AT518870B1 - Zeitdiskretes Verfahren zur Bestimmung der Pulsdauerlänge von periodisch gesendeten und empfangenen Pulsen ohne bandbegrenzende Maßnahmen - Google Patents

Abstract

Die zeitdiskrete Messung der Pulsdauer wird dadurch gelöst, dass zur Messung 2 unterschiedliche Takte verwendet werden die zueinander in einem Primzahlverhältnis stehen. Ein Takt wird zur zeitdiskreten Abtastung benutzt und der zweite Takt zum auslösen der periodisch ausgeführten Messungen. Die Messungen werden an einem extern, z.B. reflektrometrisch generierten, Messsignal durchgeführt. Die Pulsdauer des Signales x(t) (Abbildung 1) beschreibt die zu Messende Größe. Ein Triggersignal löst in periodischen Abständen einen Puls des zu messenden Systems aus. Während der gesamten Messdauer werden die Abtastwerte (1 oder 0) summiert und die Summe danach verwendet um die Pulslänge mit einfachen arithmetischen Operationen zu bestimmen. Die Qualität der Messung wird durch den beschriebenen Einsatz der beiden Takte um den Faktor 100 verbessert.

Description

Beschreibung ZEITDISKRETES VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER PULSDAUERLÄNGE VON PERIODISCH GESENDETEN UND EMPFANGENEN PULSEN OHNE BANDBEGRENZENDE MAßNAHMEN.

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Pulsdauer in Messumgebungen die aus zeitkontinuierlichen, vorzugsweise elektrisch gewandelten Signalen, die zeitdiskrete Pulslänge ermitteln. Die Anwendung besteht aus einer geeigneten Anordnung von Mess- und Abtastmechanismen die einen Puls, der zum Beispiel elektronisch aufgezeichnet oder online zur Verfügung gestellt wird, erfassen kann und diesen vermisst und den aktuellen Wert der Zeitdauer der Pulslänge in Sekunden angibt. Anwendungen für diese Messmethode finden sich in der reflektometrischen Messung von Entfernungen oder in der „Round Trip Time“ Bestimmung von Kommunikationssystemen.

[0002] Es sind verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Pulsdauer bekannt: [0003] · Es wird an Hand von Schwellwerten der Beginn und das Ende des Pulses fixiert und die Zeitdauer mit Messeinrichtungen wie Zählern oder Integratoren ermittelt. Die so gewonnenen Werte müssen korrekt kodiert, oder im Falle von Integratoren, Ana-log/Digital gewandelt werden.

[0004] · Die Messung von Pulsen mittels zeitdiskreter Abtastung erfolgt, technisch korrekt, immer unter Zuhilfenahme eines Antialiasing Filters und einer darauf folgenden Abtast-Halte Schaltung, wenn zeitkontinuierliche Messsignale vorliegen. Die so gewonnen Messwerte werden mit Methoden der zeitdiskreten Signalverarbeitung weiterbehandelt um die Pulsdauer zu bestimmen.

[0005] Auf diese Verfahren wird nicht näher eingegangen da sie als allgemein bekannt vorausgesetzt werden können.

[0006] Bei getakteten zeitdiskreten Systemen in denen die Zeitdauer des Pulses nur in vielfachen dieser Taktperiode auftreten kann, wird die Pulsdauer in Vielfachen dieser Taktperiode gemessen. Diese Messaufgabe liegt der gegenständlichen Erfindung nicht zu Grunde und daher wird auch auf diese Verfahren nicht weiter eingegangen.

[0007] Dem Erfinder ist die Publikation LEI et al.: "Application of Keystone Transform and MDCFT in Long Term Coherent Integration” in ICSP 2012 Conference Proceedings Article, 21-25 Oct, 2012. Pages 1779-1785 bekannt, die, im Gegensatz zu Anspruch 1, keinen Bezug zur Messung der Pulsdauerlänge von binären Signalen aufweist. Das in der Publikation LEI et al. beschriebene Verfahren bezieht sich auf die Discrete Chirp - Fourier Transform (DCFT) die mit dem Verfahren aus Anspruch 1 nichts gemein hat. Weiters wird kein Verfahren beschrieben, aus dem man die Messung der Pulsdauer von binären Signalen ableiten kann.

[0008] Dem Erfinder ist das Patent US 3731195 A(DE2049133A1) (Wessel) bekannt, das im Gegensatz zu Anspruch 1 die Pulsdauer zeitkontinuierlich misst und nicht mit zeitdiskreter Abtastung.

[0009] Dem Erfinder ist das Patent US 3764911 A(DE2156766A1, DE2156766B2, DE2156766C3) (East) bekannt, das im Gegensatz zu Anspruch 1 die Pulsdauer mit Schmitt-Triggern misst und nicht mit zeitdiskreter Abtastung.

