DE102011017514A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verarbeiten eines Doppler-Signals - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Verarbeiten eines Doppler-Signals Download PDF

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Abstract

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung (100) bereitgestellt, mit: einer Schnittstelle (101), die dafür konfiguriert ist, ein Doppler-Signal zu empfangen, und einem mit der Schnittstelle (101) verbundenen Verarbeitungssystem (112), das das Doppler-Signal empfängt. Das Verarbeitungssystem (112) ist dafür konfiguriert, vom Doppler-Signal ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum zu erzeugen, das mehrere diskrete Frequenz-Bins enthält, wobei das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum spektrale Elemente unterscheidet, und ein oder mehrere Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten zu verarbeiten, wobei das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare um einen oder mehrere Trägerwellen-Bins im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind, und wobei jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar bezüglich eines entsprechenden lokalen Gate-Schwellenwertes der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet wird.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich Doppler-Messungen und insbesondere die Verarbeitung eines durch eine Doppler-Messung erhaltenen Signals oder Doppler-Signals.
  • 2. Diskussion des Problems
  • Es existieren Vorrichtungen, die eine Fluidgeschwindigkeit durch Aussenden eines Ultraschall-Trägersignals messen, das von partikelförmigem Material in oder auf einer strömenden Flüssigkeit reflektiert wird und mit seiner mittleren Frequenz zurückläuft, die durch den Dopplereffekt verschoben ist. Andere Vorrichtungen verwenden Mikrowellenenergie, und es wird angenommen, dass die dopplerverschobene rücklaufende Energie aufgrund von Bragg-Streuung erhalten wird. Derartige Vorrichtungen werden üblicherweise für die Messung von Strömungen in offenen Kanälen verwendet, beispielsweise in einem Abwasserkanal. Vorrichtungen dieses Typs schätzen die Fluidgeschwindigkeit anhand der beobachteten Dopplerfrequenzverschiebung.
  • Die Dopplerverschiebung kann eine Verschiebung der Frequenz des reflektierten Signals bezüglich des ursprünglich ausgesendeten Signals aufgrund einer Bewegung eines Objekts zum Doppler-Messumformer hin oder davon weg sein. Die Dopplerverschiebung kann anschließend verarbeitet werden, um die Geschwindigkeit zu bestimmen. Außerdem kann die Frequenzänderung des reflektierten Signals zum Bestimmen der Bewegungsrichtung des Objekts entweder zum Doppler-Messumformer hin oder davon weg verwendet werden.
  • Bei der Messung einer Fluidströmung kann eine Dopplerverschiebung unter Verwendung kontinuierlicher oder gepulster Wellen gemessen werden, die durch das Fluid übertragen werden, um eine Fluidgeschwindigkeit oder einen Fluiddurchfluss zu erfassen. Infolgedessen können Wellen vom Inneren des Fluids aus ausgesendet werden, z. B. parallel oder unter einem Winkel zur Fluidoberfläche. Alternativ kann Mikrowellenstrahlungsenergie durch die Luft über einem Fluid derart übertragen werden, dass sie unter einem spitzen Winkel auf die Fluidoberfläche auftrifft. Eine Dopplerverschiebung kann in der von der Fluidoberfläche reflektierten Energie gemessen werden.
  • Die Doppler-Messungen können eine Fluidgeschwindigkeit durch Messen einer Bewegung von Partikeln oder von Reflektoren im Fluid, wie beispielsweise Fremdstoffen, Luftblasen, oder einer Bewegung von Mikrowellenreflektoren an der Fluidoberfläche erfassen und quantitativ bestimmen.
  • Zum Verarbeiten des zurücklaufenden Signals stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, die meisten verwenden jedoch irgendeinen Typ einer Spektralanalyse. Typischerweise wird die normierte spektrale Leistungsdichte (PSD) des zurücklaufenden Signals als ein Ersatz für die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (PDF) verwendet, die Gesamt-Teilchengeschwindigkeiten beschreibt. In einigen Vorrichtungen wird an Stelle des Leistungsspektrums das Magnitudenspektrum verwendet. Das Magnitudenspektrum und das Leistungsspektrum sind zwei Typen von Geschwindigkeitsspektren. Das Geschwindigkeitsspektrum wird dann zum Schätzen der mittleren Geschwindigkeit, der Spitzengeschwindigkeit, der Maximum-Likelihood Geschwindigkeit oder einer anderen für die Strömung relevanten Größe verwendet.
  • In Fällen, in denen das zurücklaufende Signal in eine digitale Form umgewandelt wird, ist bekannt, dass die erforderliche Spektralanalyse unter Verwendung geglätteter oder gemittelter Periodogramme ausgeführt werden kann. Eine Glättung und/oder Mittelung wird zum Reduzieren/Eliminieren von Rauschen oder Ausreißer-Spitzen im berechneten Spektrum verwendet. Die Recheneffizienz wird durch die Verwendung der schnellen Fouriertransformation (FFT) verbessert. Das Geschwindigkeitsspektrum wird daher als ein diskreter Satz von Frequenzen oder Bins geschätzt. Ein nachgeschalteter Algorithmus verarbeitet die Bin-Werte, um die gewünschte Strömungsgröße zu erhalten.
  • Anhand des vorstehenden Sachverhalts ist deutlich, dass es allgemein üblich ist, die reflektierten Signale im Frequenzbereich zu verarbeiten, so dass eine Frequenzbereichanalyse zum Schätzen und Verarbeiten eines Geschwindigkeitsspektrums unerlässlich ist. Die Frequenzbereichanalyse bei von der Trägerfrequenz verschiedenen Frequenzen wird eine Doppler-Echo- oder Antwortamplitude enthalten, die die Dopplerverschiebung im vom Fluid reflektierten Signal darstellt. Die Fluidgeschwindigkeit steht mit dem Maß der Dopplerverschiebung in der reflektierten Trägerwelle in Beziehung, wobei eine große Fluidgeschwindigkeit zu einem großen Verschiebungsmaß bezüglich der Trägerfrequenz führen wird. Die Position der reflektierten (und verschobenen) Trägerwelle bezüglich der ursprünglichen Trägerwelle steht mit der Geschwindigkeit und der Richtung der Fluidströmung in Beziehung.
  • Ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum wird häufig zwei deutliche Peaks enthalten, wie in 2 dargestellt ist. Der mittlere Peak steht mit der nicht dopplerverschobenen Trägerwellenenergie in Beziehung. Der Trägerpeak befindet sich im zweiseitigen Fall mittig. Für ein einseitiges Spektrum befindet sich der Trägerpeak typischerweise an der linken Seite des Spektrums. Die Trägerwellenenergie tritt im rücklaufenden Signal aufgrund einer Kombination von Übersprechen (Crosstalk) und Reflexion von stationären Objekten auf, z. B. von Strömungskanalbegrenzungen oder einer anderen Grenzfläche. Der Trägerpeak wird häufig der höchste Peak im Geschwindigkeitsspektrum und vergleichsweise schmal sein. Der andere Peak wird die von der Fluidströmung erhaltene (und die Fluidströmung darstellende) mit der Messung in Beziehung stehende Reflexion darstellen. Die Position dieses Peaks wird häufig von der Geschwindigkeit und der Richtung der Fluidströmung abhängen. Eine Fluidströmung in die entgegengesetzte Richtung wird auf der anderen Seite des mittigen Peaks auftreten. In jedem Fall wird ein eine schnellere Fluidströmung darstellender Peak immer weiter vorn mittigen Peak entfernt angeordnet sein.
  • Viele Vorrichtungen verwenden ein einseitiges Geschwindigkeitsspektrum. In diesen Vorrichtungen kann der Trägerpeak am äußersten linken Rand des Spektrums erscheinen, und der Strömungspeak wird unabhängig von der tatsächlichen Strömungsrichtung rechts davon erscheinen.
  • Bei der Verarbeitung eines Doppler-Signals treten jedoch einige Probleme auf, um die Fluidgeschwindigkeitsmessung zu erzeugen. Beispielsweise wird in jedem Messsystem immer auch Rauschen vorhanden sein. Außerdem ist die Fouriertransformation selbst anfällig für Störfrequenzspitzen, die ihre Ursache in der ”lang auslaufenden” statistischen Verteilung der Bin-Werte haben. Infolgedessen werden typischerweise Rauschartefakte im erhaltenen Frequenzspektrum auftreten. Außerdem kann der Doppler-Messumformer Wellen empfangen, die von anderen Objekten reflektiert werden, z. B. Signale, die von Seiten oder Begrenzungen des Fluidkanals, von stationären Objekten im Fluid, usw. reflektiert werden. Außerdem wird die ursprünglich ausgesendete Trägerwelle durch die Doppler-Vorrichtung unmittelbar empfangen und wird ein sehr starkes Reflexionssignal im Frequenzbereich und im Wesentlichen bei der Trägerwellenfrequenz darstellen und möglicherweise sogar das Frequenzspektrum dominieren. Diese verschiedenen Artefakte können die Unterscheidung des gewünschten Doppler-Geschwindigkeitsmesswertes erschweren. All diese verschiedenen Artefakte müssen erfasst und/oder vom Signal entfernt werden, um zu gewährleisten, dass die erhaltene Geschwindigkeitsmessung exakt ist.
  • In 2 ist ersichtlich, dass das geschätzte Geschwindigkeitsspektrum einen von null verschiedenen Rauschuntergrund aufweist. Rauschen kann die Bestimmung der Größe oder des Messwertes von Interesse stören. Beispielsweise ist es aufgrund von Rauschen in den benachbarten Frequenz-Bins schwierig, die maximale Strömungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Berechnung der mittleren Geschwindigkeit wird sowohl durch Rauschen, als auch durch den Trägerpeak beeinträchtigt. Infolgedessen ist es wünschenswert, Rauschen und Übersprechen (Crosstalk) vom geschätzten Spektrum zu entfernen, bevor die interessierende Strömungsgröße berechnet wird.
  • Im den Stand der Technik darstellenden US-Patentdokument Nr. 5557536 von Nabity et al. ist ein Strömungsmesssystem beschrieben, in dem eingetauchte Ultraschalltransducer zum Erzeugen eines dopplerverschobenen rücklaufenden Signals verwendet werden. Das rücklaufende Signal wird unter Verwendung einer komplexen Abtastung bei der Trägerrate digitalisiert, und die erhaltenen Abtastwerte werden durch eine schnelle Fouriertransformation (FFT) verarbeitet, um ein geschätztes Dopplerspektrum zu erhalten. Die bei Nabity verwendete Größe ist eine ”mittlere Geschwindigkeit”, die offensichtlich dem Schwerpunkt des Leistungspektrums entspricht, wobei die Frequenz-Bins verarbeitet werden, um einen Schwerpunkt des Gesamtergebnisses (möglicherweise mit Störsignalen) zu erhalten. Dies steht im Gegensatz zu einem früheren Patent von Nabity, US-Patent Nr. 5371686 . Die Ansprüche im früheren Patent von Nabity stehen im Einklang mit der Verwendung des Magnitudenspektrums der reflektierten Trägerwelle.
  • Im den Stand der Technik darstellenden US-Patent Nr. 5821427 von Byrd ist ein Strömungsmesssystem beschrieben, das eingetauchte Ultraschalltransducer zum Erzeugen eines dopplerverschobenen rücklaufenden Signals verwendet. Ein einseitiges Spektrum wird durch eine schnelle Fouriertransformation (FFT) berechnet. Durch die verwendete Technik wird eine Maximalgeschwindigkeit erhalten, und der nachgeschaltete Algorithmus versucht, die durch diese Technik erhaltene Größe durch eine Kurvenanpassung des Leistungsspektrums gemäß einer Methode der kleinsten Quadrate zu verbessern.
  • Im den Stand der Technik beschreibenden US-Patent Nr. 5315880 von Bailey ist ein Strömungsmesssystem beschrieben, das Mikrowellenradarenergie auf die Oberfläche eines offenen Kanals richtet. Dopplerverschobene Mikrowellenenergie wird zu einem Radar-Geschwindigkeitssensor zurück reflektiert. Für Fachleute ist ersichtlich, dass gemäß dem Patent von Bailey ein Geschwindigkeitsspektrum gemessen werden kann und die Bin-Werte des erhaltenen Geschwindigkeitsspektrums verarbeitet werden können, um eine mit der Strömungsgeschwindigkeit in Beziehung stehende Größe zu erhalten.
  • Im den Stand der Technik darstellenden US-Patent Nr. 5811688 von Marsh ist eine Vorrichtung beschrieben, die der im Patent von Bailey beschriebenen Vorrichtung ähnlich ist. Es ist bekannt, dass diese Vorrichtung eine einseitige schnelle Fouriertransformation (FFT) verwendet. In diesem Patent ist jedoch nicht dargestellt, wie die Dopplerschätzung erhalten wird, obgleich durch die Diagnose der Vorrichtung und anhand des Handbuchs deutlich wird, dass eine einseitige FFT-Technik verwendet wird.
  • Im den Stand der Technik darstellenden US-Patent Nr. 5421211 von Heckman ist eine Rauschsperrenschwelle beschrieben, die 40 dB unterhalb des spektralen Maximalwertes liegt. Dies wird vermutlich in der Absicht gemacht, Rauschen vor anschließenden Berechnungen zu eliminieren.
  • Im den Stand der Technik beschreibenden US-Patent Nr. 5226328 von Petroff ist die Verwendung einer Glättung bezüglich einer zweiseitigen FFT beschrieben. Die Zweiseitigkeit der FFT wird jedoch nicht vorteilhaft ausgenutzt.
  • Im US-Patent Nr. 7672797 von Petroff, auf dessen Inhalt hierin in seiner Gesamtheit durch Verweis Bezug genommen wird, ist ein Verfahren beschrieben, in dem eine Nicht-Strömungsseite eines zweiseitigen Spektrums einer Doppler-Messung verwendet wird, um die Strömungsrichtung festzulegen und eine für eine anschließende Schwellenwertverarbeitung verwendete Rauschschätzung zu erzeugen. Dieses Patent betrachtet jedoch nicht das Problem der Eliminierung von im Wesentlichen symmetrischen spektralen Artefakten, wie dies durch die vorliegende Patentanmeldung bereitgestellt wird. Außerdem stellt das Patent nicht die symmetrische Anwendung einer Schwellenwertverarbeitung dar, wie dies durch die vorliegende Anmeldung bereitgestellt wird.
  • Aspekte der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung auf:
    eine Schnittstelle, die dafür konfiguriert ist, ein Doppler-Signal zu empfangen; und
    ein mit der Schnittstelle verbundenes Verarbeitungssystem, das das Doppler-Signal empfängt, wobei das Verarbeitungssystem dafür konfiguriert ist, vom Doppler-Signal ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum zu erzeugen, das mehrere Frequenz-Bins enthält, wobei das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum spektrale Elemente unterscheidet, und ein oder mehr Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten zu verarbeiten, wobei das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare um einen oder mehrere Trägerwellen-Bins im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind, und wobei jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar bezüglich eines entsprechenden lokalen Gate-Schwellenwertes der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet wird.
  • Vorzugsweise ist das Verarbeitungssystem ferner dafür konfiguriert, das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle zu verarbeiten, wobei, wenn beide Bin-Amplituden eines Bin-Paars kleiner sind als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars auf Null gesetzt werden, und wobei, wenn mindestens eine Bin-Amplitude eines Bin-Paars größer ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars unverändert bleiben.
  • Vorzugsweise ist das Verarbeitungssystem ferner dafür konfiguriert, das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle zu verarbeiten, wobei die allgemeine Rauschsperrenschwelle für einen lokalen Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte ersetzt wird, wenn die allgemeine Rauschsperrenschwelle größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert.
  • Vorzugsweise ist ein lokaler Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte ein kleinerer Wert unter der linken und der rechten Bin-Amplitude eines Bin-Paars.
  • Vorzugsweise wird ein lokaler Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte von einer kleineren Bin-Amplitude der linken und der rechten Bin-Amplitude eines Bin-Paars hergeleitet, wobei die kleinere Bin-Amplitude mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k multipliziert wird, um den lokalen Gate-Schwellenwert zu erzeugen.
  • Vorzugsweise wird ein lokaler Gate-Schwellenwert unter den mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten von einer kleineren Bin-Amplitude der linken und der rechten Bin-Amplitude eines Bin-Paars hergeleitet, wobei der lokale Gate-Schwellenwert ferner mit gewichteten Werten eines oder mehrerer vorgegebener lokaler Gate-Schwellenwerte in der Nähe gemittelt wird.
  • Vorzugsweise wird eine kleinere Bin-Amplitude eines Bin-Paars auf Null gesetzt, wobei, wenn eine größere Bin-Amplitude den lokalen Gate-Schwellenwert überschreitet, die größere Bin-Amplitude unverändert bleibt.
  • Vorzugsweise wird eine kleinere Bin-Amplitude eines Bin-Paars auf Null gesetzt, wobei, wenn eine größere Bin-Amplitude den lokalen Gate-Schwellenwert überschreitet, die größere Bin-Amplitude um die kleinere Bin-Amplitude vermindert wird.
  • Vorzugsweise werden, wenn beide Bin-Amplituden eines Bin-Paars kleiner sind als der lokale Gate-Schwellenwert, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars vermindert oder auf Null gesetzt.
  • Vorzugsweise ist das Verarbeitungssystem ferner dafür konfiguriert, einen isolierten Bin gemäß einer Vorschrift zum Entfernen eines isolierten Bins auf Null zu setzen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Verarbeiten eines Doppler-Signals die Schritte auf:
    Erzeugen eines zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums mit mehreren Frequenz-Bins vom Doppler-Signal, wobei das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum spektrale Elemente unterscheidet; und
    Verarbeiten eines oder mehrerer Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten, wobei das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare im Wesentlichen symmetrisch um einen oder mehrere Trägerwellen-Bins angeordnet sind, und wobei jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar bezüglich eines entsprechenden lokalen Gate-Schwellenwertes der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet wird.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren ferner das Verarbeiten des einen oder der mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle auf, wobei, wenn beide Bin-Amplituden eines Bin-Paars kleiner sind als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars auf Null gesetzt werden, und wobei, wenn mindestens eine Bin-Amplitude eines Bin-Paars größer ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars unverändert bleiben.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren ferner das Verarbeiten des einen oder der mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle auf, wobei die allgemeine Rauschsperrenschwelle für einen lokalen Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte ersetzt wird, wenn die allgemeine Rauschsperrenschwelle größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert.
  • Vorzugsweise ist ein lokaler Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte ein kleinerer Wert unter der linken und der rechten Bin-Amplitude eines Bin-Paars.
  • Vorzugsweise wird ein lokaler Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte von einer kleineren Bin-Amplitude der linken und der rechten Bin-Amplitude eines Bin-Paars hergeleitet, wobei die kleinere Bin-Amplitude mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k multipliziert wird, um den lokalen Gate-Schwellenwert zu erzeugen.
  • Vorzugsweise wird ein lokaler Gate-Schwellenwert unter den mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten von einer kleineren Bin-Amplitude der linken und der rechten Bin-Amplitude eines Bin-Paars hergeleitet, wobei der lokale Gate-Schwellenwert ferner mit gewichteten Werten eines oder mehrerer vorgegebener lokaler Gate-Schwellenwerte in der Nähe gemittelt wird.
  • Vorzugsweise wird eine kleinere Bin-Amplitude eines Bin-Paars auf Null gesetzt, wobei, wenn eine größere Bin-Amplitude den lokalen Gate-Schwellenwert überschreitet, die größere Bin-Amplitude unverändert bleibt.
  • Vorzugsweise wird eine kleinere Bin-Amplitude eines Bin-Paars auf Null gesetzt, wobei, wenn eine größere Bin-Amplitude den lokalen Gate-Schwellenwert überschreitet, die größere Bin-Amplitude um die kleinere Bin-Amplitude vermindert wird.
  • Vorzugsweise werden, wenn beide Bin-Amplituden eines Bin-Paars kleiner sind als der lokale Gate-Schwellenwert, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars vermindert oder auf Null gesetzt.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren ferner das Setzen eines isolierten Bins auf Null gemäß einer Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins auf.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Verarbeiten eines Doppler-Signals die Schritte auf:
    Erzeugen eines zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums mit mehreren Frequenz-Bins vom Doppler-Signal, wobei das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum spektrale Elemente unterscheidet;
    Verarbeiten eines oder mehrerer Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle, wobei das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare im Wesentlichen symmetrisch um einen oder mehrere Trägerwellen-Bins angeordnet sind; und
    Verarbeiten des einen oder der mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten, wobei jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar bezüglich eines entsprechenden lokalen Gate-Schwellenwertes der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet wird.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren ferner das Ersetzen der allgemeinen Rauschsperrenschwelle für einen lokalen Gate-Schwellenwert unter den mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten auf, wenn die allgemeine Rauschsperrenschwelle größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren ferner das Setzen eines isolierten Bins auf Null gemäß einer Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins auf.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • In allen Zeichnungen sind die gleichen Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Doppler-Messungsvorrichtung;
  • 2 zeigt Frequenz-Bins eines Beispiels eines Doppler-Echos bzw. einer Doppler-Antwort in graphischer Form;
  • 3A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer harten Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als ein Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der Schwellenwert;
  • 3B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude durch eine harte Schwellenwertverarbeitung auf Null gesetzt worden ist;
  • 4A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer ersten Ausführungsform einer weichen Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als ein Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der Schwellenwert;
  • 4B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude durch eine weiche Schwellenwertverarbeitung auf Null gesetzt worden ist und die kleinere Bin-Amplitude (b) von der rechten Bin-Amplitude subtrahiert worden ist;
  • 5A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer alternativen, zweiten Ausführungsform einer weichen Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als ein Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der Schwellenwert;
  • 5B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude durch eine weiche Schwellenwertverarbeitung auf Null gesetzt worden ist und der Schwellenwert (t) von der rechten Bin-Amplitude subtrahiert worden ist;
  • 6A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung, wobei sowohl die linke Bin-Amplitude als auch die rechte Bin-Amplitude kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle;
  • 6B zeigt das Bin-Paar, wobei sowohl die linke Bin-Amplitude, als auch die rechte Bin-Amplitude auf Null gesetzt wurde, da sie die allgemeine Rauschsperrenschwelle nicht überschreiten;
  • 7A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle und die rechte Bin-Amplitude größer ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle;
  • 7B zeigt das unveränderte Bin-Paar, weil die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung einen einzelnen Bin nicht auf Null setzen und keine Asymmetrie im Bin-Paar erzeugen wird;
  • 8A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung, wobei sowohl die linke Bin-Amplitude als auch die rechte Bin-Amplitude größer ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle;
  • 8B zeigt das unveränderte Bin-Paar;
  • 9A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als der lokale Gate-Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert;
  • 9B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke (d. h. kleinere) Bin-Amplitude auf Null gesetzt worden ist, da sie den lokalen Gate-Schwellenwert nicht überschreitet;
  • 10A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als der lokale Gate-Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert;
  • 10B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude auf Null gesetzt worden ist, da sie den lokalen Gate-Schwellenwert nicht überschreitet, und die rechte Bin-Amplitude vermindert worden ist;
  • 11A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung, wobei sowohl die linke Bin-Amplitude als auch die rechte Bin-Amplitude kleiner ist als der lokale Gate-Schwellenwert;
  • 11B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude auf Null gesetzt worden ist, da sie den lokalen Schwellenwert nicht überschreitet, und die rechte Bin-Amplitude ebenfalls auf Null gesetzt worden ist;
  • 12 zeigt die Frequenz-Bins von 2, nachdem das Trägerwellenfrequenz-Bin oder die Trägerwellenfrequenz-Bins bestimmt und entfernt worden ist (sind);
  • 13 zeigt Beispiele einer teilweisen Rauschentfernung von den mehreren Frequenz-Bins gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 14 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verarbeiten einer Doppler-Messung;
  • 15 zeigt ein allgemeines Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Verarbeitung;
  • 16 zeigt ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Verarbeitung von Geschwindigkeitspektrum-Bin-Paaren;
  • 17 zeigt ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Glättungverarbeitung für das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum;
  • 18 zeigt ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung für das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum;
  • 19 zeigt ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung für das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum;
  • 20(a) zeigt ein Beispiel eines durch Rauschen beeinträchtigten Dopplerspektrums;
  • 20(b) zeigt ein Spektrum zum Darstellen der Entfernung isolierter Bins;
  • 20(c) zeigt, dass eine Vorrichtung, die ein zweiseitiges Dopplerspektrum erzeugt, eine negative Strömung von einer positiven Strömung unterscheiden kann; und
  • 20(d) zeigt ein Spektrum zum Darstellen symmetrischer spektraler Artefakte, die wesentlich oberhalb des Rauschuntergrundes liegen.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die 1–20 und die folgende Beschreibung stellen spezifische Beispiele dar, die es Fachleuten ermöglichen, zu verstehen, wie die Erfindung am besten realisierbar und anwendbar ist. Zum Darstellen der erfindungsgemäßen Prinzipien sind einige herkömmliche Aspekte vereinfacht oder weggelassen worden. Für Fachleute ist anhand dieser Beispiele ersichtlich, dass innerhalb des Bereichs der Erfindung Modifikationen vorgenommen werden können. Fachleute werden erkennen, dass die nachstehend beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weisen kombinierbar sind, um mehrere Modifikationen der Erfindung zu realisieren. Daher ist die Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Beispiele beschränkt, sondern lediglich durch die Ansprüche und ihre Äquivalente.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Doppler-Messungsvorrichtung 100. Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 weist eine Messgerätelektronik 110 und einen über ein Kabel 107 oder eine andere Signalübertragungseinrichtung mit der Messgerätelektronik 110 verbundenen Messaufnehmer 106 auf. Die Messgerätelektronik 110 erzeugt ein Signal (d. h. eine Trägerwelle), das in das Fluid übertragen wird und dazu geeignet ist, durch das Fluid und/oder Objekte im Fluid ein Doppler-Echo bzw. eine Doppler-Antwort zu erzeugen. Der Messaufnehmer 106 kann in einem Fluid oder in einer Fluidströmung angeordnet werden und ein Doppler-Signal erzeugen und zur Messgerätelektronik 110 übertragen. Die Messgerätelektronik 110 empfängt und verarbeitet das Doppler-Signal, um einen oder mehrere Doppler-Messwerte zu erzeugen, wie beispielsweise eine Fluidströmungsgeschwindigkeit. Alternativ kann der Doppler-Messwert ein beliebiger Geschwindigkeitsmesswert sein. Das Fluid kann eine beliebige Flüssigkeit oder ein beliebiges Gas aufweisen.
  • Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 kann eine berührungsfreie oder eine nicht-berührungsfreie Vorrichtung sein, bei der elektromagnetische oder Schallwellen mit dem zu messenden Fluid wechselwirken. Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 kann zusätzlich andere Fluideigenschaften messen oder bestimmen, wie beispielsweise die Fluidvolumendurchflussrate, wobei die Fluidströmungsgeschwindigkeit verwendet wird, um die Fluidvolumendurchflussrate zu bestimmen.
  • Die Messgerätelektronik 110 weist eine Schnittstelle 101 und ein mit der Schnittstelle 101 verbundenes Verarbeitungssystem 112 auf. Die Schnittstelle 101 ist dafür konfiguriert, das Doppler-Signal vom Messaufnehmer 106 zu empfangen und es an das Verarbeitungssystem 112 weiterzuleiten. Außerdem kann die Schnittstelle 101 beliebige Vorverarbeitungen ausführen, wie beispielsweise eine Digitalisierung des Messsignals. Außerdem kann die Schnittstelle 101 gegebenenfalls eine beliebige Vorverstärkung oder Filterverarbeitung ausführen. In einigen Fällen können Vorverstärkungs- und Digitalisierungsfunktionen im Messaufnehmer ausgeführt werden.
  • Das Verarbeitungssystem 112 ist dafür konfiguriert, das Doppler-Signal von der Schnittstelle 101 zu empfangen. Das Verarbeitungssystem 112 kann eine Fouriertransformation für das digitalisierte Doppler-Signal ausführen, um das Doppler-Signal vom Zeitbereich in den Frequenzbereich umzuwandeln. Das Verarbeitungssystem 112 kann das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum vor der Verarbeitung irgendwelcher Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare auf einem oder mehreren Trägerwellen-Bins zentrieren. In einigen Ausführungsformen kann die Zentrierung durch die Fouriertransformationsverarbeitung ausgeführt werden. Die Fouriertransformation kann eine schnelle Fouriertransformation (FFT) oder eine diskrete Fouriertransformation (DFT) oder ein beliebiges geeignetes Fouriertransformationsverfahren sein. Die am Ausgang der Fouriertransformation erhaltenen komplexen Zahlen werden in reale Zahlen umgewandelt, indem ihre Magnitude oder ihre quadrierte Magnitude verwendet wird. Das Ergebnis ist ein Frequenzspektrum, das mehrere diskrete Frequenz-Bins aufweist. Innerhalb des durch die Beschreibung und die Ansprüche dargestellten Umfangs der Erfindung sind andere Verfahren zum Schätzen eines Frequenzspektrums möglich. Beispielsweise können die Schätzungen unter Verwendung von Filterbänken oder unter Verwendung einer Modellierung durch Autoregression gleitender Durchschnitte (ARMA-Modellierung) oder durch andere parametrische spektrale Schätzwerkzeuge oder -programme erhalten werden.
  • Die Anzahl der Frequenz-Bins kann nach Erfordernis oder Wunsch gewählt werden. Das erhalten Frequenzspektrum wird ein Doppler-Echo oder eine Doppler-Antwort enthalten, die vom Fluid erhalten wird und in der eine Dopplerverschiebung von der ursprünglichen (d. h. Träger) Wellenform mit der Geschwindigkeit des Fluids in Beziehung steht. Das Frequenzspektrum kann auch Rauschartefakte und unerwünschte Signalreflexionen enthalten.
  • Im Vergleich hierzu scheint die Mehrzahl der herkömmlichen Techniken nur eine einseitige spektrale Verarbeitung auszuführen. In dem einen Fall, in dem ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum berechnet wird, wird dies nicht vorteilhaft dazu genutzt, spektrale Artefakte zu vermindern. In den herkömmlichen Techniken ist eine separate Verarbeitung zum Bestimmen der Strömungsrichtung erforderlich. In einigen herkömmlichen Techniken wird sogar die Strömungsrichtung überhaupt nicht bestimmt. Gemäß dem Stand der Technik wird ein herkömmlicher Rauschsperrenalgorithmus verwendet, wobei jeder Frequenz-Bin mit einer Rauschsperrenschwelle verglichen und der Bin-Wert entfernt wird, wenn er kleiner ist als die Rauschsperrenschwelle. Gemäß dem Stand der Technik wird Rauschen oder ein Trägerverlust nicht aus den Signal-Bins entfernt, bevor das Doppler-Reflexionssignal bestimmt wird oder bevor ein Versatzmaß eines Doppler-Reflexionssignals bezüglich einer Trägerwelle bestimmt wird.
  • Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Verarbeitung beide Seiten eines zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums verwendet, um zu bestimmen, welche Frequenz-Bins nützliche Information enthalten und welche Frequenz-Bins vermindert oder auf Null gesetzt werden können. Dies erhöht die Fähigkeit, das Doppler-Reflexionssignal im Geschwindigkeitsspektrum zu unterscheiden. Die Verarbeitung kann auch dazu dienen, die Gesamtrechenzeit zu vermindern.
  • Dadurch wird vorteilhaft ein besseres Ergebnis bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten erzielt. Es wird ein besseres Ergebnis erzielt, wenn das Doppler-Reflexionssignal sich in der Nähe der Trägerwelle befindet. Infolgedessen kann durch die vorliegende Verarbeitung das Doppler-Reflexionssignal besser sowohl von Rauschen als auch von der Trägerwelle unterschieden werden.
  • Obwohl ein Spiegelungs-Schwellenwertverarbeitungsalgorithrnus zum Entfernen symmetrischer spektraler Artefakte spezifisch geeignet ist, ist es wahrscheinlich, dass das zu verarbeitende Spektrum auch nicht-symmetrische Artefakte enthält. Dies können Rauschartefakte sein, die durch Zufall asymmetrisch sind, oder können Verzerrungs- und/oder Aliasing-Artefakte sein, die zufällig nicht-symmetrisch sind. Was auch immer ihre Ursache ist, es ist wünschenswert, diese Artefakte zu entfernen. Wenn sie ausreichend niedrige Pegel haben, können sie durch eine Rauschsperrenschwellenverarbeitung entfernt werden. Das Problem bei einer herkömmlichen Rauschsperrenschwellenverarbeitung ist, dass sie nicht paarweise ausgeführt wird, so dass sie tatsächlich weitere Asymmetrien erzeugen kann und es wahrscheinlich Links-Rechts-Amplituden-Beziehungen zerstören wird, die erforderlich sind, damit eine nachfolgende Spiegelungs-Schwellenwertverarbeitung geeignet ausgeführt werden kann.
  • Eine Verarbeitung unter Verwendung lokaler Gate-Schwellenwerte kann größere Artefakte entfernen (vorausgesetzt, diese sind symmetrisch), es ist jedoch ein höheres statistisches Risiko damit verbunden, weil die lokalen Gate-Schwellenwerte auf weitaus weniger Daten basieren, in vielen Fällen auf nur einem Bin-Wert. Daher kann es am vorteilhaftesten sein, diese Technik für größere Artefakte zu reservieren und die kleineren unter Verwendung eines modifizierten Rauschsperrenalgorithmus zu entfernen, der die Links-Rechts-Symmetrie bewahrt.
  • 2 zeigt die Frequenz-Bins eines Beispiels einer Doppler-Antwort in graphischer Form. Der Graph zeigt die Doppler-Antwort vor jeglicher Verarbeitung des Messsignals. Der größte Frequenz-Bin (bei der Position 0,0) stellt die durch den Doppler-Messaufnehmer 106 empfangene und gemessene Trägerwellenreflexion dar. Es ist ersichtlich, dass die Trägerwelle das Frequenzspektrum dominiert. Eine Doppler-Antwort (d. h. das dopplerverschobene rücklaufende Signal) ist rechts von der Trägerwelle, etwa bei der Position 1,0, erkennbar. Dies sind die einzigen beiden wesentlichen Antworten, und die übrigen Frequenz-Bins enthalten nur Rauschen oder andere Artefakte.
  • Weil das Doppler-Messungsmerkmal nur auf einer Seite des Trägerfrequenz-Bins erscheinen wird, kann die kleinere Amplitude in einem Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar als Rauschen oder als ein Artefakt und nicht als ein wesentlicher Messwert bestimmt werden. Dies ist in der Figur ersichtlich, wobei die Frequenz-Bins an den Positionen 1,0 bis 1,3 auf der rechten Seite des Trägerwellen-Bins die Doppler-Messwerte enthalten, während die entsprechenden Frequenz-Bins an den Positionen –1,0 bis –1,3 auf der linken Seite nur kleine Anteile von Rauschen oder Artefakten enthalten.
  • In einigen Implementierungen kann das Spektrum kreisförmig gedreht sein, wobei die Trägerposition sich beispielsweise an dem am weitesten links angeordneten Bin befindet. Diese Bins können vor einer Verarbeitung umgeordnet werden, z. B. unter Verwendung einer beispielsweise in MATLAB verfügbaren ”fftshift”-Funktion.
  • Gemäß 1 kann das Speichersystem 120 ein Doppler-Signal 121, eine Spektrumroutine 122, mehrere Frequenz-Bins 123, eine Routine 124 zum Verarbeiten allgemeiner Rauschsperrenschwellen, eine Routine 125 zum Verarbeiten lokaler Gate-Schwellenwerte, eine Strömungsstatistikberechnungsroutine 126, mehrere lokale Gate-Schwellenwerte 127, eine allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 und eine Routine 129 zum Verarbeiten isolierter Bins aufweisen.
  • Das Doppler-Signal 121 kann ein beispielsweise vom Messaufnehmer 106 empfangenes Messsignal aufweisen. Das Doppler-Signal 121 kann ein oder mehrere analoge oder digitale Strömungsmesswerte, wie beispielsweise einen Dopplerfrequenzverschiebungsmesswert, enthalten, der Geschwindigkeiten von stationären oder sich bewegenden Objekten darstellen kann. Das Doppler-Signal 121 weist typischerweise sowohl dopplerverschobene spektrale Komponenten als auch stationäre spektrale Komponenten auf.
  • Die Spektrumroutine 122 erzeugt ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum von der Doppler-Messung. Die Spektrumroutine 122 kann in einigen Ausführungsformen eine schnelle Fouriertransformation (FFT) bezüglich des Doppler-Signals 121 ausführen, obgleich andere Techniken verwendbar sind, wie vorstehend beschrieben wurde. Die Spektrumroutine 122 kann daher die Doppler-Messung in eine Frequenzbereichdarstellung umwandeln. Die Frequenzbereichdarstellung kann einen Satz von Amplituden in vorgegebenen Frequenzbereichen oder -bändern aufweisen. Beispielsweise kann die Spektrumroutine 122 eine Frequenzantwort erzeugen, die mehrere diskrete Werte aufweist, die in den mehreren Frequenz-Bins 123 gespeichert sind. Mindestens ein Teil der mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare kann anschließend unter Verwendung einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle und mehrerer lokaler Gate-Schwellenwerte verarbeitet werden, wie nachstehend diskutiert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass innerhalb des durch die Beschreibung und die Ansprüche dargestellten Umfangs der Erfindung weitere Schwellenwerte in Betracht kommen.
  • Die mehreren Frequenz-Bins 123 weisen mehrere diskret beabstandete digitale Frequenz-Bins auf. Jeder Bin der mehreren Frequenz-Bins 123 kann einen numerische Amplitudenwert speichern, der das Vorhandensein (und die relative Intensität oder Stärke) oder das Nichtvorhandensein eines rücklaufenden Signals innerhalb dieses spezifischen Frequenzbereichs des Geschwindigkeitsspektrums anzeigt. Die mehreren Frequenz-Bins 123 können eine beliebige vorgegebene Anzahl von Frequenz-Bins aufweisen.
  • Das Verarbeitungssystem 112 ist in einigen Ausführungsformen dafür konfiguriert, einen Trägerwellen-Bin oder Trägerwellen-Bins (und damit eine Trägerwellenposition) in den mehreren diskreten Frequenz-Bins zu identifizieren. Die Trägerwelle teilt das digitale Frequenzspektrum in ein zweiseitiges Frequenzspektrum. Das zweiseitige Frequenzspektrum weist mehrere linke Frequenz-Bins und mehrere entsprechende/zugeordnete rechte Frequenz-Bins auf. Das zweiseitige Frequenzspektrum weist ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum auf, das spektrale Elemente unterscheidet.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das zweiseitige Frequenzspektrum Strömungsrichtungsinformation bewahrt, nachdem der Trägerwellen-Bin bestimmt worden ist. Die Bestimmung der Trägerwellenposition ermöglicht die Unterscheidung der Doppler-Antwort, von der eine Messsignalamplitude extrahiert werden kann. In vielen Ausführungsformen wird der Trägerwellen-Bin eine feste Position haben. In einigen Ausführungsformen befindet sich die tatsächliche Trägerposition in der Mitte zwischen zwei Bin-Mitten, so dass die Trägerwellenfrequenzantwort einen oder mehrere benachbarte Frequenz-Bins belegen kann.
  • Außerdem kann durch die Position der Doppler-Antwort die Strömungsrichtung bestimmt werden. Wenn beispielsweise das Messsignal rechts vom Trägerwellenfrequenz-Bin angeordnet ist, bewegt sich das Fluid im Wesentlichen zum Messaufnehmer 106 hin. Wenn das Fluid sich im Wesentlichen vom ausgesendeten Strahl oder den ausgesendeten Wellen vom Messaufnehmer 106 weg bewegt, wird die Doppler-Messungsantwort sich links vom Trägerwellenfrequenz-Bin befinden. In einigen Ausführungsformen kann diese Konvention umgekehrt sein.
  • Das Verarbeitungssystem 112 ist in einigen Ausführungsformen dafür konfiguriert, die Trägerwelle vom Frequenzspektrum zu entfernen. Nachdem das eine oder mehrere Trägerwellen-Bins unter den mehreren diskreten Frequenz-Bins bestimmt worden sind, wird die Amplitude der Trägerwelle subtrahiert oder auf Null gesetzt, um die Trägerwelle zu entfernen. Natürlich sollten die eine oder die mehreren Trägerwellen-Bin-Positionen für weitere Verarbeitungen aufgezeichnet oder gespeichert werden.
  • Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 empfängt und verarbeitet ein Doppler-Signal, um eine Doppler-Messung zu erzeugen. Die Doppler-Messung kann eine Fluidströmungsgeschwindigkeit aufweisen. Die Doppler-Messung kann eine Fluidströmungsrichtung aufweisen.
  • Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 erzeugt ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum unter Verwendung der Spektrumroutine 122. Die Spektrumroutine 122 erzeugt ferner die mehreren Frequenz-Bins 123 und die entsprechenden Amplitudenwerte. Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 verarbeitet das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum, um Rauschen zu reduzieren oder zu eliminieren, wobei anschließend durch die Doppler-Messungsvorrichtung 100 eine bessere Doppler-Messung erzeugt wird.
  • In der Verarbeitung werden symmetrische Frequenz-Bins verarbeitet. Der Ausdruck symmetrisch bezeichnet ein Paar Frequenz-Bins, die bezüglich der Trägerwellenposition links und rechts in gleichen Abständen angeordnet sind.
  • Einige Bin-Paare enthalten symmetrische Artefakte, die im Wesentlichen gleiche Amplituden in beiden Bins aufweisen. Derartige symmetrische Artefakte können durch externes Rauschen, Störreflexionen, usw. verursacht werden. Wenn ein Artefakt nicht-symmetrisch und daher nur auf einer Seite der Trägerwelle vorhanden ist, ist es durch eine lokale-Gate-Schwellenwertverarbeitung möglicherweise nicht entfernbar. Ein nicht-symmetrisches Artefakt kann stattdessen durch eine allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung entfernt werden. Wenn das Artefakt aber symmetrisch und auf beiden Seiten des oder der Trägerwellen-Bins angeordnet ist, enthält das symmetrische spektrale Artefakt keine Geschwindigkeitsinformation und kann von beiden Seiten des Frequenzspektrums gelöscht werden, d. h. von entsprechenden Bins auf beiden Seiten des oder der Trägerwellen-Bins. Infolgedessen kann nicht mit der Messung in Beziehung stehende Information vom Frequenzspektrum eliminiert werden, wodurch die Unterscheidung eines Geschwindigkeitswertes einfacher und genauer wird.
  • In einigen Ausführungsformen ist die Schnittstelle 101 dafür konfiguriert, ein Doppler-Signal zu empfangen, und das Verarbeitungssystem 112 ist mit der Schnittstelle 101 verbunden und empfängt das Doppler-Signal. Das Verarbeitungssystem 112 ist dafür konfiguriert, ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum mit mehreren diskreten Frequenz-Bins vom Doppler-Signal zu erzeugen, wobei das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum spektrale Elemente unterscheidet. Das Verarbeitungssystem 112 ist dafür konfiguriert, ein oder mehrere Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle einer allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung zu unterziehen, wobei die Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare um einen oder mehrere Trägerwellen-Bins im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind. Das Verarbeitungssystem 112 ist dafür konfiguriert, das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung zu unterziehen. Jeder lokale Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte wird bezüglich eines entsprechenden Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paares verarbeitet.
  • Die Verarbeitung beinhaltet vorzugsweise eine allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung und eine lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung. Vorzugsweise wird die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung zuerst ausgeführt, woraufhin die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung ausgeführt wird. Die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung kann in alternativen Ausführungsformen jedoch auch zuerst ausgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann nach der allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung und der lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung eine Verarbeitung zum Entfernen isolierter Bins ausgeführt werden, die isolierte Bins entfernt. Durch die Verarbeitung zum Entfernen isolierter Bins können isolierte Bins entfernt werden, die nach den Schwellenwertverarbeitungen verbleiben oder durch diese erzeugt werden.
  • Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 führt die Routine 124 zum Verarbeiten allgemeiner Rauschsperrenschwellen aus, um die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung bezüglich der mehreren Frequenz-Bins 123 auszuführen. Die Routine 124 zum Verarbeiten allgemeiner Rauschsperrenschwellen kann die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 erzeugen. Zum Erzeugen der allgemeinen Rauschsperrenschwelle werden Bin-Paare auf einer Seite des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums oder ein Teilsatz davon verwendet. Die Routine 124 zum Verarbeiten allgemeiner Rauschsperrenschwellen kann die linken und rechten Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare 123 bezüglich der allgemeinen Rauschsperrenschwelle 128 verarbeiten. Individuelle Bin-Paare werden mit der allgemeinen Rauschsperrenschwelle verglichen. Die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung akzeptiert oder ändert Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare basierend auf der Amplitude der beiden Bin-Werte bezüglich der allgemeinen Rauschsperrenschwelle. Die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung wird nachstehend in Verbindung mit den 7–9 und den 18 und 19 diskutiert.
  • Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 führt die Routine 125 zum Verarbeiten lokaler Gate-Schwellenwerte aus, um eine lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung bezüglich den mehreren Frequenz-Bins auszuführen. Die Routine 125 zum Verarbeiten lokaler Gate-Schwellenwerte kann mehrere lokale Gate-Schwellenwerte 127 erzeugen. Die Routine 125 zum Verarbeiten lokaler Gate-Schwellenwerte kann linke und rechte Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare der mehreren Frequenz-Bins 123 bezüglich den mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten 127 verarbeiten.
  • Die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung wird bezüglich individuellen Bin-Paaren ausgeführt. Jedes Bin-Paar wird zum Erzeugen eines lokalen Gate-Schwellenwertes für dieses Bin-Paar verwendet. Jedes Bin-Paar wird mit seinem lokalen Gate-Schwellenwert verglichen und als Ergebnis kann ein oder können beide Bin-Werte geändert werden. Weil jedoch bereits die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung ausgeführt worden sein kann, ist es möglich, dass sowohl der linke, als auch der rechte Bin eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paars bereits einen vernachlässigbaren Wert haben.
  • Für jeden Typ der Schwellenwertverarbeitung kann, wenn ein Bin oder Bins kleiner sind als der Schwellenwert, eine harte oder eine weiche Schwellenwertverarbeitung verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird eine harte Schwellenwertverarbeitung für die allgemeine Rauschschwellenverarbeitung verwendet, obwohl in alternativen Ausführungsformen eine weiche Schwellenwertverarbeitung verwendet werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform wird eine weiche Schwellenwertverarbeitung für die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung verwendet, obwohl in alternativen Ausführungsformen eine harte Schwellenwertverarbeitung verwendet werden kann.
  • Die Strömungsstatistikberechnungsroutine 126 kann verschiedene Messwerte, bekannte Werte und bestimmte Werte zum Berechnen einer Strömungsstatistik verwenden. Beispielsweise kann die Strömungsstatistikberechnungsroutine 126 in einigen Ausführungsformen einen Fluidpegel, eine Fluidströmungsrichtung und eine Fluidströmungsgeschwindigkeit bestimmen. Außerdem kann die Strömungsstatistikberechnungsroutine 126 in einigen Ausführungsformen eine Fluiddurchflussrate bestimmen. Es wird darauf hingewiesen, dass innerhalb des durch die Beschreibung und die Ansprüche definierten Umfangs der Erfindung auch andere Fluidmesswerte und Fluideigenschaften in Betracht kommen.
  • Die Doppler-Messungsvorrichtung 100 führt die Routine 129 zum Verarbeiten isolierter Bins aus, um jegliche isolierten Bins unter den mehreren Frequenz-Bins 123 zu identifizieren und zu verarbeiten. Die Routine 129 zum Verarbeiten isolierter Bins kann jedes Bin untersuchen, um isolierte Bins zu finden. Die Routine 129 zum Verarbeiten isolierter Bins kann Bins verarbeiten, die als isolierte Bins bestimmt wurden. Die Verarbeitung kann das Setzen jeglicher Bins auf Null beinhalten, die als isolierte Bins bestimmt wurden.
  • 3A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer harten Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als der Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der Schwellenwert. 3B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude durch die harte Schwellenwertverarbeitung auf Null gesetzt worden ist. Die harte Schwellenwertverarbeitung wird die rechte Bin-Amplitude nicht ändern, weil die rechte Bin-Amplitude den Schwellenwert überschreitet. Bei der harten Schwellenwertverarbeitung wird nur der Bin geändert, der den Schwellenwert nicht überschreitet. Der Schwellenwert kann entweder eine allgemeine Rauschsperrenschwelle oder ein lokaler Gate-Schwellenwert sein.
  • 4A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer ersten Ausführungsform einer weichen Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als ein Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der Schwellenwert.
  • 4B zeigt ein Bin-Paar, wobei aufgrund der weichen Schwellenwertverarbeitung die linke Bin-Amplitude auf Null gesetzt worden ist und die kleinere Bin-Amplitude (b) von der rechten Bin-Amplitude subtrahiert worden ist.
  • 5A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer alternativen, zweiten Ausführungsform einer weichen Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als ein Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der Schwellenwert.
  • 5B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude durch die weiche Schwellenwertverarbeitung auf Null gesetzt worden ist und der Schwellenwert (t) von der rechten Bin-Amplitude subtrahiert worden ist. In einigen Ausführungsformen kann der Schwellenwert (t) die kleinere Bin-Amplitude multipliziert mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass kein negativer Wert zulässig ist, wobei, wenn die Subtraktion zu einem negativen Wert führt, der negative Wert durch Null ersetzt wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der während der weichen Schwellenwertverarbeitung subtrahierte Wert ein beliebiger vorgegebener Wert sein kann, einschließlich verschiedenartiger Kombinationen des kleineren Bin-Wertes, des vorgegebenen Multiplikationsfaktors k oder anderer Werte.
  • Die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 kann auf eine beliebige Weise erzeugt werden. Die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 kann durch Mittelwertbildung bestimmter, nicht mit der Messung in Beziehung stehender Bins (typischerweise auf der Nicht-Strömungsseite des Spektrums, vgl. z. B. 20(d)) erzeugt werden. Die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 kann als ein vorgegebener Bruchteil eines ausgewählten spektralen Peakwertes, in einigen Ausführungsformen z. B. des Trägerwellenpeaks, gesetzt werden, oder kann der asymmetrische Peakwert sein, oder es kann eine Kombination davon verwendet werden. Beispielsweise können, nachdem die Strömungsrichtung identifiziert worden ist, Frequenz-Bins auf der Nicht-Doppler-Signalseite des oder der Trägerwellen-Bins gemittelt werden, um eine allgemeine Rauschsperrenschwelle zu erzeugen. Eine Mittelwertbildung abseits angeordneter Bin-Werte und eine Skalierung des Ergebnisses zum Erzeugen einer Rauschschätzung ist eine von Petroff (7672797) favorisierte Strategie. Weil die Rauschsignal-Bin-Amplituden eine nicht gaußförmige statistische Verteilung haben können, besteht eine robustere Strategie (wenn zahlreiche Rauschsignal-Bins verfügbar sind) darin, die allgemeine Rauschsperrenschwelle vom Peakwert zu erzeugen, der sich von den Rauschsignal-Bin-Amplituden abzeichnet. Die allgemeine Rauschsperrenschwellenwert 128 wird daher den Mittelwert des Rauschens im Frequenzspektrum darstellen. Die Nicht-Doppler-Signalseite kann als die Seite des Geschwindigkeitsspektrums mit dem geringeren Energieinhalt identifiziert werden. Die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 kann anschließend zum Verarbeiten mindestens eines Teils der Frequenz-Bins verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls alle Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare verarbeitet werden können, wobei durch die Verarbeitung die Nicht-Doppler-Bin-Paare auf Null gesetzt (oder vermindert) werden.
  • Alternativ kann die allgemeine Rauschsperrenschwelle auf andere Weisen vom Geschwindigkeitsspektrum abgeleitet werden. Beispielsweise kann die allgemeine Rauschsperrenschwelle einem vorgegebenen Prozentanteil oder einem Teil eines spektralen Peaks im Geschwindigkeitsspektrum entsprechen, z. B. einem Prozentanteil oder Teil einer dopplerverschobenen Reflexion. Dies könnte der Träger-Peakwert sein. Alternativ könnte dies ein asymmetrischer Peakwert sein. Gemäß einer anderen Alternative kann die allgemeine Rauschsperrenschwelle von jedem spektralen Peak im Geschwindigkeitsspektrum berechnet werden, wobei ein kleinster Wert als die allgemeine Rauschsperrenschwelle ausgewählt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass die allgemeine Rauschsperrenschwelle von einem beliebigen Teil des Geschwindigkeitsspektrums erzeugt oder abgeleitet werden kann und einen beliebigen Amplitudenwert haben kann.
  • 6A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung, wobei sowohl die linke Bin-Amplitude, als auch die rechte Bin-Amplitude kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle.
  • 6B zeigt das Bin-Paar, wobei sowohl die linke Bin-Amplitude, als auch die rechte Bin-Amplitude auf Null gesetzt worden sind, da sie die allgemeine Rauschsperrenschwelle nicht überschreiten.
  • 7A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle und die rechte Bin-Amplitude größer ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle.
  • 7B zeigt das unveränderte Bin-Paar, weil die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung ein einzelnes Bin nicht auf Null setzen und keine Asymmetrie im Bin-Paar erzeugen wird.
  • 8A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung, wobei sowohl die linke Bin-Amplitude, als auch die rechte Bin-Amplitude größer ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle.
  • 8B zeigt das unveränderte Bin-Paar.
  • Anhand der vorstehenden Beispiele ist ersichtlich, dass die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung ausgeführt werden kann, wobei beide Frequenz-Bins beibehalten oder geändert werden. Die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung ändert vorzugsweise nicht nur einen einzelnen Bin eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paars. Wenn einer oder beide Bins die allgemeine Rauschsperrenschwelle überschreiten, wird keiner der Bins geändert. Nur wenn beide Bins eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paars kleiner sind als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, werden die Bins geändert, indem beide Bins auf Null gesetzt werden. Diese Vorschrift wird befolgt, um zu vermeiden, dass Asymmetrien im Geschwindigkeitsspektrum erzeugt werden.
  • Die mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte 127 weisen einen oder mehrere lokale Gate-Schwellenwerte auf, die durch die Doppler-Messungsvorrichtung 100 bestimmt werden. Die mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte 127 weisen in einigen Ausführungsformen eine Reihe lokaler Gate-Schwellenwerte auf, wobei für jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar in den mehreren Frequenz-Bins 123 ein lokaler Gate-Schwellenwert bereitgestellt wird.
  • Die mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte 127 können auf eine beliebige Weise erzeugt werden. Beispielsweise können der linke und der rechte Bin eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paars miteinander verglichen werden, wobei der kleinere Bin-Wert zum Erzeugen des lokalen Gate-Schwellenwertes verwendet wird. Der lokale Gate-Schwellenwert 127 weist daher einen Rauschen-versus-Signal-Schwellenwert auf, wobei eine beliebige Frequenz-Bin-Amplitude oberhalb des lokalen Gate-Schwellenwertes als ein mögliches Informationssignal unberührt bleibt, aber alle Frequenz-Bin-Amplituden bei oder unterhalb des lokalen Gate-Schwellenwertes 127 in einigen Ausführungsformen auf Null gesetzt werden können, um Rauschen oder andere Störartefakte zu entfernen. Innerhalb des durch die Beschreibung und die Ansprüche definierten Umfangs der Erfindung können auch andere Verfahren zum Bestimmen jedes lokalen Gate-Schwellenwertes 127 verwendet werden, beispielsweise kann ein vorgegebener minimaler oder Standard-Gate-Schwellenwert verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann der lokale Gate-Schwellenwert außerdem verändert werden, z. B. durch Multiplizieren mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k Der erhaltene lokale Gate-Schwellenwert kann daher größer sein als der erzeugte kleinere Bin-Wert. Infolgedessen kann, wenn der linke und der rechte Bin-Wert eines Geschwindigkeitsspektrumspektrum-Bin-Paars relativ nahe beieinander liegen, der größere Bin-Wert in einigen Fällen ebenfalls auf Null gesetzt werden (vgl. 10–11 und die entsprechende nachstehende Diskussion).
  • In einigen Ausführungsformen ist die Verarbeitung dadurch gekennzeichnet, dass jeder lokale Gate-Schwellenwert 125 durch Mittelwertbildung eines bestimmten lokalen Gate-Schwellenwertes mit den gewichteten Werten vorgegebener lokale Gate-Schwellenwerte in der Nähe vor dem Einstellen der Frequenz-Bin-Amplituden modifiziert wird. Dadurch werden gleichmäßigere lokale Gate-Schwellenwerte bereitgestellt und es werden lokale Gate-Schwellenwert-Ausreißer vermindert. Die vorgegebenen lokalen Gate-Schwellenwerte in der Nähe können benachbarte lokale Gate-Schwellenwerte auf jeder Seite des betrachteten Frequenz-Bins, mehrere benachbarte lokale Gate-Schwellenwerte auf jeder Seite des betrachteten Frequenz-Bins oder sogar lokale Schwellenwerte in der Nähe sein, die nicht wirklich benachbart sind, wie beispielsweise lokale Gate-Schwellenwerte von Bins, die ein oder mehrere Bin-Positionen auf jeder Seite vom betrachteten Frequenz-Bin beabstandet sind.
  • Infolgedessen muss der lokale Gate-Schwellenwert nicht die gleiche Amplitude haben wie der kleinere Bin-Wert. Die Bin-Amplitude kann für den lokalen Gate-Schwellenwert eingestellt werden, um zu gewährleisten, dass die größere Bin-Amplitude auf Null gesetzt wird (in dem Fall, in dem sie größer ist als die kleinere Bin-Amplitude aber nicht größer als der lokale Gate-Schwellenwert).
  • In einigen Ausführungsformen ist das Verarbeitungssystem 112 dafür konfiguriert, mehrere lokale Gate-Schwellenwerte für die mehreren Geschwindigkeits-Bin-Paare iterativ zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen ist das Verarbeitungssystem 112 dafür konfiguriert, jeden lokalen Gate-Schwellenwert durch Mittelwertbildung des lokalen Gate-Schwellenwertes mit gewichteten Werten eines oder mehrerer lokaler Schwellenwerte in der Nähe zu modifizieren.
  • 9A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert. Dies wird typischerweise auftreten, wenn die kleinere Bin-Amplitude als der lokale Gate-Schwellenwert verwendet wird.
  • 9B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke (d. h. kleinere) Bin-Amplitude auf Null gesetzt wurde, da sie den lokalen Schwellenwert nicht überschreitet.
  • Definitionsgemäß wird, wenn die beiden Bins nicht exakt gleich sind, ein kleinerer Bin vorhanden sein. In der lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung wird der kleinere Bin immer auf Null gesetzt.
  • 10A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung, wobei die linke Bin-Amplitude kleiner ist als der lokale Gate-Schwellenwert und die rechte Bin-Amplitude größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert.
  • 10B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude auf Null gesetzt worden ist, da sie den lokalen Schwellenwert nicht überschreitet und die rechte Bin-Amplitude vermindert worden ist. Dies ist ein Beispiel einer weichen Schwellenwertverarbeitung, bei der die rechte Bin-Amplitude in einigen Ausführungsformen um die kleinere (linke) Bin-Amplitude vermindert werden kann. Alternativ kann die rechte Bin-Amplitude um den lokalen Gate-Schwellenwert oder einen anderen vorgegebenen Wert vermindert werden.
  • 11A zeigt ein Beispiel eines Bin-Paars vor einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung, wobei sowohl die linke Bin-Amplitude, als auch die rechte Bin-Amplitude kleiner ist als der lokale Gate-Schwellenwert. Dies kann auftreten, wenn der lokale Gate-Schwellenwert die kleinere Bin-Amplitude, multipliziert mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k, aufweist. Infolgedessen kann der lokale Gate-Schwellenwert größer sein als beide Bins, insbesondere wenn der vorgegebene Multiplikationsfaktor k relativ groß ist.
  • 11B zeigt das Bin-Paar, wobei die linke Bin-Amplitude auf Null gesetzt worden ist, da sie den lokalen Schwellenwert nicht überschreitet, und die rechte Bin-Amplitude ebenfalls auf Null gesetzt worden ist. Hierbei werden der linke und der rechte Bin als hinsichtlich der Größe ausreichend ähnlich betrachtet, so dass sie als identisch betrachtet werden. Auf diese Weise können durch die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung in Abhängigkeit von der Größe des lokalen Gate-Schwellenwertes Bin-Paare mit im Wesentlichen ähnlichen Amplituden eliminiert werden. Definitionsgemäß enthalten zwei Bins, die um die Trägerwellenposition symmetrisch angeordnet sind und im Wesentlichen identische Werte aufweisen, keine Doppler-Signalinformation und können entfernt werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass kein Fall auftritt, in dem beide Bins größer sind als der lokale Gate-Schwellenwert. Dies ist der Fall, weil der lokale Gate-Schwellenwert die gleiche Größe hat oder größer ist als die kleinere Bin-Amplitude (oder eine Bin-Amplitude aufweist, wenn sie exakt gleich sind).
  • 11 zeigt ein Beispiel einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung, bei der zwei Bin-Werte im Wesentlichen gleich sind, so dass beide Bin-Werte auf Null gesetzt werden. In Ausführungsformen, in denen der vorgegebene Multiplikationsfaktor k verwendet wird, kann es vorkommen, dass der größere Bin-Wert kleiner wird als der lokale Gate-Schwellenwert. In diesem Fall wird die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung die beiden Bin-Werte als im Wesentlichen identisch behandeln.
  • In einigen Ausführungsformen wird die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 durch einen lokalen Gate-Schwellenwert 127 ersetzt, wenn die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 einen größeren Wert hat als der lokale Gate-Schwellenwert 127. Mit ”einen größeren Wert” ist gemeint, dass die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 eine größere Amplitude/Magnitude hat.
  • In einigen Ausführungsformen kann die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 größer sein als die lokalen Gate-Schwellenwerte 127. Beispielsweise wird in einigen Ausführungsformen die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 durch einen lokalen Gate-Schwellenwert 127 ersetzt, wenn die allgemeine Rauschsperrenschwelle 128 größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert 127 (vgl. Schritte 1805–1806 in 18). Alternativ kann in anderen Ausführungsformen die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung zuerst ausgeführt werden, woraufhin die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung ausgeführt wird.
  • 12 zeigt die Frequenz-Bins von 2, nachdem der Trägerwellenfrequenz-Bin oder die Trägerwellenfrequenz-Bins bestimmt und entfernt worden sind (d. h. auf Null gesetzt worden sind). Weil das Trägerwellensignal im Frequenzspektrum häufig das größte ist und die meiste Energie enthält, wird durch die Trägerwellenantwort spektrale Energie entfernt, die eine Messwertbestimmung beeinflussen oder beeinträchtigen kann.
  • 12 zeigt außerdem ein Beispiel einer Entfernung symmetrischer spektraler Artefakte von den mehreren Frequenz-Bins gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel werden Frequenz-Bins unmittelbar links und rechts von der Trägerwelle verarbeitet. Wenn beide Bins kleiner sind als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, werden beide Bins durch die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung auf Null gesetzt. Hierbei werden die beiden Frequenz-Bins, insofern sie einen großen Wert haben, wahrscheinlich nicht kleiner sein als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, so dass sie durch die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung nicht beeinflusst werden.
  • Stattdessen können die beiden Bins durch die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung entfernt werden. Hierbei können, wenn der unmittelbar linke und der unmittelbar rechte Bin innerhalb eines vorgegebenen Symmetrieschwellenwertes relativ zueinander liegen, diese als im Wesentlichen symmetrisch bestimmt werden, wie anhand des Graphen ersichtlich ist. Wenn ein Bin kleiner ist, selbst wenn er nur geringfügig kleiner ist, und wenn der kleinere Bin-Wert mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktorkmultipliziert wird, um den lokalen Gate-Schwellenwert zu erzeugen, kann auch der größere Bin kleiner sein als der lokale Schwellenwert. In diesem Fall werden beide Bins durch die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung auf Null gesetzt. Die gestrichelten Linien zeigen ihre anschließende erfindungsgemäße Entfernung.
  • 13 zeigt Beispiele zum teilweisen Entfernen von Rauschen oder Artefakten von mehreren Frequenz-Bins gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur ist nur ein Teil der Verarbeitung abgeschlossen worden. Hierbei sind die Frequenz-Bins, die bezüglich des Trägerwellenfrequenz-Bins links und rechts symmetrisch angeordnet sind, verarbeitet, und Rauschamplitudenwerte sind von den mehreren Frequenz-Bins entfernt. Außerdem sind die Frequenz-Bins um den Träger, die geringfügige Amplituden haben, gemäß anwendbaren Schwellenwerten auf Null gesetzt worden. Darüber hinaus sind die Frequenz-Bins auf jeder Seite der Doppler-Antwort auf Null gesetzt worden, wenn sie im Wesentlichen symmetrisch waren.
  • Der Graph in 13 zeigt eine weiche Schwellenwertverarbeitung. Die weiche Schwellenwertverarbeitung ist bezüglich den Frequenz-Bins an den Positionen 1,0 bis 1,3 rechts von der Trägerwelle in der Doppler-Antwort ausgeführt worden. Als Ergebnis werden auch die durchgelassenen Frequenz-Bins (d. h. Bins, die einen vorgegebenen Gate-Schwellenwert, multipliziert mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k überschritten haben) um einen vorgegebenen Amplitudenwert vermindert, z. B. um die Amplituden gegenüberliegender Bins. In einigen Ausführungsformen wird der zu vermindernde Frequenz-Bin durch den vorgegebenen Multiplikationsfaktor k nicht vermindert oder beeinflusst, sondern der vorgegebene Multiplikationsfaktor k wird lediglich für einen Vergleich des Frequenz-Bins mit dem Gate-Schwellenwert verwendet. Alternativ können die durchgelassenen Frequenz-Bins um einen Gate-Schwellenwert, multipliziert mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k, vermindert werden, wie vorstehend diskutiert wurde. Dies kann zusätzlich dazu ausgeführt werden, dass die Frequenz-Bins, die den Gate-Schwellenwert nicht überschritten haben, auf Null gesetzt werden.
  • 14 zeigt ein Ablaufdiagramm 1400 eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verarbeiten einer Doppler-Messung. In Schritt S1401 wird ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum von der Doppler-Messung erzeugt. Das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum weist mehrere diskrete Frequenz-Bins auf. Das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum unterscheidet spektrale Elemente, wobei in den mehreren Frequenz-Bins verschiedene spektrale Elemente vorhanden sein können. Das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum kann von einem beliebigen Typ einer Doppler-Messung erzeugt werden, beispielsweise von einer Fluidströmungsgeschwindigkeitsmessung. Die Doppler-Messung kann eine analoge oder eine digitale Messung sein. Das Erzeugen des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums kann beispielsweise das Ausführen einer schnellen Fouriertransformation (FFT) beinhalten, wobei die schnelle Fouriertransformation mehrere diskrete Frequenz-Bins erzeugt, wie beispielsweise Bins digitaler Werte. Die FFT-Verarbeitung erzeugt komplexe Werte (Xi). Um diese komplexen Werte zu verwenden, kann das Verfahren entweder ein |Xi|-Magnitudenspektrum oder ein |Xi|2-Leistungsspektrum berechnen. Jeder Frequenz-Bin der mehreren Frequenz-Bins bildet einen Teil des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums. Die Frequenzbänder des Spektrums können eine im Wesentlichen ähnliche Größe oder verschiedene Größen haben. Wenn die Bänder verschiedene Größen haben, ist es jedoch notwendig, dass ihre Größeneinteilung um die Trägerposition symmetrisch ist.
  • In Schritt 1402 werden ein oder mehrere Trägerwellen-Bins unter den mehreren diskreten Frequenz-Bins des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums identifiziert. Alle anschließenden Verarbeitungen werden bei einer Bin-Position beginnen, die einen oder mehrere Bins von jeder Seite des oder der Trägerwellen-Bins beabstandet ist. Der eine oder die mehreren Trägerwellen-Bins können die in der Doppler-Messung verwendete Trägerwellenfrequenz aufweisen. Daher können der eine oder die mehreren Trägerwellen-Bins den Empfang der ursprünglichen Trägerwelle darstellen und sind für die Geschwindigkeitsbestimmung nicht erforderlich oder wichtig. Es ist jedoch wichtig, die Trägerwellenposition zu kennen, weil die Trägerwellenposition das Frequenzspektrum in das zweiseitige Spektrum teilt, das linke Frequenz-Bins auf der linken Seite des einen oder der mehreren Trägerwellen-Bins und rechte Frequenz-Bins auf der rechten Seite des einen oder der mehreren Trägerwellen-Bins aufweist. Die Position des einen oder der mehreren Trägerwellen-Bins kann gespeichert oder anderweitig aufgezeichnet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Trägerwellenbestimmung das Entfernen oder Subtrahieren der Trägerwellenamplitude von dem einen oder den mehreren Trägerwellen-Bins und vom Frequenzspektrum beinhalten. Dies kann ausgeführt werden, weil die Trägerwelle nicht Teil der Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit ist.
  • In Schritt S1403 wird eine allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung bezüglich des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums ausgeführt. Die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung verwendet eine einzelne allgemeine Rauschsperrenschwelle, wie vorstehend diskutiert wurde. Die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung kann nicht-symmetrische Artefakte im Geschwindigkeitsspektrum allgemein vermindern oder eliminieren.
  • Wenn beide Bin-Werte eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paares kleiner sind als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, wird das Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar auf Null gesetzt. Beide Bins werden unverändert gelassen, wenn eine oder beide Frequenz-Bin-Amplituden die allgemeine Rauschsperrenschwelle überschreiten. Alternativ können, wenn die Summe oder der Mittelwert beider Frequenz-Bin-Amplituden die allgemeine Rauschsperrenschwelle überschreiten, auch hier beide Frequenz-Bins unverändert gelassen werden.
  • Während der allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung kann für beide Bins eine harte Schwellenwertverarbeitung angewendet werden, wobei beide Frequenz-Bins unverändert gelassen oder auf Null gesetzt werden. Entscheidend ist es, ein symmetrisch angeordnetes Bin-Paar gleichzeitig zu verarbeiten.
  • In Schritt S1404 wird eine lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung bezüglich des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums ausgeführt. Die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung verwendet mehrere lokale Gate-Schwellenwerte, einschließlich eines lokalen Gate-Schwellenwertes für jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar. Die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung wird in einigen Ausführungsformen nach der allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung ausgeführt. In diesem Schritt werden immer ein oder beide Bins eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paars auf Null gesetzt. Möglicherweise bleibt der größere Bin-Wert erhalten, aber durch die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung bleiben niemals beide erhalten.
  • Für die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung kann eine weiche Schwellenwertverarbeitung besser geeignet sein, es kann aber auch eine harte Schwellenwertverarbeitung verwendet werden. Der Vergleich eines Bin-Wertes mit einem lokalen Gate-Schwellenwert kann einen Vergleich des Bin-Wertes mit dem lokalen Gate-Schwellenwert, multipliziert mit dem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k, beinhalten. Durch die weiche Schwellenwertverarbeitung wird der größere Ein-Wert durch den Wert [max(L, R) – min(L, R)] ersetzt, und im Fall der lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung wird der kleinere Bin-Wert auf Null gesetzt. Vorzugsweise beinhaltet dies nicht den vorgegebenen Multiplikationsfaktor k. In einigen Ausführungsformen kann der Vergleich auch durch [max(L, R) > k·min(L, R)] implementiert werden. Hierbei stellen L und R den linken bzw. rechten Bin-Wert dar.
  • Ein alternativer Vergleich kann auf dem Mittelwert und der absoluten Differenz von L und R, des linken und des rechten Bin-Wertes eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paares, basieren: |d| > k'·c, wobei d = (R – L), c = ½(R + L) und k' = 2(k – 1)/(k + 1) bezeichnen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Verarbeitungsschritte 1403 und 1404 iterativ ausgeführt werden können, wobei ein Bin-Paar ausgewählt werden kann und die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung und die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung bezüglich des ausgewählten Bin-Paars ausgeführt werden. Dann kann das nächste Bin-Paar ausgewählt und verarbeitet werden. Dadurch kann die Verarbeitung iterativ ausgeführt werden, bis ein vorgegebener Teil des Frequenzspektrums (oder das gesamte Frequenzspektrum) und mehrere Frequenz-Bins verarbeitet worden sind.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass nicht alle Frequenz-Bins verarbeitet werden müssen. Das Verfahren kann einen Iterationsstopp beinhalten, gemäß dem eine vorgegebene Anzahl von Frequenz-Bins verarbeitet werden kann. Alternativ können die Frequenz-Bins verarbeitet werden, bis ein vorgegebenes Ziel erreicht ist. Beispielsweise kann die Verarbeitung vom Trägerwellen-Bin nach außen gerichtet ausgeführt werden, bis ein Doppler-Messungsmerkmal erfasst oder passiert wird. Das Doppler-Messungsmerkmal könnte beispielsweise um eine vorgegebene Anzahl von Frequenz-Bins passiert oder überschritten werden müssen. Infolgedessen kann die Verarbeitung Rauschen oder andere Artefakte bis zu und um ein Doppler-Messungsmerkmal entfernen, es ist jedoch nicht notwendig, das gesamte Frequenzspektrum zu verarbeiten. Unverarbeitete Bins können auf Null gesetzt werden.
  • Im optionalen Schritt 1405 werden in einigen Ausführungsformen isolierte Bins verarbeitet und entfernt. Die Bins können unter Verwendung einer Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins verarbeitet werden, wobei isolierte Bins auf Null gesetzt und somit vom zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrum entfernt werden können. Durch das Entfernen isolierter Bins können isolierte Bins entfernt werden, die nach der allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung und der lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung verbleiben, wobei durch diese beiden Verarbeitungsschritte möglicherweise isolierte Bins im Geschwindigkeitsspektrum unberührt bleiben. Außerdem können die beiden Schwellenwertverarbeitungsschritte isolierte Bins erzeugen.
  • Die Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins kann spezifizieren, wie viele Bins in der Nähe für eine Entfernung eines isolierten Bins berücksichtigt werden. Die Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins kann die Amplitudenwerte von Bins in der Nähe zum Entfernen eines isolierten Bins spezifizieren. In einigen Ausführungsformen kann die Amplitude des betrachteten Bins auch ein Faktor in der Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins sein. Die Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins kann auf Bin-Werte in der Nähe einzeln oder als Gruppe zugreifen (d. h., ein bezüglich des verarbeiteten Bins unmittelbar benachbarter Bin kann gegebenenfalls als wichtiger behandelt werden).
  • 15 zeigt ein Ablaufdiagramm 1500 einer allgemeinen erfindungsgemäßen Verarbeitung. In Schritt 1501 wird das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum von der Doppler-Messung erzeugt, wie vorstehend diskutiert wurde.
  • In Schritt 1502 wird ein oder werden mehrere Trägerwellen-Bins identifiziert. Die Position(en) kann (können) für eine weitere Verwendung gespeichert werden.
  • In Schritt 1503 wird ein Bin-Versatz von der Trägerfrequenz initialisiert. Dies kann ausgeführt werden, wenn die Verarbeitung von äußeren linken und rechten Bin-Positionen ausgehend nach innen fortschreitet. Oder dies kann ausgeführt werden, wenn die Verarbeitung nach außen fortschreitet, aber einige wenige Bins in der Nähe der Trägerposition überspringt.
  • In Schritt 1504 wird ein Bin-Index zum Ausführen einer iterativen Verarbeitung verwendet. Der Bin-Index kann beim Start der Verarbeitung vom Bin-Versatz abgeleitet werden.
  • In Schritt 1505 werden der linke und der rechte Bin-Wert für den aktuellen Bin-Index erhalten.
  • In Schritt 1506 werden der linke und der rechte Bin-Wert miteinander verglichen und der kleinere Bin-Wert wird bestimmt.
  • In Schritt 1507 wird ein lokaler Gate-Schwellenwert vom kleineren Bin-Wert berechnet. Der lokale Gate-Schwellenwert kann einen minimalen Energiewert in einem Frequenz-Bin darstellen und zum Eliminieren von Nicht-Signal-Amplitudenwerten verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können die lokalen Gate-Schwellenwerte mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor multipliziert werden, der den Schwellenwert erhöht.
  • In Schritt 1508 wird der Bin-Index iteriert, und das Verfahren springt in einer Schleife zu Schritt 1504 zurück, bis alle gewünschten Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare verarbeitet sind, um mehrere lokale Gate-Schwellenwerte zu erzeugen. Die Verarbeitung mehrerer Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare wird daher mehrere lokale Gate-Schwellenwerte erzeugen. Wenn das Ende der Iteration erreicht worden ist, schreitet das Verfahren zu Schritt 1509 fort.
  • In Schritt 1509 können die mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte optional modifiziert werden. Beispielsweise können die lokalen Gate-Schwellenwerte in einigen Ausführungsformen geglättet werden, indem sie mit lokalen Gate-Schwellenwerten in der Nähe gemittelt werden. In einigen Ausführungsformen können individuelle lokale Gate-Schwellenwerte durch eine allgemeine Rauschsperrenschwelle ersetzt werden, wenn die allgemeine Rauschsperrenschwelle größer ist als der spezifische lokale Gate-Schwellenwert.
  • In Schritt 1510 wird der Bin-Versatz von der Trägerfrequenz erneut initialisiert.
  • In Schritt 1511 wird der Bin-Index erneut vom Bin-Versatz abgeleitet. Der Bin-Index kann erneut zum Ausführen einer iterativen Verarbeitung verwendet werden.
  • In Schritt 1512 wird der linke Bin-Wert mit dem lokalen Gate-Schwellenwert verglichen. Wenn der linke Bin-Wert größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert für das Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar, springt das Verfahren zu Schritt 1514. Infolgedessen wird der linke Bin-Wert nicht geändert. Wenn dagegen der linke Bin-Wert nicht größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert, schreitet das Verfahren zu Schritt 1513 fort.
  • In Schritt 1513 wird der linke Bin-Wert auf Null gesetzt. Weil der linke Bin-Wert kleiner ist als der lokale Gate-Schwellenwert, wird der linke Bin-Wert als zu klein betrachtet, als dass er nützliche spektrale Information enthalten könnte.
  • In Schritt 1514 wird der rechte Bin-Wert mit dem lokalen Gate-Schwellenwert verglichen. Wenn der rechte Bin-Wert größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert für das Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar, springt das Verfahren zu Schritt 1516. Infolgedessen wird der rechte Bin-Wert nicht geändert. Wenn dagegen der rechte Bin-Wert nicht größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert, schreitet das Verfahren zu Schritt 1515 fort.
  • In Schritt 1515 wird der rechte Bin-Wert auf Null gesetzt. Weil der rechte Bin-Wert kleiner ist als der lokale Gate-Schwellenwert, wird der rechte Bin-Wert als zu klein betrachtet, als dass er nützliche spektrale Information enthalten könnte.
  • In Schritt 1516 wird der Bin-Index iteriert, und das Verfahren kehrt in einer Schleife zu Schritt 1511 zurück, bis alle gewünschten Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich der lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet sind. Die Verarbeitung mehrerer Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare wird daher mehrere lokale Gate-Schwellenwerte erzeugen. Wenn das Ende der Iteration erreicht worden ist, schreitet das Verfahren zu Schritt 1517 fort.
  • In Schritt 1517 wird das modifizierte Geschwindigkeitsspektrum verarbeitet, um statistisch nützliche Auswertungen zu extrahieren, z. B. eine Doppler-Reflexion im zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrum zu identifizieren. Die Verarbeitung kann ferner einen Doppler-Versatz bestimmen, z. B. einen Frequenzversatz der Doppler-Reflexion bezüglich der Trägerfrequenz. Der Frequenzversatz kann zum Bestimmen einer Strömungsgeschwindigkeit verwendet werden. Die Verarbeitung kann ferner bestimmen, ob die Doppler-Reflexion sich auf der linken Seite des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums befindet (d. h. links von der Trägerfrequenz) oder auf der rechten Seite.
  • In Schritt 1518 können der Frequenzversatz und die Spektrumseite verarbeitet werden, um eine Strömungsgeschwindigkeit und eine Strömungsrichtung von der Doppler-Messung zu bestimmen. Die bestimmten Werte können gespeichert, dargestellt oder an andere Vorrichtungen übertragen werden.
  • 16 zeigt ein Ablaufdiagramm 1600 einer erfindungsgemäßen Verarbeitung eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paares. Das Ablaufdiagramms 1600 ist ein Detail der Schritte 1504–1509 von 15. Das Ablaufdiagramm 1600 ist eine Ausführungsform der lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung, in der ein lokaler Gate-Schwellenwert ein kleinerer Bin-Wert, multipliziert mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k ist, wie vorstehend diskutiert wurde. In Schritt 1601 werden eine linke Bin-Amplitude und eine rechte Bin-Amplitude erhalten. Diese Amplitudenwerte können beispielsweise unter Verwendung eines Bin-Index erhalten werden.
  • In Schritt 1602 werden der linke und der rechte Amplitudenwert verglichen und die kleinere Bin-Amplitude wird ausgewählt.
  • In Schritt 1603 wird die kleinere Bin-Amplitude mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k multipliziert. Der vorgegebene Multiplikationsfaktor kann verwendet werden, um die kleinere Bin-Amplitude für eine nachfolgende Vergleichs- und/oder Schwellenwertverarbeitung zu modifizieren. Durch den vorgegebenen Multiplikationsfaktor k wird in einigen Ausführungsformen die kleinere Bin-Amplitude erhöht (d. h., k > 1).
  • In Schritt 1604 wird der modifizierte kleinere Bin-Wert als ein lokaler Gate-Schwellenwert verwendet. Der modifizierte kleinere Bin-Wert kann für eine harte Schwellenwertverarbeitung verwendet werden, wie vorstehend diskutiert wurde. Der modifizierte kleinere Bin-Wert kann für eine weiche Schwellenwertverarbeitung verwendet werden, wie vorstehend diskutiert wurde. Infolgedessen können der linke und/oder der rechte Bin-Wert während der Schwellenwertverarbeitung geändert werden. In diesem Schritt wird absichtlich mindestens ein Bin auf Null gesetzt. Der andere Bin kann auf Null gesetzt, vermindert oder unverändert gelassen werden.
  • In Schritt 1605 wird das nächste Bin-Paar (d. h. der nächste linke Bin-Wert und der nächste rechte Bin-Wert) erhalten. Dies kann beispielsweise durch Inkrementieren des Bin-Index erreicht werden. Dadurch können mehrere Bin-Paare iterativ verarbeitet werden.
  • 17 zeigt ein Ablaufdiagramm 1700 einer erfindungsgemäßen Glättungsverarbeitung für das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum. In Schritt 1701 wird ein Bin-Versatz von der Trägerfrequenz initialisiert.
  • In Schritt 1702 wird ein Bin-Index zum Ausführen einer iterativen Verarbeitung verwendet. Der Bin-Index kann beim Start der Verarbeitung vom Bin-Versatz hergeleitet werden.
  • In Schritt 1703 wird ein lokaler Gate-Schwellenwert erhalten und werden ein oder mehr vorgegebene lokale Gate-Schwellenwerte in der Nähe erhalten. Die Anzahl der lokalen Gate-Schwellenwerte in der Nähe kann gemäß dem gewünschten Glättungsmaß gewählt werden.
  • In Schritt 1704 wird in einigen Ausführungsformen der geglättete lokale Gate-Schwellenwert als ein gewichteter Mittelwert des ursprünglichen lokalen Gate-Schwellenwertes und des einen oder der mehreren vorgegebenen lokalen Gate-Schwellenwerte in der Nähe berechnet.
  • In Schritt 1705 wird der Bin-Index iteriert, um einen nächsten Bin-Index zu erzeugen, und das Verfahren kehrt in einer Schleife zu Schritt 1702 zurück, bis alle Frequenz-Bins/lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet worden sind.
  • In Schritt 1706 werden die lokalen Gate-Schwellenwerte durch die entsprechenden geglätteten Werte ersetzt.
  • 18 zeigt ein Ablaufdiagramm 1800 einer erfindungsgemäßen allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung für das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum. In einigen Ausführungsformen kann das Ablaufdiagramm 1800 zwischen den Schritten 1502 und 1503 des in 15 dargestellten Ablaufdiagramms 1500 für den allgemeinen Betrieb ausgeführt werden, d. h. vor der lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung.
  • In Schritt 1801 wird eine Nicht-Strömungsseite des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums identifiziert. Auf der Nicht-Strömungsseite wird keine Doppler-Reflexion vorhanden sein.
  • In einigen Ausführungsformen wird die Nicht-Strömungsseite durch Berechnen von Amplitudensummen auf der linken Seite und auf der rechten Seite identifiziert. Dann kann ein Prozentanteil mit Vorzeichen durch 100(ΣR – ΣL)/(ΣR÷ΣL) berechnet werden. Hierbei stellen L und R die Amplituden des linken bzw. des rechten Bins in einem Paar dar, und die Summation wird über die meisten oder alle Paare ausgeführt. Dadurch wird eine Konfidenzzahl zwischen –100% und +100% für die Strömungsrichtung erzeugt.
  • In Schritt 1802 wird die allgemeine Rauschsperrenschwelle bestimmt. Die allgemeine Rauschsperrenschwelle kann in einigen Ausführungsformen durch Mittelwertbildung vorgegebener Bin-Werte auf der Nicht-Strömungsseite bestimmt werden, wie vorstehend diskutiert wurde. Nicht alle Bins auf der Nicht-Strömungsseite werden gemittelt werden müssen. Die allgemeine Rauschsperrenschwelle kann jedoch auf eine beliebige geeignete Weise erzeugt werden. Jegliche Bin-Werte, für die bestimmt wurde, dass sie symmetrische Artefakte aufweisen, können beispielsweise zuerst entfernt werden. Alternativ kann die Rauschsperrenschwelle so gewählt werden, dass sie beispielsweise den Peak-Wert in den abseits angeordneten Bins aufweist, wobei die abseits angeordneten Bins sich auf die Spektrumseite beziehen, die keinen Strömungsmessungs-Peak oder Strömungsmessungs-Peaks aufweist.
  • In Schritt 1803 wird ein Bin-Versatz von der Trägerfrequenz initialisiert.
  • In Schritt 1804 wird ein Bin-Index verwendet, um eine iterative Verarbeitung auszuführen. Der Bin-Index kann zu Beginn der Verarbeitung vom Bin-Versatz hergeleitet werden.
  • In Schritt 1805 wird jeder lokale Gate-Schwellenwert mit der in Schritt 1801 erzeugten allgemeinen Rauschsperrenschwelle verglichen. Wenn der lokale Gate-Schwellenwert kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, verzweigt sich das Verfahren zu Schritt 1806. Wenn jedoch der lokale Gate-Schwellenwert nicht kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, schreitet das Verfahren zu Schritt 1807 fort.
  • In Schritt 1806 wird der lokale Gate-Schwellenwert, für den bestimmt wurde, dass er kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, durch die allgemeine Rauschsperrenschwelle ersetzt. Infolgedessen wird ein Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar nicht mit einem Schwellenwert verglichen, der kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, weil die allgemeine Rauschsperrenschwelle derart berechnet wurde, dass sie einen Nicht-Signalenergiepegel darstellt, der auf der Nicht-Signalseite des zweiseitigen Spektrums vorhanden ist. Dann schreitet das Verfahren zu Schritt 1807 fort.
  • In Schritt 1807 wird der Bin-Index iteriert, bis alle Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare (oder lokalen Gate-Schwellenwerte) verarbeitet sind.
  • 19 zeigt ein Ablaufdiagramm 1900 einer erfindungsgemäßen allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung für das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum. In einigen Ausführungsformen kann das Ablaufdiagramm 1900 zwischen den Schritten 1502 und 1503 des in 15 dargestellten Ablaufdiagramms 1500 für den allgemeinen Betrieb ausgeführt werden, d. h. vor der lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung. Es wird darauf hingewiesen, dass das Ablaufdiagramm 1900 eine andere Ausführungsform des Ablaufdiagramms 1800 von 18 sein kann.
  • In Schritt 1901 wird eine Nicht-Strömungsseite des zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums identifiziert, wie vorstehend diskutiert wurde.
  • In Schritt 1902 wird eine allgemeine Rauschsperrenschwelle bestimmt, wie vorstehend diskutiert wurde.
  • In Schritt 1903 wird ein Bin-Versatz von der Trägerfrequenz initialisiert, wie vorstehend diskutiert wurde.
  • In Schritt 1904 wird ein Bin-Index verwendet, um eine iterative Verarbeitung auszuführen, wie vorstehend diskutiert wurde.
  • In Schritt 1905 wird ein größerer Bin-Wert des Bin-Paars identifiziert.
  • In Schritt 1906 wird der größere Bin-Wert mit der in Schritt 1902 erzeugten allgemeinen Rauschsperrenschwelle verglichen. Wenn der größere Bin-Wert kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, verzweigt sich das Verfahren zu Schritt 1907. Wenn jedoch der größere Bin-Wert nicht kleiner ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, schreitet das Verfahren zu Schritt 1908 fort und die Bin-Amplituden bleiben unverändert.
  • In Schritt 1907 werden beide Bin-Amplituden auf Null gesetzt. Dies wird ausgeführt, weil beide Bin-Amplituden kleiner sind als die allgemeine Rauschsperrenschwelle. Dies ist der einzige Fall, in dem die Bin-Amplituden aufgrund der allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung geändert werden, d. h., wenn mindestens eine Bin-Amplitude die allgemeine Rauschsperrenschwelle überschreitet, wird kein Bin des Bin-Paars geändert. Dann schreitet das Verfahren zu Schritt 1908 fort.
  • In Schritt 1908 wird der Bin-Index iteriert, bis alle Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare (oder lokalen Gate-Schwellenwerte) verarbeitet sind.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn an Stelle der erfindungsgemäßen paarweisen allgemeinen Rauschsperrenschwellenverarbeitung ein herkömmlicher (d. h. punktweiser) Rauschsperrenalgorithmus verwendet worden wäre, ein Bin-Wert (eines Bin-Paars), der kleiner ist als eine herkömmliche Rauschsperrenschwelle, eliminiert werden könnte, während der andere Bin des Paars, wenn er die herkömmliche Rauschsperrenschwelle überschreitet, erhalten bliebe. Eine anschließende weiche Schwellenwertverarbeitung einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung wäre zwecklos, weil die geeignete Rauschschätzung verloren gegangen wäre. Durch Entfernen einer einzelnen Frequenz-Bin-Amplitude würde der Eindruck von Information im anderen Frequenz-Bin erzeugt.
  • Ein besserer Prescreening-Algorithmus dient dazu, beide Frequenz-Bins eines Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar auf Null zu setzen, insofern nicht ihr Maximal- oder Mittelwert eine Rauschsperrenschwelle überschreitet. Wenn ihr Maximal- oder Mittelwert die Rauschsperrenschwelle überschreitet, werden beide Frequenz-Bins unter Verwendung einer lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung verarbeitet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass ein beliebiges Verfahren oder ein beliebiger Algorithmus verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob ein oder beide Frequenz-Bins eine Rauschsperrenschwelle überschreiten.
  • Es ist wünschenswert, nicht-symmetrische Artefakte zu entfernen. Wenn sie ausreichend niedrige Pegel haben, können solche nicht-symmetrischen Artefakte durch eine Rauschsperrenschwellenverarbeitung entfernt werden. Das Problem bei einer herkömmlichen Rauschsperrenschwellenverarbeitung besteht darin, dass sie nicht paarweise ausgeführt wird, so dass sie tatsächlich zusätzliche Asymmetrien erzeugen kann. Außerdem wird eine herkömmliche Rauschsperrenschwellenverarbeitung wahrscheinlich Links-Rechts-Pegel-Beziehungen zerstören, die für eine geeignete Ausführung einer anschließenden lokalen Gate-Schwellenwertverarbeitung benötigt werden. Die Verarbeitung unter Verwendung lokaler Gate-Schwellenwerte kann größere Artefakte entfernen (vorausgesetzt sie sind symmetrisch), es trägt jedoch ein höheres statistisches Risiko, weil die lokalen Gate-Schwellenwerte auf weitaus weniger Daten basieren (in vielen Fällen auf nur einem Bin-Wert). Daher ist es am besten, die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung für größere (symmetrische) Artefakte zu reservieren, die die allgemeine Rauschsperrenschwellenverarbeitung überleben können, und daher die lokale Gate-Schwellenwertverarbeitung nach dem Entfernen kleinerer Artefakte unter Verwendung des Rauschsperrenalgorithmus auszuführen, der eine Links-Rechts-Symmetrie bewahrt, wie vorstehend diskutiert wurde.
  • 20 zeigt Beispiele hochgradig turbulenter Strömungen. 20(a) zeigt ein Beispiel eines durch Rauschen beeinträchtigten Doppler-Spektrums. In einigen Ausführungsformen kann das Signal in Stufe A während des Schwellenwertverarbeitungsschritts (der Schwellenwertverarbeitungsschritte) zu falschen positiven und/oder falschen negativen Ergebnissen führen. In einer anderen Ausführungsform wird, wie in Stufe B dargestellt ist, das Spektrum vor der spektralen Schwellenwertverarbeitung zunächst geglättet, wodurch die Wahrscheinlichkeit falscher positiver und/oder falscher negativer Ergebnisse vermindert wird.
  • 20(b) zeigt ein Spektrum zum Darstellen der Entfernung isolierter Bins, wobei statistisches Rauschen einen falschen positiven und/oder einen falschen negativen Bin erzeugt hat, obwohl tatsächlich keine Strömung vorhanden war. In einigen Ausführungsformen kann das Entfernen isolierter Bins das Setzen eines isolierten Bins auf Null gemäß einer Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das Entfernen isolierter Bins einen Schritt aufweisen, der ausgeführt wird, nachdem ein Schwellenwertverarbeitungsschritt (oder Schwellenwertverarbeitungsschritte) ausgeführt worden ist, wobei die Schwellenwertverarbeitung einen isolierten Bin belassen kann, der als anormaler Bin betrachtet werden kann, der keinerlei Strömungsinforration enthält. Die Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins kann spezifizieren, wie viele Bins in der Nähe für das Entfernen eines isolierten Bins berücksichtigt werden. Die Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins kann die Amplitudenwerte von Bins in der Nähe zum Entfernen eines isolierten Bins spezifizieren. Die Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins kann auf Werte von Bins in der Nähe einzeln oder als eine Gruppe zugreifen (d. h. ein bezüglich des verarbeiteten Bins unmittelbar benachbarter Bin kann gegebenenfalls als wichtiger betrachtet werden). In einer Ausführungsform wird der Bin entfernt und/oder auf Null gesetzt, indem betrachtet wird, ob null oder mehrere Bins (die Anzahl kann in einem Beispiel Null betragen oder eine kleine Anzahl sein) innerhalb einer bestimmten spektralen Breite bezüglich des getesteten Bins vorhanden sind, wodurch ein falscher positiver Bin entfernt und die Genauigkeit der Vorrichtung erhöht werden kann. Beispielsweise können drei Bins auf jeder Seite eines betrachteten Bins untersucht werden, wobei, wenn keines der sechs Bins eine Bin-Amplitude aufweist, die größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, das betrachtete Bin gemäß einer vorgegebenen Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins als ein isoliertes Bin bestimmt und auf Null gesetzt werden kann.
  • 20(c) zeigt, dass eine Vorrichtung, die ein zweiseitiges Doppler-Spektrum erzeugt, eine negative Strömung von einer positiven Strömung unterscheiden kann. In einer Vorrichtung, die ein einseitiges Doppler-Spektrum erzeugt, sind diese beiden Fälle nicht unterscheidbar.
  • 20(d) zeigt ein Spektrum, das spektrale Artefakte darstellt, die wesentlich über dem Rauschuntergrund liegen. Weil diese Artefakte symmetrisch sind, werden sie durch einen Spiegelungsschritt entfernt. In einigen Ausführungsformen ist es wünschenswert, dass diese zum Festlegen der Rauschuntergrundschätzung nicht verwendet werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der Vorrichtung 100 kann die Strömungsschätzung durch Berechnen eines mit Vorzeichen versehenen spektralen Schwerpunktwertes erhalten werden, in dem eine Integration über symmetrisch angeordnete Bereiche der Frequenzachse ausgeführt wird. Auf diese Weise wird spektrale Energie rechts vom Träger beispielsweise mit einem positiven Vorzeichen eingehen, und spektrale Energie links vom Träger wird mit einem negativen Vorzeichen eingehen. Dies ermöglicht eine korrekte Schwerpunktbestimmung hochgradig turbulenter Strömungen, die sowohl positive als auch negative Geschwindigkeiten enthalten.
  • Wenn ein zweiseitiges Doppler-Spektrum verfügbar ist, wird die Verschiebung der mittleren Frequenz (relativ zum Träger) als ein mit Vorzeichen versehener Schwerpunkt berechnet. Für kontinuierliche Spektren ist dies definiert als:
    Figure 00530001
  • Hierbei bezeichnet S den spektralen Amplitudenwert als eine Funktion der Frequenz, und f0 stellt die Trägerfrequenz dar.
  • In vielen Ausführungsformen sind die spektralen Werte nur für eine begrenzte Anzahl diskreter Bin-Positionen bekannt. Angenommen, diese Bin-Amplituden sind durch A(n) gegeben, wobei n die Bin-Nummer darstellt. Zur einfacheren Bezeichnung wird vorausgesetzt, dass die Bins von –N bis N nummeriert sind, wobei n = 0 den Träger-Bin bezeichnet und (vorzugsweise) positive Bin-Nummern zunehmenden positiven Dopplerverschiebungen entsprechen. Dann kann die vorstehende Formel ersetzt werden durch:
    Figure 00540001
  • Hierbei bezeichnet Δf den Frequenzabstand zwischen Bins.
  • In jedem Fall bezeichnet f die mittlere Dopplerverschiebung, die in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung positiv oder negativ sein wird. Die mittlere Dopplerverschiebung kann dann in Abhängigkeit von der Trägerfrequenz, dem Winkel der Schallempfängerachse bezüglich der Strömungsachse und der Schallgeschwindigkeit durch einen multiplikativen Umwandlungsfaktor in eine mittlere Fluidgeschwindigkeit umgewandelt werden. Die Verwendung und Berechnung dieser Multiplikationskonstanten ist Fachleuten bekannt.
  • Die 20c), ii) und iii) zeigen Beispiele hochgradig turbulenter Strömungen. Die Vorrichtung 100 bestimmt die mittlere Geschwindigkeit dieses Strömungsspektrums korrekt. Im Gegensatz dazu wird eine auf einem einseitigen Spektrum basierende Vorrichtung aufgrund von Energie-Aliasing von einer Seite zur anderen Seite des Spektrums fehlerhafte Ergebnisse erzeugen.
  • Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß jeder der Ausführungsformen der Erfindung verbessern Doppler-Strömungsmessungen durch Entfernen unerwünschter spektraler Merkmale, wie beispielsweise Rauschen, Übersprechen (Crosstalk) und Nullgeschwindigkeitsstörungen vom geschätzten Geschwindigkeitsspektrum und können die Entfernung vor einer nachfolgenden Verarbeitung ausführen. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß jeder der Ausführungsformen der Erfindung unterdrücken Rauschenergie und vermindern dadurch die statistische Varianz anschließend berechneter Strömungsergebnisse. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß jeder der Ausführungsformen der Erfindung unterdrücken mit dem Träger in Beziehung stehendes Übersprechen (Crosstalk) und Störechoelemente und vermindern damit die Messfehler nachfolgend berechneter Strömungsergebnisse. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß jeder der Ausführungsformen der Erfindung stellen Mittel bereit, durch die ein Doppler-Strömungsmessgerät, das in der Lage ist, eine zweiseitige spektrale Analyse auszuführen, Ergebnisse bereitstellen kann, die besser sind als bei Messgeräten, die nicht in der Lage sind, eine positive von einer negativen Strömung zu unterscheiden. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß jeder der Ausführungsformen der Erfindung ignorieren symmetrische spektrale Merkmale, weil symmetrische spektrale Merkmale beispielsweise durch mit dem Träger in Beziehung stehendes Übersprechen (Crosstalk), Reflexionen von stationären Objekten und Breitbandrauschen erzeugt werden kann. Infolgedessen kann eine nachfolgende Geschwindigkeitsverarbeitung nur diejenigen Abschnitte des gemessenen Spektrums berücksichtigen, die mit der tatsächlichen Fluidbewegung in Beziehung stehen, während diejenigen Abschnitte ignoriert werden, die einfach nur Rauschen oder Artefakte darstellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (13)

  1. Vorrichtung (100) mit: einer Schnittstelle (101), die dafür konfiguriert ist, ein Doppler-Signal zu empfangen; und einem mit der Schnittstelle (101) verbundenen Verarbeitungssystem (112), das das Doppler-Signal empfängt, wobei das Verarbeitungssystem (112) dafür konfiguriert ist, vom Doppler-Signal ein zweiseitiges Geschwindigkeitsspektrum zu erzeugen, das mehrere diskrete Frequenz-Bins enthält, wobei das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum spektrale Elemente unterscheidet, und ein oder mehrere Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten zu verarbeiten, wobei das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare um einen oder mehrere Trägerwellen-Bins im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind, und wobei jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar bezüglich eines entsprechenden lokalen Gate-Schwellenwertes der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet wird.
  2. Verfahren zum Verarbeiten eines Doppler-Signals, mit den Schritten: Erzeugen eines zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums mit mehreren Frequenz-Bins vom Doppler-Signal, wobei das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum spektrale Elemente unterscheidet; und Verarbeiten eines oder mehrerer Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten, wobei das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare im Wesentlichen symmetrisch um einen oder mehrere Trägerwellen-Bins angeordnet sind, und wobei jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar bezüglich eines entsprechenden lokalen Gate-Schwellenwertes der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit dem Verarbeiten des einen oder der mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle, wobei, wenn beide Bin-Amplituden eines Bin-Paars kleiner sind als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars auf Null gesetzt werden, und wobei, wenn mindestens eine Bin-Amplitude eines Bin-Paars größer ist als die allgemeine Rauschsperrenschwelle, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars unverändert bleiben.
  4. Vorrichtung oder Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner mit dem Verarbeiten des einen oder der mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle, wobei die allgemeine Rauschsperrenschwelle für einen lokalen Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte ersetzt wird, wenn die allgemeine Rauschsperrenschwelle größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert.
  5. Vorrichtung oder Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei ein lokaler Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte ein kleinerer Wert unter der linken und der rechten Bin-Amplitude eines Bin-Paars ist.
  6. Vorrichtung oder Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei ein lokaler Gate-Schwellenwert der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte von einer kleineren Bin-Amplitude der linken und rechten Bin-Amplituden eines Bin-Paars hergeleitet wird, wobei die kleinere Bin-Amplitude mit einem vorgegebenen Multiplikationsfaktor k multipliziert wird, um den lokalen Gate-Schwellenwert zu erzeugen.
  7. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein lokaler Gate-Schwellenwert unter den mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten von einer kleineren Bin-Amplitude der linken und der rechten Bin-Amplitude eines Bin-Paars hergeleitet wird, wobei der lokale Gate-Schwellenwert ferner mit gewichteten Werten eines oder mehrerer vorgegebener benachbarter lokaler Gate-Schwellenwerte gemittelt wird.
  8. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine kleinere Bin-Amplitude eines Bin-Paars auf Null gesetzt wird, und wobei, wenn eine größere Bin-Amplitude den lokalen Gate-Schwellenwert überschreitet, die größere Bin-Amplitude unverändert bleibt.
  9. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine kleinere Bin-Amplitude eines Bin-Paars auf Null gesetzt wird, und wobei, wenn eine größere Bin-Amplitude den lokalen Gate-Schwellenwert überschreitet, die größere Bin-Amplitude um die kleinere Bin-Amplitude vermindert wird.
  10. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei, wenn beide Bin-Amplituden eines Bin-Paars kleiner sind als der lokale Gate-Schwellenwert, beide Bin-Amplituden des Bin-Paars vermindert oder auf Null gesetzt werden.
  11. Verfahren zum Verarbeiten eines Doppler-Signals, mit den Schritten: Erzeugen eines zweiseitigen Geschwindigkeitsspektrums mit mehreren Frequenz-Bins vom Doppler-Signal, wobei das zweiseitige Geschwindigkeitsspektrum spektrale Elemente unterscheidet; Verarbeiten eines oder mehrerer Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich einer allgemeinen Rauschsperrenschwelle, wobei das eine oder die mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare im Wesentlichen symmetrisch um einen oder mehrere Trägerwellen-Bins angeordnet sind; und Verarbeiten des einen oder der mehreren Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paare bezüglich mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten, wobei jedes Geschwindigkeitsspektrum-Bin-Paar bezüglich eines entsprechenden lokalen Gate-Schwellenwertes der mehreren lokalen Gate-Schwellenwerte verarbeitet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Ersetzen der allgemeinen Rauschsperrenschwelle für einen lokalen Gate-Schwellenwert unter den mehreren lokalen Gate-Schwellenwerten, wenn die allgemeine Rauschsperrenschwelle größer ist als der lokale Gate-Schwellenwert.
  13. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit dem Setzen eines isolierten Bin-Wertes gemäß einer Vorschrift zum Entfernen isolierter Bins auf Null.
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