DE2534509A1

DE2534509A1 - Signalverarbeitungs-verfahren und -anordnung

Info

Publication number: DE2534509A1
Application number: DE19752534509
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Bonnefoy-Claudet; Michel Martin; Edmond Tournier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-08-02
Filing date: 1975-08-01
Publication date: 1976-02-12
Also published as: US4017812A; FR2281003B1; JPS5148957A; FR2281003A1

Description

COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE, Paris (Frankreich)

Signalverarbeitungs-Verfahren und -Anordnung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Signalverarbeitung.

Die Erfindung ist anwendbar in der Elektronik und insbesondere bei der Synchron-Detektion von im Rauschen enthaltenen Signalen.

Wenn ein Nutzsignal aus dem Rauschen durch ein Synchron-Detektions-Verfahren entnommen werden soll, wird häufig das Eingangssignal vorgefiltert, um das Frequenzband zu verringern und um eine beträchtliche Verstärkung ohne Sättigungsgefahr zu ermöglichen.

Dazu verwendete herkömmliche Filter bestehen aus einer Zusammenschaltung eines Hochpaßfilters und eines Tiefpaßfilters, die getrennt steuerbar sind und deren Durchlaßbereich steuerbar ist.

4lO-(B 5406.3)-Me-r (8)

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Auch Synchron-Pilter sind üblich, die eigentlich Schaltungen zur Vor-Synchron-Detektion sind und aus zwei parallel geschalteten Kapazitäten bestehen, die mit durch ein Referenz- oder Bezugssignal gesteuerten Schaltgliedern verbunden sind. Ein derartiges Filter wird weiter unten näher erläutert. Dieses Filter erzeugt aus einem verrauschten sinusförmigen oder Sinus-Eingangssignal eine rechteckförmige oder Rechteck-Ausgangsspannung im Unterschied zum eigentlichen Synchron-Detektor, der eine Gleichspannung liefert. Es wirkt wie ein Synchron-Detektor, der eine Multiplikation durch ein Rechteck-Signal bei der Referenz- oder Bezugs-Frequenz verwendet, und weist daher Vorteile auf (Verringerung der Bandbreite und deshalb des Rauschens), hat jedoch auch seine Nachteile aufgrund des Auftretens von Parasitär- oder Störsignalen um die ungeraden Harmonischen der Frequenz des Nutzsignals, wobei diese Signale insbesondere die dritte Harmonische, eine erhebliche Amplitude, aufweisen können. Im folgenden wird diese Art von Synchron-Signalverarbeitungs-Verfahren durch einen Stern gekennzeichnet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein mit der Synchron-Detektion verträgliches oder kompatibles Verarbeitungs-Verfahren bzw. eine Anordnung anzugeben, durch das bzw. die keine Störsignale auftreten.

Das wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß das zu verarbeitende Signal mit einem geeigneten Signal multipliziert wird und danach eine Synchron-Detektion durchgeführt wird.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Filterung eines Signals um eine Frequenz Fo erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Hilfssignal der Periode 1/2 F_Q gebildet

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wird, das die Form einer gleichgerichteten symmetrischen Welle besitzt, deren Periode 1/P₀ ist, daß das zu verarbeitende Signal mit dem Hilfssignal multipliziert wird, und daß das Multiplikations-Signal einer für sich bekannten Synchron*-Pilterung oder einer für sich bekannten Synchron*-Detektion bei der Frequenz F_Q unterworfen wird.

Dabei ist es vorteilhaft, daß das Hilfssignal als gleichgerichtetes Sinus-Signal erzeugt wird.

Das gleichgerichtete sinusförmige oder Sinus-Hilfssignal kann aus einem Referenz- oder Bezugssignal der Periode 1/Fo erhalten werden, das auch zum Steuern der Synchron*-Detektion oder der Synchron*-Filterung verwendbar ist.

Im folgenden seien durch erfindungsgemäße Synchron-Filterung bzw. erfindungsgemäßes Synchron-Filter und durch erfindungsgemäße Synchron-Detektion bzw. erfindungsgemäßer Synchron-Detektor die beiden wesentlichen Ausgestaltungen (Verarbeitungs-Verfahren bzw. Verarbeitungs-Anordnung) , die sich durch die Erfindung ergeben, gekennzeichnet .