[0010] Dem Erfinder ist das Patent DE 10026534 A1 (Ganghofer) bekannt, das im Gegensatz zu Anspruch 1 die Pulsdauer mit Komparatoren und logischen Gattern misst und nicht mit zeitdiskreter Abtastung.

[0011] Dem Erfinder ist das Patent US 5598116 A(CN1082667C, CN1122453A) (Oh- Sang Kwon) bekannt, das im Gegensatz zu Anspruch 1 die Pulsdauer mit der kleinsten Teilerstufe des verwendeten Pulsteilers misst.

[0012] Dem Erfinder ist das Patent US 5805460 A(Elliott J. Greene, Pei-hwa Lo) bekannt, das im Gegensatz zu Anspruch 1 die Pulsdauer an zeitkontinuierlichen Schwellen misst.

[0013] Dem Erfinder ist das Patent DE 19600569 A1(Mizuta et al.) bekannt, das im Gegensatz zu Anspruch 1 die Pulsdauer mit dem Interrupt getriggertem Zähler eines Referenztaktes misst.

[0014] Dem Erfinder ist das Patent DE3340455 C2(De Mayer) bekannt, das im Gegensatz zu Anspruch 1 die Pulsdauer mit dem Interrupt getriggertem Zähler eines Referenztaktes misst und diesen mit logischen Operationen vor- und nachbearbeitet.

[0015] Die gegenständliche Erfindung vermeidet, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren die, für diese Verfahren, üblichen Messfehler. Im speziellen werden die Messfehler im Vergleich zu bekannten Verfahren um das 100-fache reduziert.

[0016] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zeitdauer eines periodischen Pulses am ungefilterten zeitkontinuierlichen aber wertdiskreten Signal zu messen. Durch diese Messanordnung wird in jedem Falle die Messung beeinflussendes Aliasing auftreten, das aber durch die vorteilhafte Verwendung dieses Verfahrens reduziert wird.

[0017] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch mehrfache Messung die Messfehler zu reduzieren.

[0018] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Reduktion der notwendigen mehrfach Messungen die Gesamtmessdauer so kurz als, unter den gewünschten Rahmenbedingungen, notwendig zu halten.

[0019] Vorteilhaft gegenüber allen anderen bekannten Verfahren ist hier, dass das Messen der Pulslänge mit einem einfachen Abtasten des Signals ohne vorhergehende Filterung durch einfaches addieren der logischen Pulsabtastwerte (=1) erfolgt. Durch die Wahl der Abtastperiode als Primdivision der Messdauer werden die Messfehler des Aliasing-Fehlers reduziert.

[0020] Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die mehrfache Beobachtung periodisch ausgesandter Pulse und die Mittelung der gemessenen Pulsdauerwerte eine Verbesserung um das 100-fache gegenüber herkömmlichen Verfahren bringt.

[0021] Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist in Zeichnung 1 und der folgenden Beschreibung dargestellt. Es zeigt: [0022] In Zeichnung 1 ist beispielhaft eine Anwendung auf eine reflektrometrische Entfernungsmessung dargestellt. Dabei handelt es sich um die Generierung eines Abtasttaktes T der zur zeitdiskreten Abtastung kT des zeitkontinuierlichen Messsignales verwendet wird. Dieser Takt wird im darauffolgenden Block (Taktreduktion) in Abbildung 1 um eine Primzahl N reduziert. Dieser so reduzierte Takt stellt den Takt der Messintervalle dar. Im Block Zähler wird über das gesamte Messintervall die Anzahl der abgetasteten Pulswerte(=1) summiert. Der nachge-schaltene Arithmetikblock in Abbildung 1 dient der numerischen Bestimmung der Pulsdauer mit D_ Zählerwert·T / [0023] Der Takt für die Messintervalle wird zusätzlich dazu verwendet um nach einer Takterhöhung durch I die angeschlossenen Messsysteme in Zeitintervallen P (Messimpulse) zu triggern. Dieser Trigger löst z.B einen Puls aus, der beispielhaft das reflektrometrische Messsystem startet und es wird ein Puls am Ausgang des Messsystems im Signal x(t) gemessen. I muss ganzzahlig sein und daher gilt P I = N T. (2) [0024] Es lässt sich mathematisch zeigen, dass der Messfehler nach folgender Gleichung berechnet werden kann,

(3) [0025] Der Fehler ist Beispielhaft in Abbildung 2 angegeben.

Claims (2)

1. Patentanspruch
2. 1. Verfahren zur Bestimmung der Pulsdauerlänge von periodisch gesendeten und empfangenen binären Pulsen ohne bandbegrenzende Maßnahmen, dadurch gekennzeichnet, dass periodisch gesendete Pulse im Messintervall mit einer Abtastrate, die ein Primzahlenverhältnis zum Messintervall aufweist, zeitlich diskretisiert werden, wobei das Abtastintervall maximal halb so lang sein darf wie die Pulsperiode der Messsignale und das Messintervall muss ein ganzzahliges Vielfaches der Pulsperiode sein. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen