Leitung 32« gegeben, wenn bei der Abfrage die Betriebsart α erkannt wurde, und markiert jeden zweiten Eingang jeder UND-Schaltung27«: diese UND-Schaltungen sind zu diesem Zeitpunlt vorbereitet bzw. nicht vorbereitet, abhängig davon, ob an der betreffenden Stelle eine binäre »I« oder eine »0« auftreten soll, über die NOR-Schaltungen 28 und die Leitungen 29 werden die Binärbits über die entsprechenden Eingänge P zu den entsprechenden Ausgängen Q des Schieberegisters 6 übertragen. Während der Ausgang Q der zweiten Stufe mit einer »1« markiert wird, werden die Ausgänge Q des Schieberegisters von rechts nach links mit steigendem Gewicht von und einschließlich der zweiten Stufe mit den aufeinanderfolgenden Bits der Binärantwort markiert. Ein vierter Binärwert, ebenfalls eine »1«. in diesem Falle von längerer Dauer, wird dann auf den Eingang C der ersten Stufe des Schieberegisters 6 gegeben, der den entsprechenden Ausgang Q zur Umschaltung vom Zustand »0« in den Zustand »I« vorbereitet.

Nach einer kürzeren oder längeren Zeit, in jedem Falle kürzer als die Periode Wc des Sendetaktes, schaltet ein Impuls, der über die Leitung 35 zu den Eingängen H des Schieberegisters 6 gelangt, alle Markierungen an den Ausgängen Q nach rechts. Nach einer sehr kurzen Zeit, die dem Umschalten der ersten Stufe von 6 entspricht, ist eine »1« am Ausgang Q dieser Stufe markiert, über die Leitung 34 wird diese »1« zum ersten Eingang der UND-Schaltung 36 übertragen. Es ist hierbei angenommen, daß der zweite Eingang von 36 bereits mit einer »1« markiert ist. Diese UND-Schaltung wird daher geöffnet, und an ihrem Ausgang erscheint die Anstiegsflanke des ersten AntwortimpulsesFl: nach einer Verzögerungszeit entsprechend dem gewünschten Impulsabstand, beispielsweise nach 0.45 μ$. wird die Markierung des anderen Einganges der UND-Schaltung aufgehoben: die UND-Schaltung 36 ist dadurch gesperrt, und der erste Impuls Fl wurde gebildet.

Über die Leitung35 werden die Sendetaktimpuise über Periode (-Jc angelegt; Bc ist gleich dem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anstiegsflanken aufeinanderfolgender Impulse der Antwortimpulswege. Am Ende der ersten Periode Oc — beispielsweise 1.45 us — die dem Auftreten der Anstiegsflanke von Flam Ausgang von 36 folgt, wird die Ausgangsmarkierung der Schieberegisterstufen nach rechts geschaltet. Wenn das zweite Bit der Antwort eine »1«ist. wild der Ausgang Sl and em Eingang der UND-Sohaltung36 markiert; der andere Eingang voa 36, der mit »1« markiert ist, öffiaeä die UND-Schaltung, und die Anstiegsflanke des zweiten Impulses tritt am Asusgang voa 36 au£

Sems! verhält sich die Anordnung wieimZusammenhang mit dem Impuls Fl beschrieben wurde.

Bei jeder nächsten Periode ©e irilt eta genau bemessener Impuls auf, wenn die codierte Antwort as dieser SteHeeine»l«ea&ält, und <öe Impulse werden ausgegeben bis zum zweiten Ra&jseaifflpals F 2.

Dieser Vorgang ist aas der Datenverarbeitung als FaraHel-Serieo-Ufflsetzung bekannt

Wenn die Antwortimpulsfolge 15 Impulse mit einem Abstand von 1.45 ms enthält, dann ist das Schieberegister 6 etwa 22 as nach dem Auftreten der Anstiegsflanke von Fl leer.

Wie nachstehend beschrieben wird, wird danach (Jic !m|jiiibH>ij;c mil der Periode »c auf der Leitung 35 unterbrochen; gleichzeitig wird durch Umschalten des Flip-Flops 16 der Decoder wieder in den Anfangszustand versetzt.

Die Anordnung nach Fi g. 4, die nun beschrieben wird, enthält die wesentlichen Teile der Erfindung.

Die Leitungen 13'a und 13'/). die von der Schaltung 1 der F i g. 3 kommen, sind über E13'α und E13'b mit den Setzeingängen von zwei_Flip-Flops37a bzw. 37/) verbunden. Die Ausgänge Q von 37 a und 37/) sind über die Leitungen 38a bzw. 38/) mit den ersten Eingängen von zwei NOR-Schaltungen 39a bzw. 39/> verbunden.

Die Abzweigungen 38Ό und 38'/) der Leitungen 38« und 38fc sind mit den Eingängen einer NAND-Schaltung40 verbunden, deren Ausgang über eine Leitung 41 mit dem Eingang eines Mono-Flops 42 verbunden ist. Das Mono-Flop42 liefert eine vorgegebene Verzögerung τ, beispielsweise 25 _:as zwischen der Anstiegsflanke eines Impulses am Eingang und der Anstiegsflanke des Impulses, der später an seinem Ausgang Q auftritt. Die Leitung 19 verbindet den Ausgang Q des Mono-Flops 42 über £19 mit dem Setzeingang e, des Flip-Flops 16. F i g. 3.

Die vom Schaltungsteil I. Fig. 3. kommende Leitung 25 ist über £25 mit dem Setzeingang ?, eines Flip-Flops 43 verbunden, dessen Ausgang Q mit dem Eingang D eines Schieberegisters 45 verbunden ist. Dieses schnelle Schieberegister hat nur wenig Stufen, z. B. vier, von denen zwei eine erste Gruppe und die beiden anderen eine zweite Gruppe bilden; jede Stufe hat Ausgänge Q und Q und einen Rücksetzeingang C.

Ein Taktgenerator 46 mit sehr kurzer Periode (-Ja. beispielsweise 80 ns, gibt die Taktsignale dauernd über eine Leitung 47 zu dem Takteingangft des schnellen Schieberegisters 45. Der Ausgang Q der ersten Stufe der ersten Gruppe des Schieberegisters 45 ibt direkt mit dem Rücksetzeingang C₀ des Flip-Flops 43 verbunden.

Der Ausgang der NAND-Schaltune 40 i«t über eine Abzweigung 41' der Leitung 41 mit dem Eingang C der ersten Stufe der zweiten Gruppe_des Schieberegisters 45 verbunden: der Ausgang Q dieser Stufe ist über die Leitung 30 mit dem ersten Eingang £30 des Coders in F1 g. 3 verbunden. _

über eine Leitung 48 ist der Ausgang Q der letzten Stufe der zweiten Gruppe des Schieberegisters 45 einerseits mit dem Setzeingange, eines Flip-Flops49 und andererseits mit den zweiten Eingängen der NOR-Schaltungen 39a und 39b verbunden, über «die Leitung 48 und die Abzweigung 31 ist der Ausgang ρ der letzten Stufe der zweiten Gruppe des Se&eöeregisters45 anco mit dem zweiten Eingang £31 des Coders^ F i g. 3, verbunden. ·

Eise Abzweigung 19' der Leitung 19 verbindet den Ausgang des Mene-Ftops42 BHt dem Räekstelesigangcfe des F1ip-Fk>ps49. Die Ausgänge der NOR- Schaltungen 39a trad 39&sind ober die Leitungea32tf und 32b mit dea drittes und vierten Emgäneea£32a and £326 des Schaltuogsieilesii, Fig. 3, verfjandett. Schließlich sind aoeb die Ausginge der NÖR-Seiinätuiigen 39α und 396 aber die LeStäs£en,32*tfu3id3ä'&

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mit den Rückstelleingängen e₀ der Flip-Flops 37« und_37i> verbunden.

Der Ausgang Q des Flip-Flops 49 ist über die Leitung 33 mit dem fünften Eingang £33 des Coders gemäß F i g. 3 verbunden.

Der Ausgang Q von 49 ist außerdem mit den C-Eingängen einer Anordnung 50 aus bistabilen Stufen verbunden, die im Beispiel aus neun Stufen besteht. 50 arbeitet als synchroner Impulszähler oder als synchroner Frequenzteiler: der Zähler wird mit Im- \r> pulsen angesteuert, die vom Taktgenerator46 über die Leitung 47 kommen und auf die /i-Eingä'nge des Zählers gegeben werden.

Es gibt verschiedene Ausführungsformen von Synchron-Zählern mit Flip-Flops. Beispielsweise wird angenommen, daß es sich beim Zähler 50 um einen Johnson-Zähler handelt. Bei einem solchen Zähler werden die Ausgänge Q. die sich vor Beginn des Zählvorganges alle in der Stellung »0« befinden, nacheinander in den »!«-Zustand geschähet werden, und zwar mit dem Takt mit der Periode θα. die der Taktgenerator46 lietert: beim neunten Impuls sind alle Ausgänge mit einer »1« markiert. Vom zehnten Impuls an werden die Ausgänge Q nacheinander wieder in den »0«-Zustand zurückgeschaltet. Beim 18. Impuls sind alle Ausgänge wieder im »((«-Zustand.

Die Zeit zwischen dem Umschalten der ersten Stufe und der p-ten Stufe vom »O«-Zusiand in den »I«-,7ustand beträgt (p~\) θα: entsprechend beträgt die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umschaltungen einer Stufe vom »O«-Zustand in den »I «-Zustand 2r θα, wobei r die Anzahl der Stufen des Zählers 50 ist.

Der Ausgang Q der /Men Stufe (in F i g. 4. ρ = 4l is ist über eine Lc.iuug 35 mi ι dem secnsten Eingang £35 des Coders, Fig. 3, verbunden. Die Taktimpulse, die auf der Leitung 35 auftreten, haben die Periode fyc = 2r θα, wobei θο der Sendetakt für das Schieberegister 6 ist. Mit r = 9 und θα = 80 ns ergibt sich β c = 1,44 us.

Die Ausgänge (7 des Zählers 50, die bei Beginn des Zählens sich alle im »1 «-Zustand befinden, ändern ihren Zustand im entgegengesetzten Sinne zu dem der Ausgänge Q. Der Ausgang (J der a-ten Stufe schaltet vom »1«-Zustand in den »(V'-Zustand nach der Zeit {α-\)θα nach dem Umschalten des Ausganges 5 der ersten Stufe, d. h. zur Zeit iq-p) θα nach der Umschaltzeit des Ausganges (7 der p-ten Stufe.

Um dies auszunutzen, ist der Ausgang 5 der α-ten Stufe über eine Leitung 35' mit dem Eingang £35' des Coders des Schaltungsteiles II, F i g. 3, verbunden. Durch diese Maßnahme ist die Breite der Antwortimpulse begrenzt au/ iq-p) θα. Ist beispielsweise q-p = 5 und θα — 80 ns, dann ist die Impulsbreite

ma» den Ausgang g der nMen Stufe des Zählers 50 aber *e Lete^35' tak dem Eingang £35*. Der Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 4 wird nun beschrieben.

Wird keine Antwortimpulsfdge ausgesendet, dann befinden sich die Ausgänge Q der Flip-Flops 37« und 37h im »!«-Zustand; über die NAND-Schaiiung 40 und die Leitungen 41 und AY gelangt eine »0« an den Dingang C der ersten Stufe der zweiten Gruppe des schnellen Schieberegisters 45; daher sind die Ausgänge Q der beiden Stufen der zweiten Gruppe im »O«-Zustand und können sich nicht ändern. Der Ausgang Q des Flip-Flops 49 befindet sich im »Ü«-Zustand. Alle Eingänge C des Zählers 50 sind mit »ö« markiert, woraus folgt, daß alle Ausgänge Q des Zählers 50 im »O«-Zustand sind, unabhängig von den Taktimpulsen, die der Taktgenerator 46 erzeugt.

Tritt nun ein beliebiger Impuls auf der Leitung 25 auf, dann schaltet das Flip-Flop43 um: dessen Ausgangssignal »1« gelangt über die Leitung 44 zum Eingang D von 45; der nach einer Zeit Θ' vom Taktgenerator 46 abgegebene Taktimpuls, der kürzer oder gleich θα ist. löst das Umschalten des Ausganges (J der ersten Stufe der ersten Gruppe 45 au*. Hierdurch schaltet 43 zurück und die Breite des Impulses, der in das Schieberegister 45 gelangt, ist auf θα begrenzt. Dieser Impuls, der im folgenden mit Startimpuls bezeichnet wird, könnte durch das Schieberegister45 mit der Periode θα weitergeschaltet werden; er wird jedoch gesperrt, da der Eingang C der ersten Stufe der zweiten Gruppe von 45 mit einer »0« markiert ist.

Wird beispielsweise ein Abfrageimpulspaar der Betriebsart α vom Decoder in F i g. 3 erkannt, dann schaltet ein Impuls über den EingangEl3'a den Flip-Flop37a um; über die Leitungen38a, 38'fl und die NAND-Schaltung 40 wird der Pegel »0« am Eineano r H_{er crs}:_cr, Siüfc der zweiten Gruppe abgeschaltet. Somit kann der Startimpuls, der vom zweiten Impuls des erkannten Impulspaares herrührt, durch die Stufen der zweiten Gruppe des Schieberegisters 45 weitergeschaltet werden. Wenn der Ausgang (J der ersten Stufe der zweiten Gruppe vom »1 «-Zustand in den »0«-Zustand umgeschaltet wird, dann gelangt der letztgenannte logische Wert über die Leitungen 30 und den Eingang £30 zum Coder in F i g. 3 und setzt alle Stufen des Schieberegisters 6 in den »0«-Zustand, ausgenommen die beiden ersten Stufen.

Mit dem nächsten Impuls vom Taktgenerator 46 wird der Ausgang ρ der letzten Stufe der zweiten Gruppe vom »1 «-Zustand in den »0«-Zustand umgeschaltet. Dieser neue Pegel »0« gelangt über die Leitung 48, um den Flip-Flop 49 umzuschalten, über die Leitungen 48, die Leitung 31 und den Eingang £31 gelangt dieser Pegel »0« zum Eingang P der zweiten Stufe des Schieberegisters 6, die in den »1 «-Zustand gebracht wird. Ober die Leitung48 wild aacfe der zweite Eingang der NOR-Schaftung39<a mit »8« meikien. Diese Schatarag wird entsperrt, und efeer die Leitung 32a. die UND-SdaaliUHgea 2?« die NÜft-Scfaattaagea 28 und die Leitungen» wenden die entsprechenden Eingänge P nut »O« mariäert.

dee mfot-ZxiäiBBd hi eiaer Zeit fr+ m— I)Ha in den «!«-Zustand gefeiten. Es wirddajaa^ingeswfe sea, daÖ die bisher erwähnten Se&afr

naefc «fet Urascbaitzert schnell verlaaien, etwa innediaife emer

65 Wejrn die NC^-Scfcalftmg39aeB3spent wird, seSSt era Irapiris aber die LeAg 3Te 4m A<es&m@ 1- mos. dann des F%-FIops37a te des »h?-Ästa«d. ^er ^e Leituag38« rad die "

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Pegel»I·< zum einen Eingang der NAND-Schaltung 40. die gesperrt wird; über die Leitung 41 und die Abzweigung 4Γ gelangt der Pegel »0« zum Eingang C der ersten Stufe der zweiten Gruppe des

gesperrt wird.

Nachdem der Ausgang Q des Flip-Flops 49 und die Eingänge C des Zählers50 in den »!«-Zustand geschaltet wurden, wird der Zähler entsperrt. Gleichzeitig wird über die Leitung 33 und den Eingang £33 der Eingang C der ersten Stufe des Schieberegisters 6. Fig 3. mit einer »I« markiert, und diese Stufe wird entsperrt. Es wird daraufhingewiesen, daß zu diesem Zeitpunkt alle Bits der binären Antwortimpulsfolge an den Ausgängen Q des Schieberegisters 6 vorhanden sind.

