DE2544824C2 - Adaptives Filter zur Überprüfung von Korrelationskoeffizienten - Google Patents

Description

x_l2 (t, τ) = [sgn a, (r- r) - sgn u₂ (/)] sgn — u₂ (/).

Die Erfindung bezieht sich auf ein adaptives Filter zur T'stellt die Meßzeit dar.

Oberprüfung von Korrelationskoeffizienten eines die Der Integrand AfI₂Cf. *) wird bei der oben genannten

Relativgeschwindigkeit eines Objektes messenden Kor- Anordnung mit Hilfe elektronischer Mittel aus den beirelators, bei welchem zwei auf 1 -Bit quantisierte Signale den Meßfühlersignalen ui (t) und U₂ (t) gewonnen und mittels eines Schieberegisters mit der Taktfrequenz / 25 über einen Dreipunktregler dem Eingang eines Integraum eine der Relativgeschwindigkeit proportionale Mo- tionsgliedes zugeführt, dessen Ausgang«ignal über eidellaufzeit gegeneinander verzögert werden. nen Spannungsfrequenzwandler die Modellaufzeit emes

Die Geschwindigkeit laufender Bänder aus Blech das Signal u, (t) verzögernden Schieberegisters ver- oder Papier läßt sich prinzipiell dadurch bestimmen, daß stellt

die Laufzeit Tdes betreffenden Mediums zwischen zwei 30 Bei dem praktischen Aufbau der elektronischen festen Punkten gemessen wird. Bei bekanntem Abstand Schaltungen des Korrelators sind Filter zu realisieren. 1 zwischen diesen Punkten ist die Geschwindigkeit deren Frequenzband der Geschwindigkeit ν adaptiv an

gepaßt werden muß. Beispielsweise muß zur Anzeige

J_ eines störungsfreien Betriebes möglichst schnell über-

T ' 35 prüft werden, ob die Kreuzkorrelationsfunktion Φη bei

bestimmten r-Werten einen gewissen Schwellwert Laufzeit-Messungen sind weit verbreitet, sofern deter- überschreitet.

minierte periodische oder impulsförmige Signale zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb.

Verfügung stehen. Blei verschiedenen Anwendungen ein adaptives Filter zur Überprüfung der Korrelationstritt aber der Wunsch auf, nicht determinierte Signale zu 40 koeffizienten bei einem Korrelator der oben beschriebenutzen, die völlig regellos statistisch schwanken. Bei benen Art anzugeben, dessen Zeitkonstante bei jeder laufenden Bändern erhält man solche Signale z. B. durch Geschwindigkeit optimal angepaßt ist. optische Abtastung der Oberfläche, deren Rauhigkeit Dise Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gestatistische Schwankungen erzeugt. In diesen Fällen ist nannte Erfindung gelöst

die Laufzeit aus den von zwei geeigneten Meßfühlern 45 Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfinaufgenommen statistisch schwankenden Signalen durch dungsgemäßen Filters anhand der Fi g. 1 und 2 näher das Korrelationsverfahren zu bestimmen. erläutert.

Der Grundgedanke des Korrelationsverfahrens ist F i g. 1 zeigt die quantisierten Signale

folgender: Zwei in Bewegungsrichtung hintereinander

angeordnete Meßfühler erzeugen die Signale U\ (t) und 50 S\ = sgn u\ (t— r) und U₂ (t). Im Idealfall sind beide Signale von identischer S₂ = sgn m(t)

Form und nur um die Laufzeit T gegeneinander verschoben: ⁱⁿ >^nrem (möglichen) zeitlichen Verlauf. Sie können jeweils nur die Werte 1 oder — 1 annehmen. ₀, (ή- u\(t — T). 55 F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Filters.

In einer logischen Verknüpfungsschaltung V werden

Das Meßverfahren beruht nun darauf, daß das Signal die quantisierten Signale s\ und S₂ miteinander vergli- us (t) des ersten Meßfühlers künstlich ebenfalls verzö- chen. (»1« entspricht »L«-Signal, »-1« entspricht gen wird, und zwar um eine Modell-Laufzeit r, die der »O«-Signal). Bei Signalübereinstimmung erhält der erste Korrelationsrechner auf T= Teinstellen muß. Der Ver- 60 Eingang e, eines nachgeschalteten UND-Gliedes ein gleich beider Laufzeiten wird über den Vergleich der »L«-Signal, sonst ein »O«-Signal, während an den zwcibeiden verzögerten Signale u₂ (t) = u, (t- T) durchge- ten Eingang e₂ L-wertige Impulse gelangen, deren Freführt. Allgemein ausgedrückt muß der Korrelations- quenz/'gleich der Schieberegistertaktfrequenz des die rechner die mittlere quadratische Abweichung beider Modellaufzeit einstellenden Schieberegisters (nicht dar-Signale zum Minimum machen. Das heißt also, daß von 65 gestellt) ist. Die Signalkoinzidenzen werden in einem der Korrelationsfunktion <P,,,4r) der beiden Signale das ersten Zähler Z₁, welcher maximal bis zu einer Zahl N Maximum aufzusuchen ist, das gerade bei r= Tliegt. zählt, registriert. Gleichzeitig gelangen die Taktimpulse

