Pulse Kompression (PK)

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Einleitung

Die Puls-Kompression (PK) ist eine Mustererkennung, die das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) eines Signal deutlich verbessern kann.

Ein Sonar-, GPS- oder Pulseradar-Empfänger nimmt mit seinem Sensor sowohl den zu erkennenden (Echo-) Pulse wie auch Rauschen auf. Um den Pulse im Rauschen sicher zu erkennen, sollte der Pulse mindestens 10 bis 20 mal so groß (+10dB..+13dB) sein wie das mittlere Rauschen (MNL mean noise level). In der Praxis ist das aber nicht immer zu gewärleisten. So sind z.B. GPS-Pulse immer deutlich kleiner als der Rauschpegel.

Durch Pulskompression wird der Puls auf einen Bruchteil seiner zeitlichen Länge verkürzt. Da dabei die in ihm enthaltene Energie nicht verändert wird, steigt dabei seine Amplitude im gleichen Verhältnis. Ein auf 1/10 seiner Länge komprimierter Pulse wird 10 mal größer. Das verbessert definitiv die Chance, den Puls im Rauschhintergrund zu erkennen.

Zur Pulsekompression werden im Empfänger spezielle Pulskompressoren eingesetzt. In analogen Systemen waren das oft Dispersive-Delay-Lines, in modernen digitalen Systemen erledigen FIR-Filter diesen Job. Um den Puls zu komprimieren, muss der Pulsekompressor den Pulse natürlich erst einmal "erkennen" können. Dafür benötigt der Puls einen "Fingerabdruck", ein bestimmtes Kennzeichen, das ihn vom Rauschen unterscheidet. Das ist eine in den Pulse hineinmodulierte Information. So kann ein Pulse z.B. eine Frequenzmodulation (Chirp) enthalten, oder er wird mit einem binären Code (vorzugsweise Barker-Code) phasenmoduliert.

Ein Extrembeispiel für PK ist das GPS-Navigationssystem. Die GPS-Satelliten senden mit nur ca. 50 W aus einer Entfernung von über 20 000 km. Trotzdem können sie mit den kleinen Antennen der GPS-Receiver empfangen werden. Das GPS-Signal ist viel kleiner als das Rauschen im GPS-Frequenzband, jedes GPS-Bit wird aber als 1024-Bit langes Pseudo-Rausch-Muster gesendet. Mit einem 1024-stufigen FIR-Filter kann der Empfänger das Bit auf  1/1024 seiner Länge komprimieren, und es dadurch 1024-fach verstärken. Damit wird es "sichtbar".
PK kostet Bandbreite. Der GPS-Satellit sendet schließlich 1024 mal mehr Informationen, als der Receiver nach der PK wirklich nutzen kann.
 

Autor: sprut
erstellt am: 08.02.2006
letzte Änderung: 17.05.2006