CN1591244A - 一种时间延迟识别器 - Google Patents

Abstract

一种确定两个相对应的类噪声信号之间的延迟时间的方法，包括：确定多个事件，在各事件处信号中的一个第一信号的电平穿越一个预定的阈值；使用每个事件对第二信号进行采样；组合这些采样以产生一个输出值，并且从该输出值确定延迟时间。最好根据用于限定采样的事件的一个或多个特征，对每个采样进行加权处理。输出值的量值表示了延迟时间，或能够有多个输出值分别对应于第二信号的各个不同延迟的版本，此时能够估算输出值以选择对应于实际的延迟时间的输出值。

Description

一种时间延迟识别器

技术领域

本发明涉及一种方法和装置，用于检测在至少两个信号，如宽带不规则类噪声信号之间的时间延迟，本发明特别地、但非排它性地涉及一种使用时间延迟识别器的反馈控制系统，以产生一个由该系统使用的校正信号来影响各执行机构的操作。

背景技术

在一个大范围的工业控制系统中，通过首先确定某个现象或过程传输一预定距离所要求的传输时间，在指定的时间间隔中保持所关注的参数值。

在图1所示的例子中，示出了一个反馈系统的方块图，该系统用于控制某种物质或介质，如煤粉或冷却液的流率(flow rate)。该系统包括位于输送管FP的外部的两个适宜的非侵入式传感器SX和SY，一个时间延迟识别器TDD，一个控制单元CON，和一个适宜的执行机构ACT，如一个信号控制阀或泵。

当是煤粉时，两个传感器可以例如检测由移动的煤微粒所携带的电荷随时间变化的改变。当确定例如增压水体反应器中冷却液的流率时，两个传感器通常检测由该液体携带的射线γ发射元素。在上述每种情况下，两个传感器对于观测到的、以类噪声方式随时间变化的物理现象是敏感的，并且两个传感器产生的信号表示了那种现象。

时间延迟识别器TDD处理由两个传感器提供的两个信号x(t)和y(t)，并确定在两个信号间的时间延迟(传输时间(transit time))Δ。由于已知传感器SX和SY之间的距离D，所以所需的流率FR等于某个传输时间的标称值Δ₀，这里Δ₀＝D/FR。时间延迟识别器TDD在其输出端提供一个时间延迟误差的值ε＝(Δ-Δ₀)，表示在观测的流率和所需的流率之间的偏差。

由时间延迟识别器TDD提供的误差ε的值随后由控制单元CON转换成一个适宜的校正信号，用于执行机构ACT。该执行机构ACT的主要功能是以这种方式调节实际流率：使时间延迟误差ε为零(或至少显著的减小时间延迟误差ε)，并因而获得所需的流率FR。

图2示出了另一个由一个工业机器人ROB使用的反馈控制系统的实施例，该工业机器人的主要功能是跟随(“尾随”)一个移动的运载工具MOV，同时保持指定的“安全”距离D。类似的控制系统能够用于自动推进的应用，例如在防止空中相撞、巡航控制或撞击前运载工具的调整。

该系统包括驱动传输元件TE的传送器TX、与信号接收器RX相连的接收元件RE、传输传感器SX、接收传感器SY、时间延迟识别器TDD、控制单元CON和驱动控制块ACT。

由传送器TX产生的宽带噪声或不规则信号，通过传输元件TE传送到前述的运载工具。时间延迟识别器TDD关联的处理两个信号：由传输传感器SX获取的传输信号x(t)的备份信号，和由该运载工具反映的信号y(t)，该信号y(t)应用到接收传感器SY。时间延迟识别器TDD确定在信号x(t)和y(t)之间的时间延迟Δ。因为假定传输的和接收到的信号的传播速度v是公知的，如果观测到的延迟时间Δ等于其标称值Δ₀＝2D/v，所以就可以保持该指定的距离D。

因此，时间延迟识别器TDD在其输出提供一个时间延迟误差ε＝(Δ-Δ₀)的值，该值由控制单元CON转换成一个校正信号。随后，驱动控制块ACT使用该校正信号以这种方式调节机器人的速度：使时间延迟误差ε为零(或至少显著的减小时间延迟误差ε)，并因而保持所需的距离D。

在上述两个应用的例子中包括了时间延迟识别器，代表了现有技术广泛地描述的两种类型的设有延迟锁定环(delay-locked loop)的系统。在这些系统中，当如果通过本身特性或通过设计使其它的附加参数(距离或速度)是常数时，就可调节所述速度或距离。

在现有技术中，使用时间延迟识别器的系统还分为被动的或主动的，这取决于由传感器可检测的物理现象是观测的过程所固有的还是使用一些附加的装置所造成(或至少加强了)的，附加的装置例如是影响(或调节)该过程的适宜的标识器、超声或射频辐射器、可见光或红外线发光装置等。

如果x(t)表示用于该时间延迟识别器的两个信号中的一个信号，那么另一个信号y(t)可以表示为

y(t)＝Ax(t-Δ)+n(t)

其中A是一个比例因子，Δ表示一个未知的时间延迟，和n(t)代表背景噪声或其它干扰。

在一些实际的应用中，即使在无噪声的情况下，由于流率扰动、多普勒效应和/或非线性特征，信号y(t)将不再是与信号x(t)成比例的或信号x(t)的时间移位复制信号。在这样的情况下，假定附加的噪声波形n(t)也将包括表示信号形状的相应失真的一个分量。

用于确定未知时间延时Δ值的常用技术，是基于两个宽带信号x(t)和y(t)的相互关联，例如通过执行操作

$R_{\mathrm{xy}}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\∫}}x(t-\mathrm{\τ})y\left(t\right)\mathrm{dt}$

而相互关联，其中积分是在观测持续时间间隔T上对于感兴趣的延迟值范围Δ_min＜τ＜Δ_max进行计算的。参数值τ使关联函数R_xy(τ)取最大值，并提供未知延迟Δ的估算。

实际上，在相互关联之前，对信号x(t)和y(t)进行相应的前置滤波，以增强信噪比(SNR)最大时所对应的频率，同时减小背景噪音，从而增加合成的总体信噪比SNR。在现有技术中，利用信号前置滤波的互相关器被认为是常用的互相关器。

如果使用该信号足够的采样和量化结果，也能够以数字形式实现相互关联的过程，包括前置滤波。

图3是一个常用系统的方框图，该系统将接收到的信号y(t)与参考信号x(t)相关联，来确定某个未知延迟的值。图4示出了在一个信号x(t)和它的延迟Δ的复制信号y(t)之间的一个相互关联函数R_xy(τ)的例子。在这种情况下，合成的相互关联函数R_xy(τ)与该信号x(t)的时间移位自相关函数R_xx(τ)相同。由于R_xy(τ)在τ＝Δ处关于它的最大值对称，该相互关联函数的一个单独的值仅能够提供关于时间延迟误差的绝对值|Δ-Δ₀|的信息。因此，当在时间延迟识别器中使用相关器时，将不得不执行一些附加的操作，以获得与时间延迟误差(Δ-Δ₀)相关的一个两级输出。

对于一个有限的时间间隔T，根据实验确定的相互关联曲线通常将包含与在信号自身中的随机变化相关的误差和源于噪声和干扰的误差。结果，在目前的系统中很难完成相互关联的峰值定位的任务。即使当很好的限定了峰值时，也通常通过在多个点处估算相互关联函数的值和计算相应的差值以逼近该相互关联函数的导数，来确定峰值的位置。这些附加的操作是计算很细致的(intensive)和不方便的，特别是当对实时宽带信号执行峰值查找程序时。

我们知道，通过将一个第一信号与一个第二信号的导数相关联，能够得到相互关联函数R_xy(τ)的导数R＇_xy(τ)＝dR_xy(τ)/dτ。因为相互关联函数的导数是奇函数，即R＇_xy(-τ)＝-R＇_xy(τ)，所以能够提供关于时间延迟误差的信息。在一些互相关器系统中，通过用希耳伯特变换代替信号微分来获得相似的结果。

与方法无关，当没有噪声时，并且观测时间足够长，合成的两级曲线将在等于要处理的两个信号之间的时间延迟Δ的时间瞬间τ处，正好穿过零电平。图5示出了在一个适当改进的互相关器系统的输出端观测到的曲线的一个例子，该系统相关联的处理一个信号x(t)和其延迟Δ的复制信号y(t)。由于该曲线的两级S型特性，使这样一个系统能够执行延迟锁定环要求的、用于追踪感兴趣的随时间变化的延迟的时间延迟识别器的功能。

通常，在实际应用中遇到的宽带信号是不稳定的，是具有明显的非高斯统计特性的。因此，许多已知的相互关联技术明确的或不明确的基于平稳性和高斯(Gaussianity)信号的假设，这些信号仅限于实际使用。此外，大多数实际应用不得不处理离散时间采样，使得不能够全部应用在连续时间框架中执行优化程序和技术分析。

