DE2544824A1

DE2544824A1 - Adaptives filter zur ueberpruefung von korrelationskoeffizienten

Info

Publication number: DE2544824A1
Application number: DE19752544824
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Fritsche; Franz Prof Dr Ing Mesch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1975-10-03
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DE2544824C2

Description

Adaptives Filter zur flberprtifung von Korrelations-
koeffizienten Die Erfindung bezieht sich auf ein adaptives Filter zur Uberpriifung von Korrelationskoeffizienten eines die Relativgeschwindigkeit eines Objektes messenden Korrelators, bei welchem zwei auf 1-Bit quantisierte Signale mittels eines Schieberegisters mit der Taktfrequenz f um eine der Relativgeschwindigkeit proportionale Modellaufzeit gegeneinander verzögert werden.
Die Geschwindigkeit laufender Bänder aus Blech oder Papier läßt sich prinzipiell dadurch bestimmen, daß die Laufzeit T des betreffenden Mediums zwischen zwei festen Punkten gemessen wird. Bei bekanntem Abstand 1 zwischen diesen Punkten ist die Geschwindigkeit v= . Laufzeit-Messungen sind weit verbreitet, sofern determinierte periodische oder impulsförmige Signale zur Verfügung stehen. Bei verschiedenen Anwendungen tritt aber der Wunsch auf, nichtdeterminierte Signale zu benutzen, die völlig regellos statistisch schwanken. Bei laufenden Bändern erhält man solche Signale z.B. durch optische Abtastung der Oberfläche, deren Rauhigkeit statistische Schwankungen erzeugt.
In diesen Fällen ist die Laufzeit aus den von zwei geeigneten Meßfühlern aufgenommen statistisch schwankenden Signalen durch das Korrelationsverfahren zu bestimmen.
Der Grundgedanke des Korrelationsverfahrens ist folgender: Zwei in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete Meßfühler erzeugen die Signale u1 (t) und u2 (t). Im Idealfall sind beide Signale von identischer Form und nur um die Laufzeit T gegeneinander verschoben: U2 (t) = u1 (t-T).
Das Meßverfahren beruht nun darauf, daß das Signal u1 (t) des ersten Meßfühlers künstlich ebenfalls verzögert wird, und zwar um eine Modell-Laufzeit #, die der Korrelationsrechner auf =T einstellen muß. Der Vergleich beider Laufzeiten wird über den Vergleich der beiden verzögerten Signale u2 (t) = u1 (t-T) durchgeführt. Allgemein ausgedrückt muß der Korrelationsrechner die mittlere quadratische Abweichung beider Signale zum Minimum machen. Das heißt also, daß von der Korrelationsfunktion ~u u (r) der beiden Signale das Maximum aufzusuchen ist, das gerade beiZ = T liegt.
In der Patentschrift DEP 2 133 942 wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, welche das Maximum der Korrelationsfunktion zuzug durch Aufsuchen der dem Maximum zugeordneten Nullstelle der abgeleiteten Korrelationsfunktion (bzgl. der auf 1 Bit quantisierten Signale sgn u1 (t) und sgn u2 (t)) ~sgn u1 sgn u2 bei &=T bestimmt (vgl.Messtechnik, Juli 1971, "Geschwindigkeitsmessung mit Korrelationsverfahren", F. Mesch, H.-H. Deucher und ii. Fritsche, Karlsruhe).
Maßgebend für das Verhalten des Regelkreises ist bei der Polaritätskorrelation die Funktion T' stellt die Meßzeit dar.
Der Integrand x12(t ,) wird bei der oben genannten Anordnung mit Hilfe elektronischer Mittel aus den beiden Meßfühlersignalen u1 (t) und u2 (t) gewonnen und über einen Dreipunktregler dem Eingang eines Integrationsgliedes zugeführt, dessen Ausgangssignal über einen Spannungsfrequenzwandler die Modelllaufzeit eines das Signal u1 (t) verzögernden Schieberegisters verstellt.
Bei dem praktischen Aufbau der elektronischen Schaltungen des Korrelators sind Filter zu realisieren, deren Frequenzband der Geschwindigkeit v adaptiv angepaßt werden muß. Beispielsweise muß zur Anzeige eines störungsfreien Betriebes möglichst schnell überprüft werden, ob die Kreuzkorrelationsfunktion #12 bei bestimmten#-Werten einen gewissen Schwellwert überschreitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb , ein adaptives Filter zur Überprüfung der Korrelationskoeffizienten bei einem Korrelator der oben beschriebenen Art anzugeben, dessen Zeitkonstante bei jeder Geschwindigkeit optimal angepaßt ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch genannte Erfindung gelöst.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filters anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die quantisierten Signale 5 s2=sgn u2(t) in ihrem (möglichen) zeitlichen Verlauf. Sie können jeweils nur die Werte 1 oder - 1 annehmen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Filters.
In einer logischen Verknüpfungsschaltung V werden die quantisierten Signale S1 und s2 miteinander verglichen.
("1" entspricht "L"-Signal, " entspricht "O"-Signal).
Bei Signalübereinstimmung erhält der erste Eingang e1 eines nachgeschalteten UND-Gliedes ein "L"-Signal, sonst ein "O" Signal, während an den zweiten Eingang e2 L-wertige Impulse gelangen, deren Frequenz f gleich der Schieberegistertaktfrequenz des die Modellaufzeit einstellenden Schieberegisters (nicht dargestellt) ist. Die Signalkoinzidenzen werden in einem ersten Zähler Z1 welcher maximal bis zu einer Zahl N zählt, registriert. Gleichzeitig gelangen die Taktimpulse in einen zweiten Zähler Z2, welcher ebenfalls maximal bis N zählt. Nach N Zählimpulsen setzt dieser Zähler Z2 den Zähler Z1 zurück, wobei das Zählergebnis des Zählers Z1 gleichzeitig mit dem Rücksetzimpuls digital abgefragt wird (nicht dargestellt).
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende: Durch die Zählerkapazität N des Zählers Z2 wird die Meßzeit M für eine Signalkoinzidenz-Zählung in Abhängigkeit von der Taktfrequenz f gemäß festgelegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei höheren Objektgeschwindigkeiten v aufgrund der Beziehung sr V1#f automatisch eine entsprechend kürzere Meßzeit M auftritt.
Das am Ende eines jeden Meßzyklus ermittelte Zählergebnis Z des Zählers Z1 ist proportional zur Wahrscheinlichkeit identischer Vorzeichen der Signale s1 und s2 und ist somit auch ein Maß für die Korrelationskoeffizienten Dabei gilt: Z = O (Minimum) für #12 =-1 Die Signale s1 und s2 haben bei jedem Taktimpuls innerhalb der Meßzeit M unterschiedliche Vorzeichen, d.h.
s1.s2 1 .1 Z = für #12 = N Für Taktimpulse ist s1 . s2 1 ~ 1 und für Taktimpulse ist s1.s2 = + 1 innerhalb der Meßzeit M Z = N (Maximum) für #12 = + 1 Die Signale s1 und s2 haben bei jedem Taktimpuls innerhalb der Meßzeit M gleiches Vorzeichen, d.h. s1.s2 =+ 1 Durch eine digitale Abfrage von Z kann somit am Ende eines jeden Meßzyklus eine Entscheidung gefällt werden, ob der Korrelationskoeffizient ~12 größer oder kleiner als ein wählbarer Z-Schwellwert ist. Dabei wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise die Meßzeit M stets der momentanen Objektgeschwindigkeit v angepaßt.
Leerseite

Claims

P at entans# ruch Adaptives Filter zur Überprüfung von Korrelationskoeffizienten eines die Relativgeschwindigkeit eines Objektes messenden Korrelators, bei welchem zwei auf 1-Bit quantisierte Signale mittels eines Schieberegisters mit der Taktrequenz f um eine der Relativgeschwindigkeit proportionale Modellaufzeit gegeneinander verzögert werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (Z1)' der eine Zählerkapazität N hat, Signalkoinzidenzen der zwei quantisierten Signale (S1, s2) in N Taktschritten innerhalb einer Meßzeit M zählt, die gleich dem Quotienten aus der Zählerkapazität N und der Taktfrequenz f ist.