DE102016109202B4

DE102016109202B4 - Erkennungsvorrichtung, Empfangsvorrichtung und Erkennungsverfahren

Info

Publication number: DE102016109202B4
Application number: DE102016109202.9A
Authority: DE
Inventors: Kosuke Takano; Takuma Sawaya
Original assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: JP2016225759A; US9900035B2; DE102016109202A1; JP6232012B2; US20160352371A1

Abstract

Erkennungsvorrichtung (2), Folgendes umfassend:
eine Erfassungseinheit (21), die dafür konfiguriert ist, über eine Antenne (11), die an einem beweglichen Körper (M) angeordnet ist, Daten zu erfassen, die von Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) mit unterschiedlichen Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) überlagert sind,
eine Berechnungseinheit (30), die dafür konfiguriert ist, basierend auf einem Frequenzspektrum der von der Erfassungseinheit (21) erfassten Daten, die Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) der entsprechenden Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) zu berechnen, wobei jede der Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) einer größten Spitze (P11, P21) in der entsprechenden Signalgruppe (Sa, Sb, A1, A2) entspricht, und
eine Erkennungseinheit (40), die dafür konfiguriert ist, basierend auf den von der Berechnungseinheit (30) berechneten Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD), Signale zu erkennen, die in den entsprechenden Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) enthalten sind, wobei
die Erkennungseinheit (40) eine Grundwelle der entsprechenden Basisfrequenz (Ba, Bb, ΔI, ΔD) und harmonische Wellen, deren Frequenzen durch Multiplizieren der Grundwelle mit Ganzzahlen von zwei oder größer erhalten werden, als die in der entsprechenden Signalgruppe (Sa, Sb, A1, A2) enthaltenen Signale erkennt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die hier erläuterte Ausführungsform ist auf eine Erkennungsvorrichtung, eine Empfangsvorrichtung und ein Erkennungsverfahren gerichtet.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich ist eine Erkennungsvorrichtung bekannt, welche die Fouriertransformation empfangener Daten mit mehreren Störsignalen vornimmt und Spitzenintensitäten in einem entstandenen Spektrum mit einem festgelegten Grenzwert vergleicht, so dass Störsignale gesondert erkannt werden.
Die Literatur bezüglich der zuvor genannten herkömmlichen Technologie beinhaltet zum Beispiel die JP 2009-206603 A .
Die zuvor genannte herkömmliche Technologie bietet jedoch noch weitere Möglichkeiten für Verbesserungen hinsichtlich des genauen Erkennens der Störsignale. Zum Beispiel ist es bei der zuvor genannten herkömmlichen Technologie schwer, einen geeigneten Grenzwert zu erkennen, wenn eine Differenz der Spitzenintensitäten zwischen Störsignalen und anderen Signalen im Spektrum winzig ist, was zu einer Verringerung der Genauigkeit bei der Störsignalerkennung führt. Dieses Problem tritt in ähnlicher Weise beim Erkennen unterschiedlicher Signale auf und ist nicht auf Störsignale beschränkt.
Die vorliegende Erfindung wurde in Hinsicht auf das zuvor Genannte gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Erkennungsvorrichtung, eine Empfangsvorrichtung und ein Erkennungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, die Genauigkeit der Signalerkennung zu verbessern.
US 2012/0321024 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Eliminieren von sinusförmiger Interferenz aus einem empfangenen Signal, wobei ein Block signalfreier Daten, der sinusförmige Interferenz enthält, identifiziert wird, ein Modell der Interferenz konstruiert wird und das Modell dann dazu verwendet wird, die sinusförmige Interferenz aus dem empfangenen Gesamtsignal zu entfernen. EP 2 383 896 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen von elektromagnetischer Interferenz in Signalübertragungsleitungen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform beinhaltet eine Erkennungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 eine Erfassungseinheit, eine Berechnungseinheit und eine Erkennungseinheit. Die Erfassungseinheit ist dafür konfiguriert, über eine Antenne, die an einem beweglichen Körper angeordnet ist, Daten zu erfassen, die von Signalgruppen mit unterschiedlichen Basisfrequenzen überlagert sind. Die Berechnungseinheit ist dafür konfiguriert, basierend auf einem Frequenzspektrum der von der Erfassungseinheit erfassten Daten die Basisfrequenzen der entsprechenden Signalgruppen zu berechnen. Die Erkennungseinheit ist dafür konfiguriert, basierend auf den von der Berechnungseinheit berechneten Basisfrequenzen Signale zu erkennen, die in den entsprechenden Signalgruppen enthalten sind. Weiterhin wird ein Erkennungsverfahren gemäß Anspruch 6 bereitgestellt.
Wie oben gemäß einem Aspekt der Ausführungsform beschrieben, ist es in der Folge davon möglich, eine Erkennungsvorrichtung, eine Empfangsvorrichtung und ein Erkennungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, die Genauigkeit der Signalerkennung zu verbessern.
Figurenliste
Eine umfassendere Anerkennung der Erfindung und vieler der damit verbundenen Vorteile wird aus dem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen erwachsen.

1 ist eine Darstellung, die einen Abriss eines Erkennungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer Empfangsvorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration eines Signaldetektors darstellt;
4 ist ein (erstes) erklärendes Diagramm, die das Verfahren zum Erkennen von Signalen darstellt;
5 ist ein (zweites) erklärendes Diagramm, die das Verfahren zum Erkennen von Signalen darstellt;
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine von einer Erkennungseinheit erkannte Signalgruppe darstellt;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Vorgang darstellt, der durch eine Erkennungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird;
8 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer Empfangsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel darstellt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren werden anhand der dazugehörigen Zeichnungen eine Erkennungsvorrichtung, eine Empfangsvorrichtung und ein Erkennungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben. Es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung durch die im Weiteren beschriebene Ausführungsform einzuschränken. Außerdem wird im Folgenden anhand von 1 ein Abriss des Erkennungsverfahrens gemäß der Ausführungsform beschrieben und danach wird die Ausführungsform der Erkennungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung, auf die das Erkennungsverfahren gemäß der Ausführungsform angewandt wird, anhand der 2 bis 8 beschrieben.
Abriss des Erkennungsverfahrens
Zuerst wird der Abriss eines Erkennungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform anhand von 1 beschrieben. 1 ist eine Darstellung, die den Abriss des Erkennungsverfahrens gemäß der Ausführungsform darstellt. Das in 1 dargestellte Erkennungsverfahren besteht im Erkennen von Signalen, die in entsprechenden Signalgruppen enthalten sind, aus Daten, die von Signalgruppen mit unterschiedlichen Basisfrequenzen überlagert sind.
Obwohl in 1 ein Fall beispielhaft dargestellt ist, bei dem ein beweglicher Körper M ein Fahrzeug ist, ist der bewegliche Körper M nicht auf ein Fahrzeug beschränkt. Zum Beispiel kann der bewegliche Körper M jede Sache sein, in die Benutzer einsteigen, an Bord gehen, mit der Benutzer fahren oder sonstiges tun, einschließlich eines Zuges, eines Schiffes, eines Flugzeugs oder dergleichen.
Außerdem sind im Folgenden zwecks der Vereinfachung der Beschreibung Signale in Signalgruppen von unterschiedlichen Basisfrequenzen als Störsignal beschrieben, wobei die Signale jedoch nicht auf das Störsignal beschränkt sind. Die Signalgruppen können alternativ andere Signalgruppen sein, die ein bestimmtes Signal oder einen Teil eines bestimmten Signals überlagern. Des Weiteren wird zwar im Folgenden ein Fall als Beispiel beschrieben, in dem zwei Signale mit unterschiedlichen Basisfrequenzen überlagert sind, doch ist die Anzahl der Signale nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus bezeichnet das im Folgenden angeführte „Frequenzspektrum“ eine Grafik, die eine Intensität (Niveau) in Hinsicht auf die Frequenz in Verbindung mit Daten und die in den Daten enthaltenen Signale darstellt.
Wie in 1 dargestellt, ist eine Antenne 11 an dem beweglichen Körper M positioniert. Die Antenne 11 empfängt Funkwellen, wie beispielsweise eingehende Ätherwellen des Rundfunks oder dergleichen, und eine Vielzahl von Funkwellen, die in anderen Systemen übertragen werden.
Die von der Antenne 11 empfangenen Funkwellen führen manchmal zu einer Verschlechterung der Signalempfangsqualität, weil sie von Störsignalen überlagert sind. Diese Störsignale beinhalten sogenannte „periodische Störsignale“, die eine Verbindung aus einer Grundwelle einer Basisfrequenz und harmonischen Wellen ist, deren Frequenzen durch Multiplizieren der Basisfrequenz mit Ganzzahlen von zwei oder mehr erzielt werden. Das periodische Störsignal beinhaltet zum Beispiel in dem Zusammenhang, dass der bewegliche Körper M ein Hybridfahrzeug ist, ein Schaltgeräusch von einer Leistungswandlungseinheit, wie beispielsweise einem Inverter, einem Gleichspannungswandler oder dergleichen.
Herkömmlich üblich war bisher ein Verfahren, das die Fouriertransformation von Daten vornimmt, die mehrere Störsignale beinhalten, und Spitzenintensitäten in einem entstandenen Frequenzspektrum mit einem festgelegten Grenzwert vergleicht, so dass Störsignale gesondert erkannt werden.
Mit dem herkömmlichen Verfahren ist es jedoch schwierig, einen geeigneten Grenzwert zu bestimmen, wenn eine Differenz der Spitzenintensitäten zwischen Störsignalen und anderen Signalen im Frequenzspektrum winzig ist, was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit bei der Störsignalerkennung führt. Die Schwierigkeit der Bestimmung des Grenzwertes wird weiter verstärkt, wenn die Daten mehr als ein Störsignal enthalten. Außerdem werden beim herkömmlichen Verfahren die Spitzenintensitäten im Frequenzspektrum mit dem Grenzwert verglichen und deshalb ist es schwer, mit hoher Genauigkeit periodische Störsignale zu erkennen, die Frequenzkomponenten mit unterschiedlichen Intensitäten enthalten.
Um dieses Problem zu beheben, ist das Erkennungsverfahren gemäß der Ausführungsform dafür eingerichtet, Basisfrequenzen der periodischen Störsignale zu berechnen, die in den Daten enthalten sind, und die periodischen Störsignale basierend auf den berechneten Basisfrequenzen gesondert zu erkennen. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Erkennung eines periodischen Störsignals verbessert werden, auch wenn die Daten mehr als ein periodisches Störsignal enthalten.
Im Folgenden wird ein Vorgang des Ausführens der Erkennungsverfahrens gemäß der Ausführungsform beschrieben. Bei dem Erkennungsverfahren gemäß der Ausführungsform werden Daten, die mit periodischen Störsignalen (Signalgruppen) mit unterschiedlichen Basisfrequenzen überlagert sind, mittels der Antenne 11 erfasst, die am dem beweglichen Körper M angeordnet ist (Schritt S1).
Nachfolgend werden bei dem Erkennungsverfahren gemäß der Ausführungsform die Basisfrequenzen (siehe „Basisfrequenzen Ba und Bb“ in 1) der periodischen Störsignale basierend auf dem Frequenzspektrum berechnet, das durch Vornehmen der Fouriertransformation der Daten erzielt wurde (Schritt S2). Einzelheiten des hier genannten Verfahrens der Basisfrequenzerkennung werden später anhand von 4 und 5 beschrieben.
Des Weiteren werden beim Erkennungsverfahren gemäß der Ausführungsform die periodischen Störsignale basierend auf den berechneten Basisfrequenzen Ba beziehungsweise Bb erkannt (Schritt S3). In 1 ist das periodische Störsignal der Basisfrequenz Ba mit einer Signalgruppe Sa angegeben und das periodische Störsignal der Basisfrequenz Bb mit einer Signalgruppe Sb. Die Einzelheiten des genannten Verfahrens zur Erkennung periodischer Störsignale werden ebenfalls später, anhand von 6, beschrieben.
Auf diese Weise beinhaltet das Erkennungsverfahren gemäß der Ausführungsform das Berechnen der Basisfrequenzen der periodischen Störsignale aus den Daten, die von den Signalgruppen mit unterschiedlichen Basisfrequenzen überlagert sind, und dann das Erkennen der periodischen Störsignale basierend auf den berechneten entsprechenden Basisfrequenzen. Somit können gemäß dem Erkennungsverfahren gemäß der Ausführungsform Signale, wie beispielsweise Störsignale, welche Daten überlagern, mit hoher Genauigkeit erkannt werden.
Im Folgenden werden Einzelheiten des bereits im Zusammenhang mit 1 angeführten Erkennungsverfahrens und die Ausführungsform der Erkennungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung, in denen das Erkennungsverfahren angewandt wird, speziell erläutert. Im Folgenden wird beispielhaft ein Fall beschrieben, in dem die Empfangsvorrichtung die bereits anhand von 1 beschriebene sogenannte fahrzeugeigene Störsignal-Erkennungsvorrichtung beinhaltet.
Konfiguration der Empfangsvorrichtung
2 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer Empfangsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform darstellt. In dieser Zeichnung sind Elemente dargestellt, die zum Erläutern der Eigenschaften der Empfangsvorrichtung 1 unerlässlich sind, und allgemeine Elemente in der Darstellung sind ausgelassen.
Die in 2 dargestellte Empfangsvorrichtung 1 entspricht einer Empfangsvorrichtung, wie beispielsweise einem AM-Rundfunkempfänger oder einem FM-Rundfunkempfänger, der Ätherwellen, wie beispielsweise Rundfunk- oder Fernsehfunk, empfängt und mit der Antenne 11 und einem Lautsprecher 18 verbunden ist. Die Empfangsvorrichtung 1 beinhaltet eine Erkennungsvorrichtung 2, einen ZF-Störsignal-Prozessor 14, einen ZF-Prozessor 15, einen Audiofrequenzwandler 16 und einen Audioprozessor 17. Die Erkennungsvorrichtung 2 beinhaltet eine Erfassungseinheit 21 und einen Signaldetektor 22. Die Erfassungseinheit 21 beinhaltet eine Front-End-Einheit 12 und einen Analog-Digital-Wandler 13.
Die Erfassungseinheit 21 erfasst mittels der Antenne 11 die Daten, die mit den periodischen Störsignalen mit unterschiedlichen Basisfrequenzen überlagert sind. Insbesondere wandelt die Front-End-Einheit 12 mittels der Antenne 11 empfangene Ätherwellen in ein Zwischenfrequenzsignal (hier im Weiteren einfach als „ZF-Signal“ bezeichnet) um. Der Analog-Digital-Wandler 13 wandelt das ZF-Signal in ein digitales Signal um. Obwohl bisher angegeben wurde, dass der Analog-Digital-Wandler 13 das ZF-Signal in ein digitales Signal umwandelt, kann der Analog-Digital-Wandler 13 ohne Beschränkung auf das Angegebene das Funkfrequenzsignal umwandeln, bevor es der ZF-Umwandlung in ein digitales Signal unterzogen wird.
Der Signaldetektor 22 erkennt die periodischen Störsignale in ZF-Signalen (d. h. den Daten), die mittels des Analog-Digital-Wandlers 13 fortlaufend erfasst werden. Dann gibt der Signaldetektor 22 Signale an den ZF-Störsignal-Prozessor 14 aus, welche die Basisfrequenzen der periodischen Störsignale enthalten. Einzelheiten der Verarbeitung, die von Signalprozessor 22 ausgeführt wird, werden später anhand der 3 bis 6 beschrieben.
Der ZF-Störsignal-Prozessor 14 führt basierend auf den Signalen vom Signaldetektor 22 einen Austastungsprozess zum Entfernen von Störsignalkomponenten in den digitalisierten ZF-Signalen aus. Der Austastungsprozess entspricht einer Interpolation zum Entfernen eines zu entfernenden Abschnitts, der neben kontinuierlichen Signalabschnitten der ZF-Signale Störsignalkomponenten beinhaltet, und dem Ausführen der Signalinterpolation am entfernten Abschnitt.
Der ZF-Prozessor 15 führt einen digitalen Filterprozess an den digitalisierten ZF-Signalen aus. Der digitale Filterprozess entspricht einem Filterprozess zum Entfernen von ZF-Signalen mit Rundfunkfrequenzen, die als Störsignal neben einer Rundfunkfrequenz der eingehenden Ätherwellen liegen.
Der Audiofrequenzwandler 16 wandelt die digitalen gefilterten ZF-Signale in Funkfrequenzsignale (hier im Weiteren einfach als „Audiosignale“ bezeichnet) um. Der Audioprozessor 17 führt an den Audiosignalen eine Audioverarbeitung durch. Die Audioverarbeitung entspricht einer Audiodämpfungsverarbeitung oder einer Hochfrequenz-Begrenzungsverarbeitung zum Entfernen von Hochfrequenzkomponenten. Der Lautsprecher 18 gibt die Audiosignale akustisch aus, die der Audioverarbeitung unterzogen wurden. Abschnitte, wie beispielsweise der Analog-Digital-Wandler 13 und seine nachfolgenden Elemente bis zum Audioprozessor 17, werden zum Beispiel von einem Digitalsignalprozessor (DSP) gebildet, wobei diese jedoch nicht auf einen DSP beschränkt sind.
Die zuvor angeführte ZF-Umwandlung ist nicht unbedingt notwendig und die Front-End-Einheit kann einen Prozess des Extrahierens gewünschter Frequenzen ausführen. In diesem Fall entsprechen die gewünschten Frequenzen einer Frequenzbereich-Bandbreite mit gewissem Umfang, wie beispielsweise das AM- oder das FM-Band oder dem gesamten TV-Sendeband.
Konfiguration von Signaldetektor und spezieller Ablauf des Erkennungsprozesses
Im Weiteren werden anhand der 3 bis 6 Einzelheiten der Konfiguration des Signaldetektors 22 und des Prozesses beschrieben, der vom Signaldetektor 22 ausgeführt wird. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration des Signaldetektors 22 darstellt. 4 und 5 sind erklärende Diagramme (ein erstes und ein zweites), die das Verfahren zum Erkennen von Signalen darstellen. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Signalgruppe darstellt, die von der Erkennungseinheit erkannt wurde. Die oben genannte Fouriertransformation beinhaltet die DFT (Diskrete Fouriertransformation), die auch diskretisierte Informationen behandelt. Außerdem wird im Folgenden beispielhaft ein Fall erläutert, in dem zwei periodische Störsignale Daten überlagern, wobei die datenüberlagernden periodischen Störsignale jedoch 3 oder mehr an der Zahl sein können.
Der in 3 dargestellte Signaldetektor 22 beinhaltet eine Berechnungseinheit 30 und eine Erkennungseinheit 40. Die Berechnungseinheit 30 beinhaltet eine FFT-Einheit (Einheit zur schnellen Fouriertransformation) 30a, eine Einheit zur logarithmischen Transformation 30b, eine IFFT-Einheit (Einheit zur Umkehr der schnellen Fouriertransformation) 30c und eine Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d.
Die Berechnungseinheit 30 führt an einem Signal, das zum Beispiel durch Entfernen von Frequenzkomponenten von Trägerwellen in den Funkwellen für den Rundfunkt aus dem digitalisierten ZF-Signal erzielt wird, eine sogenannte „Cepstrum-Operation“ durch. Die Cepstrum-Operation bezeichnet im Vorliegenden einen Signalverarbeitungsvorgang, bei dem eine Analyse an einem von mehreren Signalen überlagerten Signal ausgeführt wird, um die Signale zu trennen. Die Berechnungseinheit 30 führt die Cepstrum-Operation an dem ZF-Signal aus, indem sie der Reihe nach eine Fouriertransformation, eine Logarithmustransformation und eine Umkehr-Fouriertransformation ausführt.
Insbesondere berechnet die FFT-Einheit 30a, wie in 4 dargestellt, ein Frequenzspektrum, indem sie die Fouriertransformation des Signals, das aus dem Entfernen von Frequenzkomponenten von Trägerwellen im ZF-Signal entsteht, vornimmt, und gibt dann das Frequenzspektrum an die Einheit zur logarithmischen Transformation 30b aus. Die vertikale Achse für das Frequenzspektrum in 4 gibt die „Intensität (Niveau) im Spektrum“ an (im Weiteren als „Intensität“ bezeichnet) und die horizontale Achse gibt die Frequenz an. In 4 ist beispielhaft ein Fall dargestellt, in dem zwei periodische Störsignale mit Basisfrequenzen von ΔI beziehungsweise ΔD (>ΔI) überlagern.
In diesem Fall sind die Frequenzen harmonischer Komponenten in den periodischen Störsignalen Frequenzen, die durch Multiplizieren der Basisfrequenz mit Ganzzahlen von zwei oder mehr erzielt werden. Somit sind die periodischen Störsignale im Frequenzspektrum als Gruppe von Spitzen dargestellt, die in Frequenzintervallen auftreten, die identisch mit den entsprechenden Basisfrequenzen sind. Die Spitzenintensitäten der periodischen Störsignale nehmen jeweils mit steigenden Frequenzen schrittweise ab.
Insbesondere sind die erste und die zweite Gruppe von Spitzen überlagert, wie in 4 dargestellt. Die Spitzen in der ersten Gruppe liegen ausgehend von der Basisfrequenz ΔI in Frequenzintervallen ΔI und ihre Intensität nimmt mit steigender Frequenz schrittweise ab. Die Spitzen in der zweiten Gruppe liegen ausgehend von der Basisfrequenz ΔD in Frequenzintervallen ΔD und ihre Intensität nimmt mit steigender Frequenz schrittweise ab
Die Einheit zur logarithmischen Transformation 30b berechnet ein „logarithmisches Amplitudenspektrum“, indem sie am Frequenzspektrum nach einer Rechteckoperation und einer Absolutierungsoperation eine Logarithmustransformation vornimmt, und gibt dann das logarithmische Amplitudenspektrum an die IFFT-Einheit 30c aus. Die IFFT-Einheit 30c berechnet „Cepstrum-Werte“ (im Weiteren als „C-Werte“ bezeichnet), indem sie die Umkehr der Fouriertransformation des logarithmischen Amplitudenspektrums vornimmt, und gibt dann die C-Werte an die Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d aus. „Cepstrum“ bezeichnet in der folgenden Beschreibung, wie in 5 dargestellt, eine Grafik der C-Werte, die im Verhältnis zu einer Variablen (d. h. Quefrenz) mit einer Zeitdimension dargestellt ist. Insbesondere zeigen die in 5 dargestellte vertikale Achse für das Cepstrum die C-Werte an und die horizontale Achse die Quefrenz.
Im Cepstrum werden periodische Signale in Gruppen von Spitzen umgewandelt. Die Spitzen jeder Gruppe liegen in konstanten Intervallen von der Quefrenz einer multiplikativen Umkehrfunktion der Basisfrequenz im entsprechenden periodischen Signal und ihre C-Werte nehmen mit steigender Quefrenz schrittweise ab. Des Weiteren sind die Intervalle zwischen den Spitzen in den Gruppen gleich der multiplikativen Umkehrfunktion der Basisfrequenz im periodischen Signal.
Insbesondere wird im Frequenzspektrum, wie in 5 dargestellt, das periodische Störsignal mit der Basisfrequenz von ΔI in eine Gruppe von Spitzen umgewandelt, die in Intervallen von 1/ΔI von der Quefrenz von 1/ΔI liegen und ihre C-Werte nehmen mit steigender Quefrenz schrittweise ab. Außerdem wird das periodische Störsignal mit der Basisfrequenz von ΔD in eine Gruppe von Spitzen umgewandelt, die in Intervallen von 1/ΔD von der Quefrenz von 1/ΔD liegen und ihre C-Werte nehmen mit steigender Quefrenz schrittweise ab. Somit können die Gruppen von Spitzen der periodischen Störsignale mit unterschiedlichen Basisfrequenzen gemäß der Cepstrum-Operation in entsprechende separate Quefrenzpositionen aufgeteilt werden. 5 stellt die auf diese Weise aufgeteilten zwei periodischen Störsignale als Signalgruppe A1 und A2 dar.
Ferner sind die Spitzen der Quefrenzen von 1/ΔI und 1/ΔD, wie oben angeführt, gemäß der Cepstrum-Operation Spitzen, welche in den Gruppen, zu denen diese Spitzen jede für sich gehören, die größten C-Werte aufweisen. Um damit umzugehen, berechnet die Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d die Basisfrequenzen aus den Quefrenzen, bei denen die Signale in den Signalgruppen A1 und A2 die größten C-Werte aufweisen (siehe P11 und P21 in 5). Auf diese Weise können die Basisfrequenzen jedes Frequenz-Störsignals mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Das Verfahren zum Erkennen der Spitze mit dem größten C-Wert in jeder Signalgruppe A1 und A2 beinhaltet ein Verfahren zum folgegebundenen Vergleichen der C-Werte der Spitzen, zum Beispiel in aufsteigender Reihenfolge der Quefrenz. Insbesondere werden zwei nebeneinanderliegende Spitzen verglichen und wenn der C-Wert einer Spitze bei einer größeren Quefrenz um einen festgelegten Wert oder mehr größer ist als der C-Wert der anderen Spitze bei kleinerer Quefrenz, wird entschieden, dass die Spitze bei der größeren Quefrenz die größte Spitze in jeder der Signalgruppen A1 und A2 ist.
Die Quefrenz-zu-Frequenz-Umwandlung kann ausgeführt werden, indem multiplikative Umkehrfunktionen an Quefrenzen ausgeführt werden oder indem ein Vorgang ausgeführt wird, der die Fouriertransformation eines Teils des Cepstrum beinhaltet, um den Teil invers in ein logarithmisches Amplitudenspektrum oder ein Frequenzspektrum umzuwandeln.
Wie zu erkennen ist, führt die Erkennungsvorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform eine Cepstrum-Operation an den Daten aus, die über die Antenne 11 erfasst wurden, die auf dem beweglichen Körper M angeordnet ist. Auf diese Weise wird es möglich, mehrere periodische Störsignale einzeln durch eine arithmetische Operation aufzuteilen, die nicht kompliziert ist und keiner Verarbeitungsfähigkeit bedarf. Somit ist es mit der vereinfachten Operation möglich, die Genauigkeit der Erkennung der periodischen Störsignale zu erhöhen.
Außerdem erkennt die Erkennungsvorrichtung 2 die Basisfrequenzen der periodischen Störsignale zuerst. Auf diese Weise ist es möglich, die periodischen Störsignale der Frequenzveränderung folgend zu erkennen, wenn die Frequenzen der periodischen Störsignale variieren. Somit ist es möglich, der Frequenzveränderung folgend die periodischen Störsignale mit hoher Genauigkeit zu erkennen, wenn die Frequenzen der periodischen Störsignale wegen des Betriebszustandes variieren, wie es zum Beispiel beim Schaltgeräusch eine Leistungswandlers in einem Hybridfahrzeug der Fall ist.
Der Leistungswandler beinhaltet zum Beispiel einen Wechselrichter, der Elektroenergie von Gleich- in Wechselstrom und umgekehrt umwandelt, einen Gleichspannungswandler, der in einen Gleichstrom umwandelt, dessen Spannung auf einen festgelegten Spannungspegel erhöht oder gesenkt wird.
Auch spielt, was die Erkennungsvorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform betrifft, eine Störsignalquelle keine Rolle. Folglich ist die Erkennungsvorrichtung 2 in der Lage, periodische Störsignale zu erkennen, die zum Beispiel im Grundrauschen einer elektrischen Schaltung oder im Störsignal eines Motors enthalten sind. Zusätzlich ist es möglich, periodische Störsignale von einer Störsignalquelle außerhalb des beweglichen Körpers M zu erkennen.
Als Nächstes wird ein Prozess erläutert, der von der Erkennungseinheit 40 ausgeführt wird. Die in 3 dargestellte Erkennungseinheit 40 führt einen Multiplikationsprozess an den Basisfrequenzen durch, die von der Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d berechnet wurden, und gibt die Ergebnisse zusammen mit den Signalen, die in der Basisfrequenzen enthalten sind, an den ZF-Störsignal-Prozessor 14 aus (siehe 2). Der Multiplikationsprozess bezeichnet einen Prozess des Multiplizierens jeder der Basisfrequenzen mit Ganzahlen von zwei oder mehr. Der Multiplikationsprozess wird von einem Multipliziergerät 40A der Erkennungseinheit 40 ausgeführt.
Das Multipliziergerät 40A multipliziert jede der Basisfrequenzen ΔI und ΔD, die von der Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d berechnet wurden, mit Ganzzahlen von zwei oder mehr und berechnet dann die multiplizierten Frequenzen 2ΔI, 3ΔI usw. und 2ΔD, 3ΔD usw. Anders ausgedrückt, werden die Frequenzen der harmonischen Komponenten im Verhältnis zu den Grundwellen der Basisfrequenzen ΔI und ΔD berechnet. Nachfolgend gibt die Erkennungseinheit 40 die Frequenzen der harmonischen Komponenten der Basisfrequenzen ΔI und ΔD (d. h. die Frequenzen 2ΔI, 3ΔI usw. und 2ΔD, 3ΔD usw. nach der Multiplikation) zusammen mit den Basisfrequenzen ΔI und ΔD an den ZF-Störsignal-Prozessor 14 aus.
Der ZF-Störsignal-Prozessor 14 führt einen Austastungsprozess aus, indem er die von der Erkennungseinheit 40 erkannten Frequenzkomponenten aus dem ZF-Signal entfernt. Der ZF-Störsignal-Prozessor 14 kann dafür konfiguriert sein, zum Beispiel einen Sperrfilter zu enthalten.
Wie zu erkennen ist, führt die Erkennungsvorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform einen Multiplikationsprozess an den Basisfrequenzen der Signale aus. Auf diese Weise ist es mit dem vereinfachten Prozess möglich, die Frequenzen der Signale über die Frequenzbänder zu erkennen. Somit ist es möglich, die Vorrichtungen und Schaltungen im Vergleich zum Erkennen von Frequenzen von Signalen durch Scannen des gesamten Frequenzbandes zu vereinfachen.
Beim zuvor angeführten Beispiel, wurde beispielhaft der Fall erläutert, in dem die Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d die Basisfrequenzen der periodischen Störsignale berechnet. Nicht darauf beschränkt kann die Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d ferner jedoch auch Intensitäten der berechneten Basisfrequenzen berechnen. Die Intensitätsberechnung wird zum Beispiel durch Umwandeln der in 5 dargestellten C-Werte der Spitzen P11 und P21 in die Intensitäten ausgeführt (siehe vertikale Achse in 4).
In dieser Situation erkennt die Erkennungseinheit 40 Intensitäten, die den Frequenzen entsprechen, die im zuvor genannten Multiplikationsprozess erzielt wurden, mit einem Vorgang, der dem von der Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d ausgeführten ähnlich ist. Dann gibt die Erkennungseinheit 40 Paare aus der Frequenz und der entsprechenden Intensität zusammen mit Paaren aus der von der Basisfrequenz-Berechnungseinheit 30d berechneten Basisfrequenz und der entsprechenden Intensität an den ZF-Störsignal-Prozessor 14 aus.
Der ZF-Störsignal-Prozessor 14 entfernt die periodischen Störsignale zum Beispiel durch Subtrahieren der Intensitäten in den empfangenen Frequenzen vom ZF-Signal. Auf diese Weise ist es möglich, die periodischen Störsignale effizient aus dem ZF-Signal zu entfernen. Die zuvor beschriebene Umwandlung der C-Werte in Intensitäten kann ausgeführt werden, indem eine Fouriertransformation des Cepstrum ausgeführt wird.
In 6 ist das Frequenzspektrum, wenn der Signaldetektor 22 die Frequenzen und die Intensitäten der Signalgruppe A2 erkennt, als Spitzen F21, H22, H23 usw. dargestellt. Die in 6 dargestellte Signalgruppe entspricht dem periodischen Störsignal der Basisfrequenz ΔI, die aus dem in 4 dargestellten Frequenzspektrum extrahiert wurde.
Als Nächstes wird anhand von 7 ein Vorgang beschrieben, der durch die Erkennungsvorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird. 7 ist ein Ablaufdiagramm des Vorganges, der durch die Erkennungsvorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, erfasst die Erfassungseinheit 21 über die Antenne 11, die auf dem beweglichen Körper M angeordnet ist, Daten, die von Signalgruppen mit unterschiedlichen Basisfrequenzen überlagert sind (Schritt S201).
Die Berechnungseinheit 30 führt an den Daten, die von der Erfassungseinheit 21 erfasst wurden, eine Cepstrum-Operation aus (Schritt S202) und erkennt dann eine Frequenz einer Spitze, deren C-Wert (Cepstrum-Wert) in einer Spitzengruppe, die jedem der Signale entspricht, am größten ist (Schritt S203). Nachfolgend führt die Erkennungseinheit 40 einen Multiplikationsprozess an der Frequenz der Spitze aus, deren von der Berechnungseinheit 30 berechnete C-Wert der größte ist (Schritt S204), danach endet der Vorgang.
Beim zuvor aufgeführten Beispiel für die Verarbeitung wurde beispielhaft der Fall erläutert, in dem eine Cepstrum-Operation an dem ZF-Signal ausgeführt wird, von dem Frequenzkomponenten von Trägerwellen entfernt wurden. Jedoch nicht darauf beschränkt kann die Cepstrum-Operation an dem ZF-Signal ausgeführt werden, von dem die Frequenzkomponenten von Trägerwellen nicht entfernt wurden, so dass, die Trägerwellen ignorierend, im Cepstrum Spitzen erkannt werden. Insbesondere sind Trägerwellen, zum Beispiel in den staatlichen japanischen AM-Bänder, Intervallen von 9 K(Hz) zugeordnet und somit kann die Spitzenerkennung durchgeführt werden, wobei Spitzengruppen im Cepstrum, deren Quefrenz bei 1/9K-(1/Hz)-lntervallen liegt, ignoriert werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen Filterprozess zum Entfernen der Frequenzkomponenten von Trägerwellen zu umgehen und die Berechnungseinheit 30 zu vereinfachen.
Konfiguration der Empfangsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel
Obwohl in der zuvor beschriebenen Ausführungsform beispielhaft der Fall dargestellt wurde, in dem die Empfangsvorrichtung 1 die periodischen Störsignale von den empfangenen Daten entfernt, kann die Empfangsvorrichtung 1 die periodischen Störsignale aus den empfangenen Daten extrahiert. Deshalb wird anhand von 8 im Weiteren ein modifiziertes Beispiel für die Empfangsvorrichtung 1 beschrieben.
Dieses modifizierte Beispiel ist zum Beispiel eine Modifizierung der in 2 dargestellten Empfangsvorrichtung 1, wobei Elemente, die mit denen der in 2 dargestellten Empfangsvorrichtung 1 identisch sind, mit identischen Bezugszeichen versehen ist und die doppelte Beschreibung unterlassen wurde. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration einer Empfangsvorrichtung 1a gemäß dem modifizierten Beispiel darstellt.
Wie in 8 dargestellt, beinhaltet die Empfangsvorrichtung 1a gemäß dem modifizierten Beispiel eine Erkennungsvorrichtung 2 und eine Signalextraktionseinheit 19. Die Signalextraktionseinheit 19 extrahiert, basierend auf einem Signal mit Frequenzen periodischer Störsignale, das von einem Signaldetektor 22 erkannt wurde, periodische Störsignale einzeln aus einem ZF-Signal und gibt die periodischen Störsignale dann an eine externe Vorrichtung aus. Die externe Vorrichtung ist zum Beispiel ein Oszilloskop, das ein elektrisches Signal eines Signals anzeigt, oder dergleichen. Für die Signalextraktionseinheit 19 kann ein Anwendungsfilter verwendet werden, der zum Beispiel einen Optimierungsalgorithmus eines LMS-(Least Mean Square)-Algorithmus anwendet.
Wie anhand von 6 bereits beschrieben, ist die Erkennungsvorrichtung 2 auch in der Lage, Intensitäten der periodischen Störsignale zusammen mit den Frequenzen der periodischen Störsignale in der Empfangsvorrichtung 1a gemäß dem modifizierten Beispiel zu erkennen. In diesem Fall ist die Empfangsvorrichtung 1a in der Lage, die Intensitäten der periodischen Störsignale zusammen mit den Frequenzen der periodischen Störsignale aus dem ZF-Signal zu extrahieren.
Auf diese Weise ist die Empfangsvorrichtung 1a gemäß dem modifizierten Beispiel dafür eingerichtet, die durch die Erkennungsvorrichtung 2 erkannten Signale aus den Daten zu extrahieren. Folglich ist es möglich, Signale in Signalgruppen mit hoher Genauigkeit einzeln zu extrahieren.
Wie beschrieben wurde, beinhaltet die Erkennungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform eine Erfassungseinheit, eine Berechnungseinheit und eine Erkennungseinheit. Die Erfassungseinheit erfasst über eine Antenne, die an einem beweglichen Körper positioniert ist, Daten, die von Signalgruppen mit unterschiedlichen Basisfrequenzen überlagert sind. Die Berechnungseinheit berechnet einzeln die Basisfrequenzen der Signalgruppen, basierend auf den Frequenzspektren der Daten, die von der Erfassungseinheit erfasst wurden. Die Erkennungseinheit erkennt die Signale in den Signalgruppen basierend auf den Basisfrequenzen, die von der Berechnungseinheit berechnet wurden.
Auf diese Weise erkennt die Erkennungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform die Signale in den Signalgruppen basierend auf den entsprechenden Basisfrequenzen der Gruppen. Demnach ist es mit der Erkennungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform möglich, die Genauigkeit des Erkennens der Signale in den Signalgruppen zu erhöhen.
Obwohl bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Austastungsprozess beim Entfernen der Störsignalkomponenten des ZF-Signals angewendet wurde, wären des Weiteren natürlich auch ein anderes Verarbeitungsverfahren zum Entfernen der Störsignalkomponenten in der Lage, die gleichen Wirkungen zu erzielen. Darüber hinaus kann die Ausführungsform, obwohl bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft der Rundfunkempfänger beschrieben wurde, für einen Fernsehempfänger, einen Bakenempfänger oder dergleichen angewendet werden.
Außerdem wurden bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform Signale in Signalgruppen mit unterschiedlichen Basisfrequenzen als Störsignal definiert. Darauf jedoch nicht beschränkt, können die Signalgruppen andere Signalgruppen sein, die ein bestimmtes Signal oder einen Teil eines bestimmten Signals überlagern. Darüber hinaus können die Signale unterschiedlicher Basisfrequenzen in den Daten drei oder mehr an der Zahl sein.
Die Elemente jeder Einheit, die in den Zeichnungen dargestellt sind, müssen nicht notwendigerweise so konfiguriert sein, wie sie dargestellt sind. Anders ausgedrückt, sind spezielle Modi der Verteilung/Einbindung der Elemente nicht auf das in den Zeichnungen Dargestellte beschränkt; stattdessen sollen, abhängig von verschiedenen Last-- oder Zustandsarten bei der Verwendung, alle oder einige davon durch funktionales oder physisches Verteilen/Einbinden zu beliebigen Einheiten konfiguriert werden.

Claims

Erkennungsvorrichtung (2), Folgendes umfassend: eine Erfassungseinheit (21), die dafür konfiguriert ist, über eine Antenne (11), die an einem beweglichen Körper (M) angeordnet ist, Daten zu erfassen, die von Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) mit unterschiedlichen Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) überlagert sind, eine Berechnungseinheit (30), die dafür konfiguriert ist, basierend auf einem Frequenzspektrum der von der Erfassungseinheit (21) erfassten Daten, die Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) der entsprechenden Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) zu berechnen, wobei jede der Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) einer größten Spitze (P11, P21) in der entsprechenden Signalgruppe (Sa, Sb, A1, A2) entspricht, und eine Erkennungseinheit (40), die dafür konfiguriert ist, basierend auf den von der Berechnungseinheit (30) berechneten Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD), Signale zu erkennen, die in den entsprechenden Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) enthalten sind, wobei die Erkennungseinheit (40) eine Grundwelle der entsprechenden Basisfrequenz (Ba, Bb, ΔI, ΔD) und harmonische Wellen, deren Frequenzen durch Multiplizieren der Grundwelle mit Ganzzahlen von zwei oder größer erhalten werden, als die in der entsprechenden Signalgruppe (Sa, Sb, A1, A2) enthaltenen Signale erkennt.
Erkennungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinheit (30) am Frequenzspektrum eine Cepstrum-Operation ausführt, in der Cepstrum-Werte berechnet werden, so dass die Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) berechnet werden.
Erkennungsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei: die Berechnungseinheit (30) eine Frequenz, die einer Spitze (P11, P21) entspricht, deren Cepstrum-Wert für jede der Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) am größten ist, als die Basisfrequenz (Ba, Bb, ΔI, ΔD) einer entsprechenden einen der Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) berechnet und die Erkennungseinheit (40) einen Multiplikationsprozess an den von der Berechnungseinheit (30) berechneten Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) ausführt, so dass die Signale in den entsprechenden Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) erkannt werden.
Empfangsvorrichtung (1a), Folgendes umfassend: die Erkennungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und eine Extraktionseinheit (19), die dafür konfiguriert ist, die durch die Erkennungsvorrichtung (2) erkannten Signale aus den Daten zu extrahieren.
Empfangsvorrichtung (1) Folgendes umfassend: die Erkennungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und eine Entfernungseinheit (14), die dafür konfiguriert ist, die durch die Erkennungsvorrichtung (2) erkannten Signale aus den Daten zu entfernen.
Erkennungsverfahren, Folgendes umfassend: Erfassen von Daten, die von Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) mit unterschiedlichen Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) überlagert sind, über eine Antenne (11), die an einem beweglichen Körper (M) positioniert ist, Berechnen der Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) der entsprechenden Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) basierend auf einem Frequenzspektrum der beim Erfassen erfassten Daten, wobei jede der Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) einer größten Spitze (P11, P21) in der entsprechenden Signalgruppe (Sa, Sb, A1, A2) entspricht, und Erkennen von Signalen in den entsprechenden Signalgruppen (Sa, Sb, A1, A2) basierend auf den beim Berechnen berechneten Basisfrequenzen (Ba, Bb, ΔI, ΔD) , wobei das Erkennen umfasst, eine Grundwelle der entsprechenden Basisfrequenz (Ba, Bb, ΔI, ΔD) und harmonische Wellen, deren Frequenzen durch Multiplizieren der Grundwelle mit Ganzzahlen von zwei oder größer erhalten werden, als die in der entsprechenden Signalgruppe (Sa, Sb, A1, A2) enthaltenen Signale zu erkennen.