WO-A-00/39643中披露了一种改进的方法，使用这里所说的“交叉隔离(crosslation)”的技术来估算信号间的时间延迟。WO-A-00/39643的内容在此引入作为参考。

这里使用的术语“交叉隔离(crosslation)”是指一种技术，由此在一个信号中发生的预先限定(最好至少实质上是非周期的)事件，用于限定第二信号的交错片断，并且随后组合该交错片断的表示。该第一和第二信号实际上可以是同一个信号，此时合成的组合表示将提供关于该信号的统计特性的信息，并且特别是关于在预先限定事件的前后的该信号的平均特性的信息。可选择地，第一和第二信号可以是不同的信号(相互交叉隔离)，或者一个信号可以是另一个信号的延迟版本，此时，组合的表示将提供关于那些信号间关系的信息。例如，如果该组合表示包括一个特征，该特征是从与多个预先限定事件相关的组合片断中所期望的，这可以表示信号中的一个信号相对于另一个信号延迟，延迟量对应于在该特征表示中的位置。

根据WO-A-00/39643，一个双极信号须经一个未知的延迟，并且检查信号的参考(未延迟的)版本以确定时间瞬间，此时它的电平(level)以正斜率过零(一种向上穿越)。这些穿越事件的时间选择用于获得该延迟信号的各个片断，这些片断具有预先确定的持续时间。汇总(summed)这些片断，并且随后检查该汇总片断的一个表示，来以S型奇函数的形式定位一个特征。在该奇函数中心的一个过零表示的位置，代表该信号被延迟的量值。代替使用向上穿越，能够检查该信号的参考(未延迟的)版本来确定其电平何时以负斜率过零(向下穿越)。

WO-A-00/39643还建议通过使用向上穿越和向下穿越来提高精确度。此时，通过汇总由向上穿越限定的片断并减去由向下穿越限定的那些片断，获得要检查的S型奇函数。

WO-A-00/39643中的交叉隔离技术是稳定的，并且特别适用于处理由非高斯噪声破坏的非高斯信号。因为仅是从信号中的一个中抽取记时瞬间，所以基于交叉隔离的时间延迟概算机与一些常用的概算机相比，对于非线性信号失真是很不灵敏的。然而，在包括了非常不稳定的断续信号的应用中，能够降低所披露的模式中的交叉隔离技术的性能，断续信号具有跟随在信号衰减后的突起脉冲(prominent burst)。

因此，需要提供一种改进的技术，用于时间延迟测量，例如，用在包括有时间延迟识别器的反馈控制系统中。

发明概述

本发明的各方面由所附的权利要求所阐明。

在本发明的一个更进一步的方面中，估算在两个相应信号之间的延迟时间。每个信号包括一组事件流，它们可以由信号穿越一个阈值预定阈值的多个时间限定。信号中的第一信号的事件用于采样第二信号。例如通过求和或平均(这里引入的求和也覆盖平均)来组合这些采样。通常，所获得的值取决于在第二信号中这些采样是否接近于事件。如果这些采样与事件充分的趋于一致，那么该值对应于一个预先确定的值(例如零值)。

根据本发明的一个特征，与事件间的平均间隔相比相对短的延迟能够从由组合多个各个的采样获得的值中确定出来。通过适当的限定事件，如果采样趋于接近事件但与事件不一致，则该值将取决于接近这些事件的平均值，并且取决于采样是否先于或跟随这些事件。在反馈系统中这一方面是特定的值，用于测量小的计时误差。

可选择地，使用WO-A-00/39643中的技术，能够测量与事件间的平均时间间隔相比相对长的延迟。如先前指出的，在该技术中，在第一信号中的每个事件用于第二信号的连续采样(即片段)。组合这些片段，并且合成的波形包括了一个具有对应于该延迟的位置的特征。

根据本发明的又一个独立的方面，在组合之前，根据限定第二信号的采样的一个或多个事件(在第一信号中)的特性，对第二信号的采样进行加权处理。此方面能够用于上面提到的两个技术中的任一个，即，当测量相对短或相对长的延迟时。在包括断续(intermittent)和/或具有大的振幅改变的信号的情况下，它是特别有利的，因为它能使由那些事件限定的采样与信号较强的部分相关联，对合成输出的影响比其它采样更大，从而增强性能。

与事件相关的典型的特征是当事件发生时第一信号的斜率，和在邻近该事件(例如在正好在该事件之前和之后的一段时间(period)内，或在那个事件和下一个事件之间的一段时间内)的第一信号的平均振幅。这两个特征或其中任一个特征都能够用于计算应用于采样的权重。

附图说明

参照附图，通过例子描述包括有本发明的方案，其中：

图1是一个反馈系统的方框图，该系统用于控制某种物质或介质，如煤粉或冷却液的流率；

图2示出了一个由工业机器人使用的控制系统的实施例，该工业机器人的功能是跟随一个移动的运载工具，同时保持一个指定的距离；

图3是一个常用系统的方框图，该系统将一个延迟的信号y(t)与一个参考信号x(t)相关联，来确定某个未知延迟的值；

图4示出了在一个信号x(t)和其延迟Δ的复制信号y(t)之间的一个相互关联函数R_xy(τ)的图形的例子；

图5示出了在一个改进的互相关器系统的输出端所观测到的曲线的一个例子，该系统相关联的处理一个信号x(t)和其延迟Δ的复制信号y(t)；

图6表示了一个连续的不规则信号的一个片断，包括相连的、交替的正负脉冲释放(pulselet)，该片断穿过相应的过零点；

图7示意性的描述了一个正脉冲释放，它的上斜率和它的平均电平，其中平均电平定义为该脉冲释放的平均值；

图8示出了该乘积的一个非线性变换的例子，用于获取指定给过零事件的权重；

图9描述了一个不稳定的不规则信号的片断，它包括有交替的脉冲和衰落(burst-and-fade)间隔；

图10是根据本发明的操作设置的一个时间延迟识别器的方框图；

图11示意性的描述了一个接收到的信号的两个运行平均值(runningaverages)之间的关系；

图12描述了根据本发明构造的时间延迟识别器的实验特性；

图13示出了根据本发明的一个时间延迟测量装置的方框图，该装置使用一组信号处理器；和

图14是由图13中的装置的聚集输出(collective output)所表示的一个波形。

优选实施例的详细描述

在将要描述的优选实施例中，假定两个信号可用于处理：一个宽带噪声类参考信号x(t)和一个接收到的信号y(t)，信号y(t)是信号x(t)的时间延迟复制信号。此外，接收到的信号y(t)可以由噪声或其它干扰所破坏。

检测参考信号x(t)来构建两个事件流：

1.第一事件流，向上过零而获得，包括时间瞬间

         {t_k；k＝1，2，…，K}此时信号以正斜率穿越零点(一个上斜率)；

2.第二事件流，从向下过零而获得，包括瞬间

         {t_m；m＝1，2，…，M}此时信号以负斜率穿越零点(一个下斜率)；

信号的一个片断开始于任一过零点，并结束于下一个过零点，该片断称作一个脉冲释放(pulselet)。因此，如图6所示，能够观察一个连续信号的一个片断，包括相连的、交替的正负脉冲释放，该片断由各个过零点穿越。

在每个向上过零瞬间t_k，确定相应的正脉冲释放p⁺ _k(t)的两个参数：上斜率S⁺ _k，由公式：

${s^{+}}_k=\frac{\∂}{\∂t}{p^{+}}_k\left(t\right){|}_{t=t_k}$

确定，和平均电平V⁺ _k由

${V^{+}}_k=\sqrt{\frac{1}{t_j-t_k}\underset{t_k}{\overset{t_j}{\∫}}|{p^{+}}_k\left(t\right){|}^2\mathrm{dt}}$

确定，其中t_j是紧跟在一个t_k时刻向上过零之后的一个向下过零瞬间；此时限定该平均电平为该正脉冲释放的均方根(RMS)的值。

可选择地，平均电平V⁺ _k能够由

${V^{+}}_k=\frac{1}{t_j-t_k}\underset{t_k}{\overset{t_j}{\∫}}{p^{+}}_k\left(t\right)\mathrm{dt}$

确定，此时平均电平等于该正脉冲释放的平均值。

图7示意性的描述了一个正脉冲释放p⁺ _k(t)，它的上斜率S⁺ _k和它的平均电平V⁺ _k，其中平均电平V⁺ _k定义为该脉冲释放的平均值。以类似的方式，为每个负脉冲释放p^- _k(t)确定下斜率S^- _k和平均电平V^- _k，负脉冲释放p^- _k(t)跟随在t_m时刻的向下过零之后。这些参数的值能够由

${s^{-}}_m=-\frac{\∂}{\∂t}{p^{-}}_m\left(t\right){|}_{t=t_m}$

计算(因此，通过限定，下斜率可以只呈现出正值)，和

${V^{-}}_m=\sqrt{\frac{1}{t_i-t_m}\underset{t_m}{\overset{t_i}{\∫}}|{p^{-}}_m\left(t\right){|}^2\mathrm{dt}}$

其中t_i是跟随在t_m时刻向下过零之后的一个向上过零瞬间；此时限定该平均电平为该负脉冲释放的均方根(RMS)的值。可选择地，

${V^{-}}_m=\frac{1}{t_i-t_m}\underset{t_m}{\overset{t_i}{\∫}}\left|{p^{-}}_m\left(t\right)\right|\mathrm{dt}$

此时平均电平等于该负脉冲释放的绝对平均值。

对于每个向上过零时刻t_k，适当的组合一个相应的正脉冲释放的上斜率S^{+ k}和平均电平V⁺ _k，来产生一个与那个向上穿越事件相关的权重(或标记)W⁺ _k。从而，发生在合成事件流中的相应的事件将具有不同的、指定给它们的权重。

以同样的方式，对于每个向下过零时刻t_m，一个相应的负脉冲释放的下斜率S^- _m和平均电平V^- _m用于产生一个与那个向下穿越事件相关的权重(或标记)W^- _m。此时，事件流中的事件也将具有不同的、指定给它们中的每一个的权重。

合理的假设高阶信号不大可能由噪声和其它干扰的影响造成严重破坏；并且，如果它们与导致较大的信号极值的较陡斜率相关，那么过零位置就不大可能是严重紊乱的。因此，如果相应的脉冲释放具有较陡的斜率和较大的平均电平，指定给一个过零的权重就会增大。例如，权重能够是与那两个参数的乘积成比例，或者可以是该乘积的一个适当的非线性函数的表示。图8示出了该乘积的一个非线性变换的例子，用于获取指定给过零事件的权重。

指定不同的权重给过零事件的操作，在包括了非常不稳定的类噪声信号的应用中是特别有利的，类噪声信号具有跟随信号衰减之后的突起脉冲(prominent bursts)。为了说明的目的，图9描述了一个不稳定的不规则信号的片断，它包括有交替的脉冲和衰落(burst-and-fade)间隔。很明显，组合有较高的平均信号电平的较陡的斜率更能够抵抗噪声和其它干扰。

在与“标记的”过零事件一致的时间瞬间，对接收到的信号y(t)进行采样，过零事件由参考信号x(t)确定。更好地，利用两种事件流(向上穿越和向下穿越)；然而，能够选择的使用两个流中的任一个流。接下来，这个导出的接收信号y(t)的采样与相应的权重相乘，该权重是指定给限定采样时间瞬间的过零事件的。

y(t)的采样，在向上穿越时间瞬间处{t_k；k＝1，2，…，K}抽取，并且相关的权重W⁺ _k用于确定该组(form)

         {[W⁺ _ky(t_k)]；k＝1，2，…，K}的K个乘积。同样的，y(t)的采样，在向下穿越时间瞬间处{t_m；m＝1，2，…，M}抽取，并且相关的权重W^- _m用于确定该组

           {[-W^- _ky(t_m)]；m＝1，2，…，M}

的M个负的乘积。接下来，两组乘积相加，得到采样的加权和WS，这些采样是从接收到的信号y(t)中导出的，因此

$\mathrm{WS}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{W^{+}}_{K}y\left(t_k\right)+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{W^{-}}_{m}y\left(t_m\right)$

当参考信号x(t)和接收到的信号y(t)之间没有延迟时，加权和WS等于0。然而，当有关的延迟轻微的增加或降低时，只要延迟偏差(或偏移量)保持在延迟识别器的特征曲线的中心线性区域内，与图5所示相似，加权和的值就将跟随该变化。在这种情况下，加权和WS的绝对值将与该延迟偏差的量值成比例，但是加权和WS的正负号将表示该延迟偏差的方向(极性)。

图10是根据本发明的操作设置的一个时间延迟识别器的方框图。识别器TDD包括一个参考信号处理器RFSP，参考信号处理器RFSP包括五个延迟电路：一个延迟λ的常量延迟线CDL，分别延迟α的两个延迟电路A1和A2，和分别延迟δ的两个另外的延迟电路D1和D2。参考信号处理器RFSP还包括一个过零检测器ZCD，两个电平检测器LD1和LD2，和一个权重确定电路WDC。识别器TDD还包括一个信号调节单元SCU和一个接收信号处理器RCSP，接收信号处理器RCSP包括一个增益控制放大器GCA，一个缓冲器B和一个反相器I，一个转换开关SW，和一个积分器INT。

在参考信号处理器RFSP中，参考信号x(t)用于串联具有不同延迟时间的延迟电路CDL、A1、D1、D2和A2。就其功能来说，这样的设置相当于一个具有五个抽头VA、V1、CT、V2和VB的单延迟线。在该延迟线的输入和中央的抽头CT之间的总延迟等于(λ+α+δ)，近似等于信号x(t)和y(t)之间的标称延迟。过零检测器ZCD在抽头CT处检测过零瞬间。如下面所述，每当检测到一个过零时，参考信号处理器RFSP就提供一个表示该过零时间和其类型(向上或向下)的信号给接收信号处理器RCSP的一个输入ZC，和同时提供一个权重信号给接收信号处理器RCSP的一个输入WE。

接收到的信号y(t)首先在信号调节单元SCU中进行预处理，信号调节单元SCU包括一个适宜的低通滤波器，如一个高斯滤波器或一个贝塞耳滤波器。在低通滤波之前，在硬限幅器或软限幅器中可以减小该信号的动态范围。

接下来，信号调节单元SCU的输出信号应用到接收信号处理器RCSP。在那里该信号由增益控制放大器GCA放大一个与相应的权重成比例的因子，所述权重由参考信号处理器RFSP提供给输入WE。这样调整的信号随后同时应用到缓冲器B和反相器I，反相器I颠倒该信号的极性。

当在参考信号x(t)中检测到一个向上过零事件时，由在输入端ZC接受到的信号所指示，转换开关SW对缓冲器B的输出进行采样。然而，当在信号x(t)中检测到一个向下过零事件时，转换开关SW对反相器I的输出进行采样。

在过零事件之间的时期内，转换开关SW保持在一个“中立”位置。由转换开关SW抽取的采样传送到积分器INT，积分器INT可以是“运行平均”型或“积分和颠倒(intrgrate-and-dump)”型。在积分器的输出可以获得一个信号ε，该信号与在接收到的信号y(t)与在抽头CT处观测的延迟信号x(t)之间的相应延迟成比例。

当过零检测器ZCD在抽头CT处检测到一个过零瞬间时，从分别在延迟回路A1和D2的输出V1和V2处观测的信号中确定该穿越的类型及其斜率。当在抽头V1处的信号相对于在中央抽头CT处观测的信号超前一个很小的量δ时，在抽头V2处的信号相对于在中央抽头信号延迟同样的量δ。因此，在抽头V1和V2处观测的信号之间的差，接近于该信号在邻近于抽头CT处检测的过零处的导数。

当在时刻t_k发生了一个向上过零的情况下，在抽头V1和V2处的信号之间的差能够表示为

                |x(t_k+δ)-x(t_k-δ)|≈2δS⁺ _k

同样的，当在时刻t_m发生了一个向下过零的情况下，该差为

                |x(t_m+δ)-x(t_x-δ)|≈2δS^- _k

该差的绝对值作为脉冲释放斜率的实际测量值，应用到权重确定电路WDC的输入SL。

如果CT＝0并且V1＞V2，那么在CT处检测到一个向上过零事件；然而，如果CT＝0并且V2＞V2，那么检测到的事件是一个向下过零事件。过零检测器ZCD产生一个与过零时间瞬间一致的脉冲，并且该脉冲的极性表示那个过零的类型(即向上穿越或向下穿越)。由过零检测器ZCD产生的合成的双极脉冲序列应用到接收信号处理器RCSP中的转换开关SW的输入ZC。

权重确定电路WDC从由电平探测器LD1和LD2分别提供的两个值L1和L2中，估测对应于一个检测到的过零的平均电平。探测器确定在抽头VA和VB处分别观测的信号的运行绝对平均(或均方)值。当在抽头VA处的信号相对于在中央抽头CT处观测的信号超前一定的量(α+δ)时，在抽头VB处的信号相对于在中央抽头CT处的信号延迟同样的量(α+δ)。在抽头VA和VB之间的总延迟值2(α+δ)与在连续的过零之间的预测的平均时间间隔相关。优选地，这个延迟近似等于该时间间隔。优选地，使用当前的值L1和L2的算术(几何)平均值作为在抽头CT处观测的脉冲释放的平均电平的测量。

(应当注意，图10的设置操作与结合图6和图7描述的平均电平的测量略有不同。在后面的情况下，测量是基于在当前事件和下一个事件间的区域内的波形的，然而，在图10的设置是基于当前事件之前和之后的电平的。能够使用任一种技术，或需要其它的技术。)

图11示意性的描述了出现在抽头CT处的信号的运行平均值L，和超前运行平均值L1与延迟运行平均值L2之间的关系，L2相对于L1延迟一段时间2(α+δ)。

权重确定电路WDC使用斜率值SL，组合值L1和L2，确定指定给在抽头CT处检测到的过零事件的加权因子。优选的，加权因子与斜率SL和值L1和L2的平均值的乘积是非线性相关的。所计算的权重随后应用于在接收信号处理器RCSP中的增益控制放大器GCA的输入WE。

图12描述了根据本发明构造的时间延迟识别器的实验特性。参考信号和它的延迟复制信号，即接收到的信号，是从具有带宽超过200MHz的宽带噪声源中得来的。对于这个实验，事件流包括2048个向上过零事件，用于对接收到的信号进行采样。

图12中的水平轴表示对应于检测到的过零的时间。垂直的轴表示通过求接收到信号加权采样的积分所得到的电压。在接收到的信号和参考信号之间的不同延迟将导致图12的波形选定不同的水平位置。当零延迟时，波形设定在中央，从而它与该图的起始点相交。在图12所示的例子中，输出值ε(即当在过零时刻产生采样时获得的电压)等于100mV，它对应于一个等于0.4ns的时间偏差。在图12中，特征曲线的中央拟线性区域的斜率为240mV/ns。系统中期望的最大延迟是较短的，并且小于过零之间的平均时间间隔。结果系统工作在这个拟线性区域中。

图13示出了根据本发明的一个时间测量装置TMA。与图10的实施例中相同的部件使用同样的附图标记。

两个实施例的主要差别在于，图13中有一组多路的接收信号处理器RCSP，每个处理器RCSP处理接收到的信号y(t)的一个不同的延迟版本。

相应的，接收到的信号y(t)在由信号调节单元SCU处理之后，传送到一连串级联的延迟单元DU。每个延迟单元DU的输出传送到下一个延迟单元，并且传送到各自的接收信号处理器RCSP。

接收信号处理器RCSP的每一个输出O₁、O₂、…O_n选定一个电压，它取决于传递给信号y(t)的版本的延迟，在接收信号处理器RCSP的输入端接收信号y(t)。这些输出聚集地表示一个波形，该波形典型的具有图14中所示的形状。

如果一个传递给信号y(t)的特定的延迟是这样的，即在参考信号处理器RFSP中检测到的过零与延迟信号y(t)的过零不相关，那么各个接收信号处理器RCSP的输出电压将趋于等于信号y(t)的平均值。这样的例子用图14中的O₁、O₂和O_n示出。

另一方面，如果通常在接近于延迟的信号过零的时刻，对信号y(t)的延迟版本进行采样，那么输出值将随图14中所示的奇函数F而定，例如例子O_j到O_j+5。

通过确定最靠近该奇函数中心的输出值(例如O_j+2)，使用标准的信号处理技术，能够计算信号间的延迟。从而，图14中所示的延迟TD在波形上与该奇函数的位置对应。

这样的设置对于延迟不长于过零之间的平均间隔的实际应用是有益的。延迟线CDL能够设置为传递一个比较长的初始延迟∧给信号x(t)，使得装置在一个感兴趣的时间窗口内操作。代替延迟信号y(t)，对于相应接收信号处理器RCSP，能够不同的延迟由参考信号处理器RFSP用于输入WE和ZC的信号。

在上面的实施例中，信号x(t)和y(t)是具有零平均值的双极信号，和过零事件用于采样的目的。然而，可能有不同的改变。信号不必是双极的。虽然对于限定穿越事件的阈值电平来说最好是该信号的平均值，但是这也不是必需的。用于向上穿越的阈值可以不同于用于向下穿越的阈值。实际上，不必使用向上穿越和向下穿越。在上面所述的设置中，缓冲器B和反相器I的使用实际上意味着，从由向上穿越触发的采样中减去由向下穿越触发的采样。可选择地设置也是可能的。例如，在一些情况下，采样的汇总是适合的，例如如果对于向上穿越和向下穿越的阈值电平适合于(例如均匀地)分布在信号的平均值的上面和下面。

当采样趋于与接收到的信号中的事件一致时，同时接收到的信号对应于参考信号中的检测事件，对于组合的采样设置期望的目标，来产生一个不同的值。优选的，当延迟在感兴趣的延迟范围上变化时，这个值应当单调的改变。通过使限定事件的一个阈值(或多个阈值)完全不同于参考信号的极值，并且最好接近于该信号的平均值，这能够非常容易的实现。更为期望是，变化的值代表一个奇函数(通过使用双极信号)，于是该值的极性表示计算的延迟背离标称值的方向。

在测量信号间的延迟的情况中(如有源系统)，仅有一个信号在传输路径上发生失真，最好权重是基于没有传输的一个参考信号(如传输之前的源信号)中的事件特征的，以避免不必要的权重的失真。

当用于测定具有类噪声特性的信号间的延迟时，其中事件基本上是不定期的发生，并且特别是在振幅发生改变的地方，例如由任意或不规则方法产生的信号的振幅，本发明是特别有利的。然而，这些特征通常不是必要的。例如，在图10的实施例中，不定期的隔开事件不是必需的(虽然期望避免错误的回路锁定)。

在上面描述的设置中，权重函数能够采用大量不同值中的任一个值。可选择地，该函数能够设置成仅采用0和单一的值。这相当于决定是否使用或放弃相应的事件。

虽然所提出的优选实施例具有根据本发明构建的时间延迟识别器的模拟设备，但是通过适当的构造数字电路，能够执行所有或部分期望的特征或操作。

前述的本发明优选实施例的提出是以说明或描述为目的的。不意味着它是详尽的，或限制本发明披露的精确的结构。按照前面的描述，本领域技术人员将本发明的许多改变、修改和变化用在具有预期的特定用途的不同的实施例中，是显而易见的。

Claims (15)

1、一种用于测定两个对应信号之间的延迟时间的方法，该方法包括：确定多个事件，在各事件处信号中的一个第一信号的电平穿越一个预定的阈值；使用每个事件对一个第二信号进行采样；确定与每个事件相关的权重因子；根据与定义该采样的事件相关的权重因子对每个采样进行加权处理；组合这些加权采样以产生一个输出值。

2、如权利要求1所述的方法，用于确定小于事件间平均时间间隔的延迟时间，并且其中由输出值的量值中确定延迟时间。

3、如权利要求1所述的方法，包括步骤：通过对第二信号的相互延迟的各个版本进行采样来得出多个输出值，和通过确定哪个输出值表示组合事件中的最大值来确定时间延迟。

4、如上述任一权利要求所述的方法，其中每个加权因子取决于该事件时刻处的第一信号的斜率。

5、如上述任一权利要求所述的方法，其中加权因子取决于在该事件附近的第一信号平均电平。

6、如权利要求5所述的方法，其中加权因子取决于该事件时刻处的第一信号的斜率与在该事件附近的第一信号平均电平的乘积。

7、如上述任一权利要求所述的方法，其中加权因子与至少一个值非线性相关，该值表示该事件的至少一个特征。

8、一种确定两个相对应的类噪声信号之间的延迟时间的方法，包括：确定多个事件，在各事件处信号中的一个第一信号的电平穿越一个预定的阈值；使用每个事件对第二信号进行采样；组合这些采样以产生一个输出值，并且从该输出值的量值中确定延迟时间。

9、如上述任一权利要求所述的方法，其中事件由一个或多个预定阈值的穿越所限定，预定阈值完全不同于该信号的极值，从而当延迟时间在感兴趣的范围内变化时，输出值单调的改变。

10、如上述任一权利要求所述的方法，其中信号是双极性的。

11、如上述任一权利要求所述的方法，其中事件至少是非周期性的。

12、如上述任一权利要求所述的方法，其中通过延迟路经接收和传输两个信号中的一个，并且另一个信号包括一个参考信号，此方法用于确定与延迟路经相关的延迟时间。

13、如权利要求12所述的方法，其中参考信号是第一信号。

14、用于确定两个对应信号之间的延迟时间的装置，将该装置设置成根据上述任一权利要求中所述的方法进行操作。

15、一个闭环反馈系统，具有一个装置和一个执行机构，该装置使用权利要求1～13中任一项所述的方法通过确定一个延迟时间偏差来产生一个误差信号，该执行机构响应该误差信号来执行操作，调整偏差。

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