DE1958931A1 - Verfahren zur Frequenzmessung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Frequenzmessung Die Erfindung bezieht sich auf die Messung der Frequenz (bzw. der Periodendauer) eines niederfrequenten Signals, dessen Besonderheit darin besteht, daß es nicht direkt vorliegt, sondern in einem Summensignal als Komponente enthalten ist. Gemäß den Gegebenheiten besteht das Summensignal aus mehreren, insbesondere zwei Komponenten, die etwas versohiedenfrequent und in der Amplitude unterschiedlich sind. Dieses Summensignal kann sich beispielsweise im Funkfeld gebildet haben, wenn ein Träger gleichzeitig mit zwei etwas verschiedenfrequenten und in der Amplitude unterschiedlichen Modulationsfrequenzen moduliert worden ist, wobei das eine Signal oft eine unerwünschte Modulation oder eine Stdrmodulation darstellt. Wenn ein solches Signal empfangen und demoduliert wlrd, dann ergibt sich als Demodulationsprodukt das Summensignal als Superposition der beiden Komponenten, und diese sind einzeln nicht ohne weiteres einer Frequenzmessung zugänglich. Vor der Frequenzmessung messen die Signale getrennt werden.
• Bei bekannten Verfahren werden zur Trennung der Signalkomponenten allgemein Filter verwendet; diese können als Digital- oder Analogfilter ausgebildet sein. Ist die auszufilternde Frequenz in verhältnismäßig breitem Band variabel, so finden durchstimmbare Filter (Suchfilter) oder eine Vielzahl von parallel geschalteten, in der Durchlaßfrequenz zueinander angrenzenden oder sich Uberlappenden Einzelfiltern Verwendung (Filterbatterie).
• Abgesehen davon, daß das Filterverfahren auf der Empfangsseite einen erheblichen Aufwand erfordert, so kann es Jedoch dann nicht sinnvoll angewendet werden, wenn das Signal nur während kurzer Zeitabschnitte stetig vorhanden ist und wenn die Frequenzen der zu trennenden Komponenten des Summensignals nur größenordnungsmäßig bekannt sind und sehr dicht benachbart beieinander liegen.
• Es ist weiterhin bekannt, die Frequenz eines Signals dadurch zu bestimmen, daß seine Nulldurchgänge während einer bestimmten Zeit gezählt werden, und daß der Quotient aus der Anzahl der gezählten Nulldurchgänge und der Zählzeit gebildet wird. Von dieser Methode wird bei der Frequenzbestimmung der einen Signalkomponente eines Summensignais der oben beschriebenen Art in besonderer Weise Gebrauch gemacht.
• Solche Signale werden beispielsweise im Funkfeld als Modulation oder Frequenzunterschiede gebildet, wenn eine Trägerwelle an Gegenständen auf der Erde oder in der Luft oder am Erdboden selbst gewollt oder ungewollt eine Reflexion erleidet und im Empfänger dann eigentlich zwei Wellen empfangen werden. Wenn, wie es beispielsweise bei manchen Navigationsverfahren der Fall ist, eine Trennung der Komponenten des Empfangsaignaln unbedingt erforderlich ist, so erfolgte diese auf Grund der taufzeitunterschiede der direkten und reflektierten Wellen.
• Bei der Erfindung wird eine Frequenzmessung auf Grund der Amplitudenunterschiede der Modulations- bzw. Frequenzdifferenzkomponenten ermöglicht; dieses Verfahren hat sich in der praxis als sehr viel weniger aufwendig herausgestellt, und die erreichte Meßgenauigkeit ist sehr groß.
• Der grundsätzliche Lösungsgedanke der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß - abgesehen von einem Gleichspannungsanteil - die Anzahl der Nuildurchgänge eines periodischen, z.B. sinusförmigen Signals nicht verändert wird, wenn diesem Signal ein weiteres Signal geringerer Amplitude und etwas verschiedener Frequenz, ganz gleich ob höherer oder niedrigerer Frequens, Uberlagert, d.h. mit dem ersten Signal summiert wird, und wenn das Summensignal über einen genügend langen Zeitabschnitt, beispielsweise Uber eine Schwebungsperiode der beiden betrachtet wird, Oder anders, mehr in Anlehnung an die Praxis ausgedrückt: Ein 8ummensignal, das aus der Superposition zweier etwas verschiedenfrequenter, in der Amplitude unterschiedlicher Komponenten besteht, hat genau po viele Nulldurchgänge wie die Signalkomponente mit der größeren Amplitude. Die Signalkomponente mit der kleineren Amplitude kann zwar die Lage der Nulldurchgänge des Summensignals auf der Zeitachse (t) merklich verschieben, ihre Anzahl bleibt aber unverändert Der Erfindung liegt also die neue Aufgabe zugrunde, eine Frequenzmessung der Komponente mit der grdßeren Amplitude eines aus mehreren, insbesondere zwei Komponenten bestehenden, in verhältnismäßig weiten Grenzen in der Frequenz variablen Summensignals vorzunehmen, wobei die Komponenten etwas verschiedenfrequent und in der Amplitude unterschiedlich sind und nicht als getrennte Komponenten, sondern nur als Summensignal vorliegen; die Frequenzbestimmung erfolgt auf Grund der Amplitudenunterschiede der Komponenten. Wie oben bereits angedeutet, ist mit dieser Methode eine Frequenzmessung auch ohne weiteres durchzufUhren, wenn das Summensignal nur während kurzer Zeitintervalle als stetiges Signal vorliegt, wenn also im Signal ablauf Sprungstellen vorhanden sind. Bekanntermaßen wird an Sprungstellen das Signalspektrum derart kompliziert, daß eine Trennung der Grundkomponenten mit der herkömmlichen Methode mittels Filtern praktisch unmöglich ist.
• Die Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Frequenzmessung eines Signales durch Zählung der Nulldurehgänge innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls und Quotientenbildung zwischen der gezählten Anzahl der Nulldurchgänge und der Zählzeit.
• Erfindungsgem ist das Signal die Komponente mit der größten Amplitude eines nur als Summensignal aus mindestens zwei etwas verschiedenfrequenten und in der Amplitude unterschiedlichen Komponenten vorliegenden Signals, das in der Frequenz über einen weiten Bereich variabel ist.
• In weiterer Ausbildung der Erfindung werden bei Vorliegen eines nur abschnittweise stetigen Signals die Unstetigkeitsstellen bei der Zählung der Nulldurchgänge ausgeblendet.
• Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, in denen Fig. 1 das niederfrequente Signal 8 mit seinen Komponenten C1 und C2 und Fig. 2 die Auswertungsanordnung als Blookschaltbild darstellt.
• Das in Fig. 1 ueber der Zeit t dargestellte niederfrequente Summensignal 8 besteht aus den Komponenten C1 und C2; die Komponente C1 mit der größeren Amplitude ist in dem dargestellten Falle diejenige mit gegenüber der Komponente C2 höheren Frequenz t1; die Komponente C1 könnte Jedoch auch die mit der niedrigeren Frequenz f2 sein, ohne daß deren Frequenzmessung beeinträchtigt wUrde. Man ersieht aus Fig. 1, daß das aus der Superposition der Signalkomponenten C1 und C2 gewonnene Summensignal S genau so viele Nulldurchgänge aufweist wie die Komponente C1 mit der größeren Amplitude.
• Wenn die Nullstellen des Summensignals 8 über eine genügend lange Zeit gezählt werden, so ergibt sich nach einer Quotientenbildung die Frequenz mit hinreichender Genauigkeit.
• Als optimale Meßzeit kann die Schwebungsperiode der Komponenten C1 und C2 angesehen werden Grundsätzlich können drei Arten von Summensignalen unterschieden werden: 1.) Summensignal ohne Unstetigkeitsstellen, 2.) Summensignal mit Unstetigkeitsstellen und Unstetigkeitsperiode länger als Schwebungsperiode und 3.) Summensignal mit Unstetigkeitsstellen und Unstetigkeitsperiode kürzer als Schwebungsperiode.
• Bei dem unter 3.) genannten Fall, der als der allgemeinste betrachtet werden kann, ist es also bei Wahl der Meßzeit gleich einer Periode der Schwebung notwendig, zumindest über eine Unstetigkeitsperiode hinaus die Nulldurchgänge des Summensignals zu messen; das würde aber wegen der PhasensprUnge und des dabei entstehenden Signalspektrums zu großen Meßfehlern führen. Zur Vermeidung dieser Fehler werden daher die Unstetigkeitsstellen in sinnvoller Weise ausgeblendet, was mit an sich bekannten Methoden der Digitaltechnik ohne weiteres möglich ist. Es ist auch ohne weiteres ersichtlich, daß mit einer für den Fall 3.) ausgelegten Auswertungseinrichtung auch die unter 1.) und 2.) genannten Signale ausgewertet werden können.
• B.i der in Fig. 2 dargestellten Auswertungsanordnung ist unterstellt, daß die Signale der oben unter 3.) besprochenen Konfiguration sich im Strahlungsfeld durch Mehrfachausbreitung eines frequenzmodulierten Hochfrequenzträgers der Frequenz Fo gebildet haben, daß also beim Empfang (Antenne 1) an einer Eingangsklemm Ei eines Empfängers zwei Signale der Frequenzen Po + t1 und Fo - f2 anstehen. Um diese Signale in Niederfrequenzsignale umzuwandeln, werden sie in an sich bekannter Weise im Empfänger 2 mit; einer konstanten Frequenz Fo - FL eines Hilfsoszillators 3 umgesetzt, die dem Empfänger 2 an einer zweiten Eingangsklemme E2 zugeführt wird, ao daß an einem seiner Ausgänge A1 die Signale der Frequenzen F, + f1 und FL - r2 als Summensiganl 5 mit den Komponenten cl und C2 (Fig. 1) anstehen. Das Summensignal kann Jedoch auch direkt als niederfrequentes Signal vorliegen, z.B. am Ausgang einer Simulationsschaltung für solche Signale.
• Der Empfänger 2 enthält auch eine Schaltungsanordnung zur Feststellung der Stetigkeitsperiode der aufgenommenen Signale, die bei Beginn der Stetigkeitsperiode einen Startimpuls und bei ihrem Ende einen Stopimpuls an einem zweiten Ausgang A2 ausgibt, die zur Steuerung einer Schaltung 5 zur Phasensprungausblendung und einer Zähleranordnung 6 verwendet werden. Derartige Schaltungsanordnungen sind in der Digitaltechnik bekannt, und ihre Ausgestaltung gehört nicht zur Erfindung Wenn das Summensignal direkt als niederfrequentes Signal vorliegt, so sind der Anfang und das Ende der Stetigkeitsperiode in der gleichen Weise durch ein Start- und Stopsignal zu markieren Die am Ausgang A1 des Empfängers 2 als Summensignal 9 anstehenden Signals der Frequenzen FL + f1 und FL - f2 werden dem Eingang eines Nulldurchgangsdetektors 4 zugeführt, der an seinem Ausgang Zählimpulse liefert, die über ein.
• Schaltung 5 zur Phasensprungausblendung dem einen Eingang einer Zähleranordnung 6 eingegeben werden. Die Zähleranordnung 6 liefert an einem Ausgang die Anzahl N @er Nulidurchgänge und an einem zweiten Ausgang die zugehörige Zeit t, unter Umständen bereits Uber mehrere Stetigkeitsperioden aufsummiert. Aus diesen beiden Werten werden in einem Quotientenrechner 7 entweder die Frequenz oder die Periodendauer oder auch beide Werte errechnet. Das Meßergebnis wird mittels einer Anzeigeeinrichtung 8 zur Anzeige gebracht, auf der unter Berücksichtigung der Prequenz F2 die Frequenz t1 der Komponente C1 mit der größeren Amplitude abgelesen werden kann.
• 6 Patentansprüche 1 81. Zeichnungen, 2 Fig.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Frequenzmessung eines Signales durch Zählung der Nulldurchgänge innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls und Quotientenbildung zwischen der gezählten Anzahl der Nulidurchgänge und der Zählzeit, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal die Komponente mit der grdßten Amplitude eines nur als Summensignal aus mehreren, insbesondere zwei etwas verschiedenfrequenten und in der Amplitude unterschiedlichen Komponenten vorliegenden Signal ist, das in der Frequenz über einen weiten Bereich variabel ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Summensignal nur abschnittweise als stetiges Signal vorliegt, und daß die Unstetigkeitsstellen bei der Zählung der Nulldurchgänge ausgeblendet werden.

3. Verfahren nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitabschnitt, in dem die Nulldurchglinge gezählt werden, sich über mehrere Stetigkeitsperioden erstreckt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzeit gleich der Zeit einer Schwebungsperiode der beiden Signalkomponenten (C1/C2) gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal als Modulation eines Hochfrequenzträgers vorliegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzträger eine getastete Impulsfolge mit statischer Verteilung der Einzelimpulse ist.

L e e r s e i t e