Mit dem nächsten Impuls von Taktgenerator46 wird die erste Stufe des Zählers umgeschaltet [Q = »1«). Auf diese Weise ist der Startimpuls während einer Taktzeit des Taktgenerators46 von der letzten Stufe der zweiten Gruppe des Schieberegisters45 in die erste Stufe des Zählers 50 gelangt. Dies gilt natürlich nur. wenn die Summe der Schaltzeit tb der letzten Stufe der zweiten Gruppe von 45, der Schaltzeit t'b des Flip-Flops 49 und die Verweilzeit t c des Zählers 50 im »O«-Zustand kleiner als θα ist: da tb und t'b höchstens 25 ns und te etwa 5 ns sind, kann (-Ja etwa 6Ons> sein. Bei jedem nächsten Taktimpuls vom Taktgenerator^ wird der Startimpuls im Zähler 50 weitergeschaltet, und wenn der Ausgang Q der p-ten Stufe (in Fig. 4) vom »0«- in den »!«-Zustand gelangt, wird ein Impuls über die Leitung35 und den Eingang £35 zu den Eingängen H des Schieberegisters 6 gegeben, wodurch jedes Bit um eine Stufe r.nch rechts "erscheben wird. Nach der Schuhzeit der ersten Stufe des Schiebergisters 6 wird ihr Ausgang in den »1 «-Zustand umgeschaltet; über die Leitung 34 gelangt dieser Pegel »I« zum ersten Eingang der UND-Schaltung 36, die entsperrt wird. Die Anstiegsflanke des ersten Impulses Fl der Antwortimpulsfofge tritt am Ausgang der UND-Schaltung 36 nach einer kurzen Verzögerungszeit auf, die der Laufzeit innerhalb der UND-Schaltung 36 entspricht.

Der Sendetakt jeder Periode Wc = 2r(-)a ist synchron mit dem Takt des Taktgenerators 46 und damit mit dem Taktimpuls.

Die Anstiegsflanken der Antwortimpulsfolge werden danach über die UND-Schaltung 36 mit der Periode Hc ausgegeben.

Eine genügende Zeit, die durch das Mono-Flop 42 bestimmt ist, nach dem Bilden des letzten Impulses der Antwortimpulsfolge wird der Flip-Flop 42 umgeschaltet; ein Impuls auf der Leitung 19' schaltet das Flip-Flop 49 um; alle C-Eingänge des Zählers 50 werden in den »©«-Zustand umgeschaltet, und der Teiler 50 wird gesperrt. tHjer die Leitung 19 und den Eingang £19 gibt das Mono-Flop42 einen impuls warn, Setzeingange, des Füp-Flopsl6 in Fig. 3. das umschauet ober die Leitung W gelangt dieser Impuls zum Rüdcstefleingang^, des Ffip-Flops 49. dessen Ausgang § in des «©w-Zastaad gelangt Daher wird der Zähler 50 und die erste Stafe des Schiebereg^ers6gesperrt.DamrtsmddieSchaitkreiseI,Fig.3. einsagcg des Scirieberegisters6, wieder bereit als Decoder zn arbeiten. Es ist to« Interesse, die Verzögegszaa zo betrachten, die von den Schaltkreisen 43L 45, 50 (der Fig. 4> und 6 und 36 (der Fig. 31 herrSiren. Diese Zeh ist nämlich die in der Einleitung erwähnte Zeit 7 I des Transponders im Videofrequenzteil, d. h. die Zeit, die zwischen dem Auftreten der Anstiegsflanke des ersten Antwortimpulses am Ausgang 36 und dem Auftreten der ^ Ansticsfh'.nke de? Z^wi*it?r> AhfraoeimniiUe«! dt^%.<: Ahfrageimpiilspaares am Eingang 1 vergeht. Mit den bereits verwendeten Bezeichnungen ergibt sich diese Verzögerung zu

7Ί = (A - 1 + ρ) θα + tb" + tb'" + 1 ρ + χ (-Ja .

worin tb" die Schaltzeit des Flip-Flops43 ist: tb'" die Schaltzeit der ersten Stufe von 6; tp die Laufzeil in der UND-Schaltung 36: χ ein Faktor zwischen 0 und 1 ist.

Die Zeit T' 1 = (A - 1 + ρ) θα ist der quantisierte Teil der internen Verzögerung T 1.

Die Zeit T" 1 = tb" + tb'" + tp + x(-Ja ist der instabile Teil der internen Verzögerung T 1. Verwendet man sogenannte »TTL«-Schalilungen (Transistorjogik) dann, sind Hie Maximalwerte von T"1:

tp = tb" = i5ns,
tp" = 25 ns.

Mit (-ta = 80 ns ergibt sich der Maximalwert von 7"1 zu 135 ns (±70 ns).

Dies sind die tatsächlichen Grenzwerte, und bei ausgeführten Geräten ist die Instabilität der digitalen Schaltkreise wesentlich geringer. Auf Grund von Erfahrungswerten für die Instabilität IT1 bezüglich T" 1 ist es zulässig, den maximalen Laufzeiten tb". tb" und tp einen Faktor von etwa 0,2 zuzuordnen. Unter diesen Umständen wird die Langzeitinstabilität ITl gleich 90 ns (±45 ns). Eine solche Insiabiüiät ist vergleichsweise gleich der UnefMhilität eines einzelnen Mono-Flops, das als Verzögerungsglied in bekannten Transpondern verwendet wird.

Da χ ein beliebiger Wert zwischen 0 und I ist, ist der »jitter«, der sich durch die Quantisierung ergibt, gleich ," . im Beispiel 40 ns.

Die quantisierte VerzögerungT'l = (A- 1 f p)(-Ja kann eingestellt werden, indem man die Werte von A und ρ verändert. Es ist schwierig, k auf einen Wert kleiner als vier zu verkleinern, da einerseits die aufeinanderfolgenden Decodiervorgänge und die übertragung des Antwortcodes in das Schieberegister 6 zwischen dem Auftreten des zweiten Abfrageinipulses am Eingang e_x des Flip-Flops 43 und dem Umschalten des Flip-Flops 49 in den Zustand »1« erfolgen müssen. Ist eine kurze Verzögerung T1 erforderlich, dann w ird der Ausgang Q des Zählers 50, der zuerst vom »0«- in den »1 «-Zustand umgeschaltet wird, zum Anschluß an die Eingänge H des Schieberegisters 6 aus-

gewählt. 1st eine längere Verzögerung erforderfich, dann kann der Ausgang ρ gewählt werden, der als zweiter, dritter ... r-ter Ausgang umschaltet Bean letztgenannten FaH beträgt der Wert der internen Verzögerung ik — I + ή θα.

Für nochjängere Vaszeiten wählt man die Ausgänge O Der erste wird von -»0« nach »1« in der Zeit rfia nach dem zugeoreten Ausgang (? umgeschaltet und ergibt eine Verzögerung von ik - I + r) Ha and der p4e Ausgang^ ergibt eine

Verzögerung von (* — i + r -f- p}&a.

Es ist möghch, den Wert der internen Verzögerung um geradzahlige Faktoren der Periode Oc = 2r&a zu erhöhen, indem man eine, zwei, drei stzBfee

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Stufen ^wischen der ersten und der zweiten Stufe des Schieberegisters 6 vorsieht: die Eingänge C der zusätzlichen Stufen müssen dabei mit dem Eingang Γ der ersten Stufe verbunden werden, und die Anschaltung der anderen Stufen bleibt unverändert.

Wie gezeigt wurde.' lsi es mit den angegebenen Mitteln möglich, für den quantisierten Teil 7 1 der internen Verzögerung jeden beliebigen Wert, dei ein Vielfaches von n-.i i*t. beginnend mit k Ha /u wählen.

Wenn der Abstand zwischen den Anstiegsflanken von zwei aufeinanderfolgenden Antwortimpulsen ein ganzzahliges Vielfaches der Breite dieser Impulse ist. ist es möglich, die Instabilität der internen Verzögerung zu reduzieren, indem man die UND-Schalt ung 36. ιs Fig. I. wegläßt und die Antwortimpulsc. die vom Ausgang Q der ersten Stufe des Schieberegisters 6 kommen, direkt ausgibt. Ein solcher Fall ist gegeben bei Transponder^ die in der Luft verkehrsüberwachung vsrwendet werden, bei denen es genügt, wenn zo man die zusätzlichen Toleranzen fur die Impulsbreite (0.45 ± 0.1 us) berücksichtigt und diese Breite sow ahlt. daß sie ein Drittel des Abstandes ist. der gleich 1,45 ± 0.1 ys ist.
Die F i g. 6, in der nur die notwendigen Schaltkreise

(7*~?Λ:α1 cirii-i im.-l kai ,1..·· ...ί.,^·..- ^C_n „t_n:«U_An D«-»....o zeichen, die in den F i g. 3 und 4 verwendet sind, zeigt eine Anordnung, bei der der Abstand der Antwort-

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al größer als die

Dei synchrone Teiler 50. dei immer als Block
gestellt .st. teilt in diesem Falle die Frequenz
Taktgenerator*46 durch sechs: die Periode«,
Sendeiaktes des Schieberegisters 6 ist dann glei
Im Schiebereg_1Ster6 sind die Stufen. b
mit der zweiten, in Dreiergruppen zusamm
und am der Eingang P der ernten Stufe jeder Gru
•st über die Leitung 29 mit der NOR-SchaltungS der Codiermatrix verbunden. Aus diesem Grund? ist jeweils nur eine von drei Stufen mit einer >»l„ markiert, wenn in der Antwnriimpu'sfoiüe eine »i« vorgesehen ist.

Wie oben im Zusammenhang mit den F1 g 1 »_n · ·

beschrieben wurde, wird das sich beim übergan}>^M\On

»0« nach »1« am Ausgang Q des Zählers 50 ergebende

Signal auf die Leitung 35 gegeben und schaltet di»

im Schieberegister 6 enthaltende Information nach

rechts. Die Anstiegsfianke des Impulses Fl der Am

wort»mpulsfolge tritt auf der Leitung 34 auf Beim

zweiten Impuls mit der Periode Hc = 6 θα werden

alle Zustände weiter nach rechts geschaltet und der

Ausgangß der ersten Stufe des Schieberegisters6

wird in den »Ga-Zustand zurückgeschaltet. Der erste

!^.püh Fl v.u-de da:s:t gebildet und in seinci Lange

genau bemessen. Die folgenden Impulse treten auf

der Leitung 34 nacheinander auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Transponder, insbesondere für Sekundärradarsysteme oder Freund-Feind-Erkennungssy- ^s "sterne, mit einer Empfangseinrichtung mi? einem _% Decoder, der dann ein Signa! abgibt wean mindestens eine von mehreren Arten »on Abfrageimpulspaaren erkannt wird, und mit einer Sendeeinrichtung mit einem Coder zur Erzeugung eines Antwortimpulspaares und einer zwischen den beiden Antwortimpulsen liegenden, von der Art der Abfrageimpulspaare abhängigen binärcodierten « Impulsfolge, bei dem die Decodierung und die Codierung mit einem einzigen Schieberegister erfolgt, ι s dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine quantisierte Verzögerungsleitung (45) vorgesehen ist. die mit eine.n wesentlich schnelleren Takt\Ha) als dem Sendetakt(6»c) betrieben wird. und daß jeder empfangene Impuls auf die Ver- zögerungsJeitune gelangt und die Verzögerungsleitung so gesteuert wird, daß der Impuls nur dann vollständig durchlaufen kann, wenn ein Erkanntsignal vom Decoder(I) vorliegt, und daß dieser inipuh öen von dem schnellen iaKt abgeleiteten Sendetakt einschaltet.

2. Transponder nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die quantisierte Verzögerungsleitung ein schnelles Schieberegister ist.

3. Transponder nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des Schieberegisters ein Flip-Flop (43) vorgeschaltet ist. das aus den Videoimpulsen Impulse mit einer dem schnellen Takt (Wa) entsprechenden maximalen Breite bildet.

4. Transponder nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß das schnelle Schieberegister (45) vier Stufen aufweist und daß das Erkunntsignal auf die dritte Stufe einwirkt.

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