Wenn das zu filternde Signal von einem im Rauschen enthaltenen Sinus-Nutζsignal bekannter Periode gebildet ist, soll das Bezugssignal die gleiche Periode wie das Nutzsignal aufweisen und kann vorzugsweise in Phase mit dem Sinus-Nutzsignal sein.

Die Erfindung betrifft auch ein verbessertes Verfahren zur Synchron-Detektion, das darin besteht, daß dem Synchron-Detektions-Schritt ein erfindungsgemäßer Synchron-Filter-Schritt vorgeschaltet ist, wie das noch näher

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erläutert-.wird, wobei die zum erfindungsgemäßen Synchron-Filter-Sehritt und zum Synchron-Detektions-Schritt verwendeteBezugssignale die gleichen sind.

Die Erfindung bezweckt auch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein Verfahren zur punktförmigen Fourieranalyse, das sich dadurch auszeichnet, daß das zu analysierende Signal zwei parallelen erfindungsgemäßen Synchron-Detektions-Schritten unterliegt, daß die beiden Schritte bei der Frequenz der Fourieranalyse durchgeführt werden, und daß der eine Schritt gegenüber dem anderen um 90 ° phasenverschoben ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und ist gekennzeichnet durch einen Signalgenerator eines elektrischen Hilfssignals der Periode 1/2 F_n in Form einer gleichgerichteten symmetrischen Welle der Periode 1/F_n , einen Multiplizierer mit zwei Eingängen für das zu filternde Signal bzw. das Hilfssignal, und ein Synchron*-Detektor oder ein Synchron*-Filter bei der Frequenz F_n, der bzw. das mit dem Multiplizierer verbunden ist.

Dabei ist es vorteilhaft, daß der Signalgenerator eine Schaltung zum Erzeugen eines gleichgerichteten Sinus-Hilfssignals enthält, insbesondere der Periode 1/2 F_Q

Sbei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Filteranordnung einen zweiten Signalgenerator zum Erzeugen eines Rechteck-Bezugssignals der Periode 1/F_n aufweist, der einerseits mit dem Synchron*-Detektor oder dem Synchron*- Filter und andererseits mit der Schaltung zur Erzeugung des gleichgerichteten Sinus-Signals verbunden ist.

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Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Synchron*-Filter ein Filter mit zwei parallel geschalteten Kapazitäten ist, die mit zwei Schaltgliedern verbunden sind, die durch das Rechteck-Bezugssignal gesteuert werden.

Die Erfindung ist auch bei einem Synchron-Detektor verwendbar, wobei dem Synchron-Detektor ein erfindungsgemäßes Synchron-Pilter vorgeschaltet ist, und wobei das für das erfindungsgemäße Synchron-Pilter und das zur Steuerung des Synchron-Detektors verwendete Bezugssignal gleich sind.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die punktförmige Fourieranalyse und zeichnet sich aus durch zwei parallele Zweige, mit je einem Synchron-Detektor, die jeweils das Eingangssignal erhalten, und mit einem Generator zum Erzeugen des Bezugssignals, das am einen Zweig direkt und am anderen Zweig über einem 90°-Phasenschieber anliegt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Filters;

Fig. 2 ein Beispiel eines Synchron*-Filters zur Verwendung bei der Erfindung;

Fig. 3 Signalverläufe zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Synehron-Filters;

Fig. 4 andere Signalverläufe, die darstellen, wie ein gleichgerichtetes Sinus-Signal aus einem Rechteck-Bezugssignal erzeugbar ist;

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Pig. 5 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Synchron-Detektors unter Verwendung des erfindungsgemäßen Synchron-Filters;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines punktförmigen Fourieranalysators mit zwei parallel geschalteten erfindungsgemäßen Synchron-Detektoren.

Im folgenden wird zur einfacheren Erläuterung der Erfindung angenommen, daß das Hilfssignal der Periode 1/2 Fq ein gleichgerichtetes sinusförmiges oder Sinus-Signal ist. Die Signalverarbeitung ist auch an die Herauslösung eines sinusförmigen oder Sinus-Nutzsignals aus einem komplexen Eingangssignal angepaßt, das in eine Fourierreihe auflösbar ist* Jedoch kann Jedes andere Signal verwendet werdenj wie es sich aus dem folgenden deutlich ergibt, wenn es durch Gleichrichten eines periodischen Signals, mit Periode 1/Fq und Mittelwert Null, entstanden ist. In diesem Fall wird die Verarbeitung an der Herauslösung eines Nutzsignals angepaßt, dessen Form gleich der des periodischen Signals ist.

In Pig« 1 ist ein Blockschaltbild des errindungsgemäßen Synchron-Filters dargestellt. Das Synehron-Fllter enthält einen Elngangsanschliiß E, der das zu filternde Signal empfängt, einen Signaler zeuger oder -generator 10 ziam Erzeugen eines gleichgerichteten sinusförmigen oder Sinus-Signals S aus einem Referenz- oder Bezugssignal X, das von einer Schaltung 12 abgegeben wird, einen Multiplizierer lU mit zwei Eingängen/ der an einem das am Eingangsansehlufö E anliegende, zu filternde Signal und am anderen das gleichgerichtete Sinus-Signal S erhält und der ein Signal P abgibtj sowie schließlich ein mit dem Multiplizierer 14 verbundenes Synchron*-Filter 16, das vom durch die Schaltung

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abgegebenen Bezugssignal K gesteuert wird. Ein Ausgangsanschluß S gibt ein Rechteck-Signal V_g mit den Amplituden L· bzw. Ap ab.

Das Synchron*-Filter oder der Synchron*-Detektor 16 kann von herkömmlicher Bauart sein, wobei das Rechteck-Signal V„ eine dementsprechende Form aufweist. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel ist das Synchron*-Filter 16 durch eine Schaltung gebildet, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Schaltung gemäß Fig. 2 enthält einen Widerstand 20, an dem das Signal P anliegt >> zwei Kapazitäten C₁ und C₂, sowie Schaltglieder I₁ und I₂, die durch das Bezugssignal K gesteuert werden.

Die Schaltglieder I₁ und Ip verbinden abwechselnd die Kapazitäten C₁ bzw. Cp mit Masse, wodurch die Ladeschaltung geschlossen wird.

Die Schaltung gemäß Fig. 2 wirkt folgendermaßen: Wenn das Steuer- oder Bezugssignal K in Phase mit dem am Eingang der Schaltung anliegenden Signal P ist, mitteln die Kapazität G₁ und die Kapazität C₂ die positiven und negativen Halbperioden des angelegten Signals P, und zwar mit einer Zeitkonstante RC, mit dem Widerstandswert R des Widerstands 20 und dem gemeinsamen Kapazitätswert C der Kapazitäten C₁ und C₂. Das Ausgangssignal V₂ ist dann eine Rechteck-Spannung, deren Amplituden A₁ und A₂ eine Funktion der Mittelwerte jedes Teils des Signals P sind, wobei die Teile durch die beiden Signalpegel des Bezugssignals K bestimmt werden.

Zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung wird auf das Synchron*-Filter gemäß Fig. 2 Bezug genommen.

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Weiter wird zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen daß das am Eingangsanschluß E des Synchron-Filters anliegende Eingangssignal ein sinusförmiges oder Sinus-Signal f(t) der Periode T ist. In der Praxis kann das Signal beliebige Form aufweisen. Es kann gebildet sein insbesondere aus einem Nutzsignal, das tatsächlich sinusförmig ist, das jedoch im Rauschen enthalten ist. Das Hilfssignal S entspricht der Gleichrichtung einer Sinuswelle mit gleicher Periode wie das Bezugssignal K. Das Bezugssignal K wird auf für die Synchron-Detektion übliche Weise erhalten, die die Erzeugung eines rechteckförmigen oder Rechteck-Bezugssignals ermöglicht, das die gleiche Periode wie das Sinus-Nutzsignal und eine bestimmte Phasenbeziehung besitzt. Gemäß dem wesentlichen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchron-Filters wird das Produkt aus dem Eingangssignal f(t) und dem Hilfssignal S gebildet. Das erhaltene Produkt ist das Signal P. Die Signalverläufe der Signale f(t), S und P sind in Fig. 3 dargestellt. Das Signal P besteht aus einer positiven Halbwelle P^ zwischen den Zeitpunkten 0 und T/2 und einer negativen Halbwelle P₂ zwischen den Zeitpunkten T/2 und T. Die Schaltungsanordnung zur Synchron*-Filterung des erzeugten Signals P gibt wie erläutert ein Rechtecksignal ab, das die folgenden Amplituden aufweist:

,T/ 2

A₁ = § J f(t) · sin 2 Tl F_Qt dt (1),

f(t) · sin (2 f P_ot +f) dt (2),

T/2

wobei also A. und A₂ die beiden Mittelwerte der für jede Halbperiode erzeugten Produkte P^. und P₂ darstellen. Die

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Spitze-Spitze-Amplitude des Rechteck-Signals hängt lediglich ab von der Amplitude des Eingangssignals bei der Frequenz F_Q = l/T und von der Phase dieses Signals gegenüber dem Bezugssignal. Dadurch ist ein Filter gebildet, das eine einzige Spektrallinie bei der Frequenz F„ besitzt und dessen Bandbreite die der Schaltungsanordnung zur Synchron*-Detektion ist, d. h. TfRC bei 3 db.

Fig. 4 zeigt Signalverläufe, die zeigen, wie das gleichgerichtete Sinus-Signal S aus einem Rechteck-Bezugssignal K gebildet wird. Die diese Umsetzung ermöglichenden Schaltungen sind von üblicher Bauart und nicht näher erläutert. In Fig. 1 ist lediglich ein Signalgenerator 10 dargestellt, der das Rechteck-Bezugssignal der Periode 1/F_Q empfängt. Ausgehend von diesem Bezugssignal K wird ein Sägezahn- oder Dreieck-Signal erzeugt und auf den Mittelwert 0 zentriert (zweiter Signalverlauf in Fig. 4). Dieses Dreieck-Signal wird dann gleichgerichtet (Signalverlauf 3 in Fig. 4) und steuert eine Generatorschaltung an, die ein Sinusgenerator ist. Der Sinusgenerator gibt das gleichgerichtete sinusförmige oder Sinussignal S ab.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, kann das gleichgerichtete Dreieck-Signal möglicherweise zur Bildung eines Hilfssignals S führen, da es die erforderlichen Bedingungen erfüllt.

Nach der Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Filterverfahrens bzw. des entsprechenden Filters können die Vorteile durch den Vergleich mit herkömmlichen Verfahren und Schaltungsanordnungen, insbesondere mit solchen, die auf einer Fouriertransformation beruhen, herausgehoben werden.

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Wie bekannt, führt die Fouriertransformation eines Signals f(t) zur Betrachtung von Koeffizienten A , deren Wert durch die klassische Formel berechenbar ist:

f^T /-*

A · ψ J f(t) - sin t dt (3).

J T

Zur Vereinfachung wird hier lediglich der Grund-Koeffizient für η = 1 betrachtet. Wie bei herkömmlichen Verfahren zur Fouriertransformation sei auch bei der Erfindung mit y die zu analysierende Funktion f(t) und mit χ die Funktion, mit der y multipliziert wird, bezeichnet.

Unter diesen Voraussetzungen ist das Integral, das die erste Harmonische A₁ definiert, schreibbar durch:

Bei herkömmlichen Verfahren der Fouriertransformation wird also das Produkt P von y durch die Funktion χ berechnet, die sinusförmig ist und dann der Mittelwert von P berechnet, was zu einem kontinuierlichen Wert führt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ebenfalls das Produkt P von y durch die Funktion χ berechnet, jedoch ist χ eine Funktion, die stets das gleiche Vorzeichen aufweist, derart, daß das Produkt P einen Mittelwert Null über das Intervall T besitzt. Dabei werden getrennt die Amplituden A₁ der positiven Halbwelle und A₂ der negativen Halbwelle berechnet, wobei die Amplituden definiert sind durch:

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,·Τ/2

xy dt (5),

1 / ^Α2 ' T J xy dt (6)

Τ/2

Bei beiden Verfahren wird das Produkt P mittels eines Multiplizierers, d. i. bei der Erfindung den Multiplizierer 14 in Fig. 1, gebildet. Diese Anordnung kann jedoch verschiedenen Fehlern ausgesetzt sein, aufgrund einerseits Nullfehlern an den Eingangsanschlüssen und andererseits Nichtlinearitäten. Ein derartiger Multiplikator gibt daher nicht genau das Produkt P = xy, sondern ein Produkt P' ab j in dem parasitäre oder Störkoeffizienten auftreten, deren Bedeutung folgenderweise ausgedrückt werden kann; das Produkt P' besitzt die Form:

P¹ = (c + χ + ax² + a'x³ + ...)(d + y + by² + b'y³ + ...) (7)·

Zur Vereinfachung seien lediglich die ersten Koeffizienten dieser Entwicklung nicht vernachlässigt, wodurch das erhaltene Produkt P^f die Form besitzt:

P¹ = (c + χ + ax²)(d + y + by²) (8),

mit c, d = Nullfehler an den Eingangsanschlüssen des Hilfssignals S bzw. des zu filternden Eingangssignals,

a, b = Nichtlinearitäten an den Eingangsanschlüssen.

Zum Vergleich der beiden Methoden seien nun die beiden Fehlerarten berechnet, nämlich jene, die dem Produkt xy

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aufgeprägt werden, wenn die Signale χ und y bekannt sind, und jene, die sich durch Vorhandensein von Rauschen ergeben, das das Eingangssignal beeinflußt. Um letztere zu berechnen, sei der besondere Fall betrachtet, in dem das Signal y Weißes Rauschen ist. Die letztere Berechnung ist wichtig, da in der Praxis das Eingangssignal durch ein Nutzsignal geringer Amplitude gebildet sein kann, das im Rauschen enthalten ist.

Es sei zunächst das herkömmliche Verfahren durch Fouriertransformation betrachtet und der Fehler berechnet, der dem Produkt P im Fall eines Sinus-Eingangssignals y aufgeprägt wird, das die gleiche Frequenz besitzt wie das vorausgesetzt nicht gleichgerichtete Sinus-Signal x.

Wenn das oben definierte Produkt P¹ ausgeführt wird, werden Ausdrücke jeweils folgender Form erhalten:

ax²y ein Signal mit Mittelwert Null, bxy² ein Signal mit Mittelwert Null, xy das gewünschte Produkt P,

ab(xy)² ein Signal mit von Null verschiedenem Mittelwert,

adx² ein Signal mit von Null verschiedenem Mittelwert, ' ^f

eby² ein Signal mit von Null verschiedenem Mittelwert,

dx ein Ausdruck mit Mittelwert Null, cy ein Ausdruck mit Mittelwert Null, cd ein endlicher oder kontinuierlicher Ausdruck.

Unter Berücksichtigung des verwendeten Verfahrens zählen schließlich nur die Koeffizienten von P^f mit einem von Null verschiedenen Mittelwert:

I f -

= P + (xy)² ab + adx² + cby² +cd (9),

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was auch ausgedrückt werden kann durch P¹ = P + AP^, mit AP₁ = der aufgeprägte Fehler.

Wenn nun angenommen wird, daß das Eingangssignal y Weißes Rauschen ist, kann die gleiche Berechnungsweise angewendet werden und es wird gefunden, daß P' zusammengesetzt ist aus stochastischen oder zufälligen Signalen mit Mittelwert Null (z. B. der Form ax²y), Signalen mit einem von Null verschiedenen Mittelwert (z. B. die Ausdrücke ab(xy)²), Signale mit Mittelwert Null (z. B. dx) und ein Signal mit endlichem Wert (der Ausdruck cd). Durch lediglich Betrachten der Ausdrücke mit von Null verschiedenem Mittelwert nimmt das Produkt P^! die Form an:

P^f = (xy)² ab + adx² + cby² + cd (10),

was bedeutet, daß P* = AP-.

Durch Berücksichtigen, daß das Integral von 0 bis T/2 oder von T/2 bis T eines Signals der Frequenz 2 F_Q Null ist, und daß die kontinuierlichen oder endlichen Signale zwei gleiche Integralwerte gleichen Vorzeichens ergeben, und durch Berücksichtigen lediglich der Ausdrücke, die eine Grundwelle der Frequenz F_Q haben, wird schließlich beim erfindungsgemäßen Verfahren erhalten:

P' = P + ax²y + cy (11),

d. h. P' = P + AP₂S mit AP₂ = der aufgeprägte Fehler.

Wenn das Eingangssignal y Weißes Rauschen ist, werden Ausdrücke erhalten, die zufälligen Signalen mit Mittelwert Null entsprechen, wie das Produkt xy der Signale der Frequenz 2 F_Q und der endlichen Signale; der Ausdruck von

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P¹ zeigt nun, daß kein Bestandteil der Frequenz P_Q enthalten ist.

Die erste Schlußfolgerung ist daher, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Störsignal der Frequenz F„, das vom Rauschen kommt, eingeführt wird, was ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Verfahren aufgrund der Fouriertransformation ist. Die zweite Schlußfolgerung be trifft den Vergleich zwischen AP-, und APp> die die Feh ler sind, die bei der Berechnung des Produkts diesem auf geprägt werden.

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, den Fall zu untersuchen, bei dem die Fehler gleich sind, um die Bedingungen zu bestimmen, bei denen die beiden Verfahren äquivalent sind. Die Fehler AP₁ und APp betragen:

₁ = (xy)^H ab + adx^? + cby² + cd (12),

ΔΡ₂ = ax²y + cy (13).

Dabei kann angenommen werden, daß die Koeffizienten a, b, c und d in der gleichen Größenordnung und gering sind;.es sei der schwierige Fall betrachtet, bei dem das Produkt xy und das Signal y sehr viel kleiner als das Signal χ sind.

Einerseits kann beim ersten Verfahren das Produkt cd kompensiert werden, so daß der beim ersten Verfahren aufgeprägte relative Fehler im wesentlichen beträgt:

AP_{1 d}
¹ = ψ^

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25345(Vi

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der Ausdruck ax sehr viel größer als der Ausdruck c/x, wodurch sich ergibt, daß im wesentlichen gilt:

ax (15)

Die beiden Verfahren sind daher äquivalent, wenn ax gleich adx/y ist, d. h. wenn das Eingangssignal y wenig verschieden vom Koeffizienten d ist.

Sobald aber das zu filternde Signal kleiner ist als der Nullfehler des Multiplizierers am Eingangsanschluß für das zu filternde Signal, wird das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich bedeutender als das herkömmliche Verfahren. Das erfindungsgemäße Pilterverfahren und das erfindungsgemäße Filter sind deshalb wesentlich besser an die Verarbeitung schwacher Signale angepaßt, die im Rauschen enthalten sind, als das Verfahren und die Schaltungsanordnungen, die auf der Fouriertransformation beruhen.

Neben diesen Vorteilen hat das erfindungsgemäße Filter noch den, daß es insbesondere sehr gut an die Schaltungsanordnungen zur Synchron*-Detektion angepaßt ist, wodurch diese verbessert werden können. Bei dieser Anwendungsform wird ein solches in eine Schaltungsanordnung zur Synchron-Detektion herkömmlicher Art eingefügt, wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Die Gesamtschaltung 30 zur Synchron-Detektion ist von herkömmlicher Art. Sie enthält eine Schaltung oder einen zweiten Signalgenerator 38 zur Abgabe eines Bezugssignals, das an einem Detektor 40 anliegt, und einen Mittelwertbildner 42. Der Gesamtschaltung 30 ist das erfindungs gemäße Filter 32 vorgeschaltet, das das Eingangssignal über einen ersten Wechselsignal-Verstärker 36 er-

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hält, das an einem Eingangsanschluß 34 anliegt. Das Filter 32 kann durch den zweiten Signalgenerator 38 gesteuert sein, der das notwendige Bezugssignal zur Synchron*- Detektion liefert.

Wie bereits ausgeführt, besitzt das erfindungsgemäße Filter 32 eine Spektrallinie bei der Frequenz F_, die die des vom zweiten Signalgenerator 38 abgegebenen Bezugssignals ist. In bestimmten Fällen, und wie auch üblich, kann diese Frequenz die des Signals sein, das am Eingangsanschluß 34 anliegt, wobei sich dann das Filter 32 wie ein Folgefilter verhält. Da das erfindungsgemäße Filter 32 an seinem Ausgang ein Wechselsignal abgibt, kann ein Zusatz-Wechselsignal-Verstärker 44 zwischen dem Filter 32 und der Gesamtschaltung 30 zur Synchron-Detektion eingefügt sein.

Wenn in.der Schaltung gemäß Fig. 5 anstellendes erfindungsgemäßen Filters 32 ein herkömmliches Filter, wie z. B. gemäß Fig. 2, verwendet wird, wird eine Störsignal-Beaufschlagung festgestellt, die sich in Störspektrallxnien zeigt, die sich an den ungeraden Harmonischen befinden. Die Filterung erfolgt daher dann unvollkommen.

Bei einer anderen Anwendung des erfindungsgemäßen Filters wird mit Hilfe des Filters ein punktförmiger Fourieranalysator gebildet, wie er in Fig. 6 dargestellt ist. Ein derartiger Analysator enthält zwei parallele Wege oder Zweige 50, 50¹, die jeweils das Eingangssignal über einen Vorverstärker 54 erhalten, an dessen Eingangsanschluß das zu analysierende Signal anliegt. Die beiden Zweige 50, 50' sind jeweils durch einen gemäß der Erfindung ausgeführten Synchron-Detektor gemäß Fig. 5 gebildet. Der eine Zweig enthält daher ein erfindungsgemäßes Filter 51* anschließend einen Wechselsignal-Verstärker 53» an den ein Synchron-De-

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tektor 55 angeschlossen ist, und schließlich einen Mittelwertbildner 57 mit einem Ausgangsanschluß 59· In gleicher Weise enthält der andere Zweig 50' ein erfindungsgemäßes Filter 52, anschließend einen Verstärker 5¹J, einen Synchron-Detektor 56 und einen Integrator 58 mit einem Ausgangsanschluß 60.

Jeder der beiden Zweige 50, 50' wird durch Bezugssignale gesteuert, die über eine Verbindung 61 dem Zweig und eine Verbindung 62 dem Zweig 50' zugeführt werden. Die Bezugssignale werden ausgehend von einem Zeit- oder Taktgeber 64 erhalten, der einen Erzeuger 66 für Harmonische steuert, der ein Bezugssignal abgibt, das an einem Phasenschieber 68 anliegt. Der Phasenschieber 68 gibt an seinem Ausgang 70 ein Bezugssignal ab, das über die Verbindung 61 direkt dem einen Zweig 50 zugeführt wird und das über einen /Γ/2- oder 90°-Phasenschieber 72 über die Verbindung 62 dem anderen Weg 50 zugeführt wird. Der Taktgeber 64 wird durch ein Signal gesteuert, das durch nicht dargestellte aber herkömmliche Einricztungen abgegeben wird. Die beiden Schaltungen zur Synchron-Detektion, die von um 90 ° phasenverschobenen BezugsSignalen gesteuert werden, geben Anzeigen für den Betrag oder Modul und die Phase ab für die Stelle oder den Rang der Harmonischen, die durch den Erzeuger 66 abgegeben wird.

Wenn die Frequenz des Nutzanteils des Eingangssignals bekannt ist, ist der Analysator mit einer Einrichtung zur Regelung der Phase des Bezugssignals gegenüber der Phase dieses Nutzanteils des Eingangssignals versehbar. Diese Einrichtung ist im Phasenschieber 68 enthalten. Das vom Integrator 58 abgegebene Signal wird dem Phasenschieber zugeführt, der vorteilhaft ein Phasenschieber mit phasenlinearer Antwort oder Kennlinie ist. Die Phasenverschiebung

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des Bezugssignals, das durch den Ausgang 70 abgegeben wird, nimmt daher einen solchen Wert an, daß das Eingangssignal in den Integrator 58 Null wird und das Ausgangssignal dieses Integrators 58 konstant ist. Das bedeutet, daß das Bezugssignal, das dem Zweig 50' zugeführt wird, in 90°-Phasenverschiebung mit dem Eingangssignal steht, und daß folglich das über die Verbindung 6l dem Zweig 50 zugeführte Bezugssignal mit dem Eingangssignal in Phase ist.