Gemäß DE-PS 21 33 942 wird diese Aufgabe durch in eine zweiten Zähler Z₂, welcher ebenfalls maximal bis

N zählt Nach N Zählimpulsen setzt dieser Zähler Z₂ der. Zähler Z₁ zurück, wobei das Zählergebnis des Zählers Z_t gleichzeitig mit dem Rücksetzimpuls digital abgefragt wird (nicht dargestellt).

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende:

Durch die Zählerkapazität Λ/des Zählers Zi wird die Meßzeit M für eine Signalkoinzidenz-Zählung in Abhängigkeit von der Taktfrequenz /gemäß

10

-7

festgelegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei höheren Objektgeschwindigkeiten ν aufgrund der Beziehung

v~\/r~f

automatisch eine entsprechend kürzere Meßzeit M auftritt. Das am Ende eines jeden Meßzykius ermittelte Zählergebnis Z des Zählers Z\ ist proportional zur Wahrscheinlichkeit identischer Vorzeichen der Signale Si und s₂ und ist somit auch ein Maß für die Korrelationskoeffizienten

H

Dabei gilt:

Z = O (Minimum) für i?i2= — l

Die Signale S\ und S₂ haben bei jedem Taktimpuls innerhalb der Meßzeit M unterschiedliche Vorzeichen.d.h.si ■ S₂=-1.

Z=- für e5|2 = 0

Für—Taktimpulse ist s\ ■ S₂=-1 und für —Takt- 1 f

impulse ist S\ ■ S₂ = +1 innerhalb der Meßzeit M

Z=N (Maximum) für ψ\ι = + 1

Die Signale S\ und S₂ haben bei jedem Taktimpuls innerhalb der Meßzeit M gleiches Vorzeichen, d. h.

S, ■ S₂= + 1

Durch eine digitale Abfrage von Z kunn somit am Ende eines jeden Meßzyklus eine Entscheidung gefällt werden, ob der Korrelationskoeffizient Φη größer oder kleiner als ein wählbarer Z-Schwellwert ist. Dabei wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise die Meßzeit M stets der momentanen Objektgeschwindigkeit ν angepaßt.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ι 2

   eine Anordnung gelöst, welche das Maximum der Kot-Patentanspruch: relationsfunktion Φ_α,_υ, durch Aufsuchen der dem Maximum zugeordneten Nullstelle der abgeleiteten Korrela-

   Adaptives Filter zur Überprüfung von Korrela- tionsfunktion (bzgL der auf ! Bit quantisierten Signale

   tionskoeffizienten eines die Relativgeschwindigkeit 5 sgn m (t) und sgn u₂ (t)) Φ_{ίρι u}, _sgn«. bei r = Γ bestimmt

   eines Objektes messenden Korrektors, bei welchem (vgL Meßtechnik, Juli 1971. S. 152 ff. »Geschwmdigkeits-

   zwei auf 1-Bit quantisierte Signale mittels eines messung mit Korrelatior.sverfahren«, F. Mesch. H.— H.

   Schieberegisters mit der Taktfrequenz /um eine der Deucher und R. Fritsche, Karlsruhe).

   Relativgeschwindigkeit proportionale Modellaufzeit Maßgebend für das Verhaken des Regelkreises ist bei

   gegeneinander verzögert werden, dadurch ge- ίο der Polaritätskorrelation die Funktion

   kennzeichnet, daß ein Zähler (Z\\ der eine _r

   Zählerkapazität N hat, Signalkoinzidenzen der zwei j r

   quantisierten Signale fa, S₂) in NTaktschritten inner- A₁₂ = lim —, J X\₂(t, τ) dt

   halb einer Meßzek Mzählt, die gleich dem Quotien- »"— ¹ ₀ ten aus der Zählerkapazität N und der Taktfrequenz 15

   fist. mit