Die Wahl des Rangs der Harmonischen durch Einwirkung auf die Frequenz des Taktgebers 64 ermöglicht es, am Ausgangsanschluß 59 die Amplitude und am Ausgangsanschluß 60 die Phase der Komponente des Eingangssignals bei dieser harmonischen Frequenz zu erhalten, wodurch eine punktförmige Fourieranalyse gebildet ist. Der entsprechende Analysator ist vorzugsweise anwendbar für Signale, deren Phasenschwankung langsam ist.

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Claims

Patentansprüche

■Λ

. 1J Verfahren zur Signalverarbeitung, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Hilfssignal der Periode 1/2 F_Q gebildet wird, das die Form einer gleichgerichteten symmetrischen Welle besitzt, deren Periode 1/F_Q ist,

daß das zu verarbeitende Signal mit dem Hilfssignal multipliziert wird, und

daß das Multiplikationssignal einer für sich bekannten Synchron*-Filterung oder einer für sich bekannten Synchron*-Detektion bei der Frequenz Fq unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssignal als gleichgerichtetes Sinus-Signal erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Rechteck-Bezugssignal der Periode 1/P₀ erzeugt wird, und sowohl zum Erzeugen des Hilfssignals als auch zum Steuern der Synchron*-Detektion verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3₃ dadurch gekennzeichnet,

daß auch eine Synchron-Detektion durchgeführt wird, und

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daß dazu das gleiche Bezugssignal wie bei der Synchron*- Filterung verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet,

daß die Sy-chron-Detektion zweimal parallel durchgeführt wird j und

daß das Hilfssignal im einen Parallelzweig in Kohärenz mit dem Eingangssignal und im anderen Parallelzweig in 90°-Phasenverschiebung dazu gebracht wird.
6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen Signalgenerator (10) eines elektrischen Hilfssignals (S) der Periode 1/2 F_Q in Form einer gleichgerichteten symmetrischen Welle der Periode

einen Multiplizierer (14) mit zwei Eingängen für das zu filternde Signal bzw. das Hilfssignal (S), und

ein Synchron*-Detektor oder ein Synchron*-Filter (16) bei der Frequenz F_Q} der bzw. das mit dem Multiplizierer (I¹O verbunden ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (10) eine Schaltung (12) zum Erzeugen eines gleichgerichteten Sinus-Hilfssignals enthält.
8. Anordnung nach Anspruch 7_S gekennzeichnet durch einen zweiten Signalgenerator (38) eines Rechteck-Bezugs-

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signals (K) der Periode 1/Fq» der einerseits mit dem Synchron*-Detektor (16) und andererseits mit der Schaltung (12) zum Erzeugen des gleichgerichteten Sinus-Hilfssignals verbunden ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchron*-Detektor (16) durch ein Filter mit zwei parallel geschalteten Kapazitäten (C.,, Cp) gebildet ist, die mit zwei vom Rechteck-Bezugssignal (K) gesteuerten Schaltgliedern (1^, ^) verbunden sind.
10. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Synchron-Detektor (40; 55, 56), der bei der Frequenz Fq arbeitet.
11. Anordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zwei parallele Zweige (50, 50'), mit je einem Synchron-Detektor (55, 56), die jeweils das Eingangssignal erhalten, und mit einem Generator (64, 66, 68) zum Erzeugen des Be^- zugssignals (K), das am einen Zweig (50) direkt und am anderen Zweig (50') über einem 90°-Phasenschieber (72) anliegt.
12. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Phasenregler (68) des Bezugssignals (K), durch den der Integralwert des Ausgangssignals des mit dem 90°-Phasenschieber (72) verbundenen Zweigs (50¹) konstant ist und der Phase des zu erfassenden Signals gegenüber dem Bezugssignal (K) entspricht.

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