DE2557906C2 - Method for measuring the frequencies and period duration of the carrier signal of non-coherent wave packets - Google Patents

Method for measuring the frequencies and period duration of the carrier signal of non-coherent wave packets

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DE2557906C2 DE19752557906 DE2557906A DE2557906C2 DE 2557906 C2 DE2557906 C2 DE 2557906C2 DE 19752557906 DE19752557906 DE 19752557906 DE 2557906 A DE2557906 A DE 2557906A DE 2557906 C2 DE2557906 C2 DE 2557906C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Frequenzen und Periodendauer von nicht kohärenten, elektrischen Wellenpaketen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Einrichtung zur Durchführung und eine Anwendung des Verfahrens.The invention relates to a method for measuring the frequencies and periods of non-coherent, electrical wave packets according to the preamble of claim 1, a device for implementation and an application of the method.

Bei kohärenten Wellen gehört die Methode der Reziprokwertbildung für ein oder mehrere aasgemessene Periodenintervalle seit längerem zum Stand der Technik. Daneben kann die Frequenz von kohärenten Wellen auch durch Auszählen der Anzahl Nulldurchgänge gemessen werden, die in ein bestimmtes Zeitintervall fallen.In the case of coherent waves, the method of forming reciprocal values belongs to one or more measured waves Period intervals have been state of the art for a long time. In addition, the frequency of coherent Waves can also be measured by counting the number of zero crossings that occur in a given time interval fall.

Im Falle von inkohärenten Wellenpaketen, wie sie z. B. bei Dopplergeschwindigkeitsmessungen auftreten, versagen beide Methoden bzw. sie sind nicht ohne weiteres anzuwenden. In der schweizerischen Patentschrift 5 21 590 wird zu dem Problem der Frequenzmessung bei inkohärenten Wellenpaketen eine Lösung angegeben, bei welcher mit einem von der Amplitude des zu messenden Signals abgeleiteten Zeitmarkensignal gearbeitet wird. Dieses gibt die Anzahl der in einem Meßintervall liegenden Perioden an, die einen bestimmten minimalen Amplitudenschwellwert überschritten haben. Der Quotient dieser Zahl, dividiert durch die Periodendauer, ergibt die gesuchte Frequenz.In the case of incoherent wave packets, as z. B. occur in Doppler velocity measurements, Both methods fail or they cannot be used without further ado. In the Swiss patent specification 5 21 590 provides a solution to the problem of frequency measurement in the case of incoherent wave packets indicated at which with a time stamp signal derived from the amplitude of the signal to be measured is being worked on. This indicates the number of periods lying in a measuring interval, which a certain have exceeded the minimum amplitude threshold. The quotient of that number divided by that Period, gives the frequency you are looking for.

Diese bekannte Lösung hat jedoch den Nachteil, daß die Signalamplitude bei sich überlappenden Wellenpaketen nicht unter den Schwellwert abzusinken braucht. Da die beiden Wellenpakete jedoch im allgemeinen nicht kohärent sind, d. h. die Phasenlage normalerweise etwas verschieden ist, entsteht bei der Lösung nach der schweizerischen Patentschrift ein Zeitfehler von der Größe der zeitlichen Phasenverschiebung. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ergibt sich bei der Betrachtung eines sehr langen Wellenpaketes, dessen Frequenz stetig zunimmt. Ein solches Signal kann bei einem beschleunigten Meßobjekt entstehen. Am Ende des Wellenpaketes wird das Auswertegerät die mittlere Frequenz des Wellenpaketes anzeigen, was naturgemäß nicht befriedigend ist; vielmehr müßte am Anfang ein niedrigerer Wert angezeigt werden und am Schluß ein höherer.However, this known solution has the disadvantage that the signal amplitude in the case of overlapping wave packets does not need to drop below the threshold value. Since the two wave packets, however, in general are not coherent, d. H. the phase position is usually slightly different, arises in the solution according to the Swiss patent specification a time error of the magnitude of the temporal phase shift. Another The disadvantage of this solution arises when considering a very long wave packet, its frequency steadily increasing. Such a signal can arise with an accelerated measurement object. At the end of Wave packet, the evaluation device will display the mean frequency of the wave packet, which of course is not satisfactory; rather, a lower value should be displayed at the beginning and a lower value at the end higher.

Weiterhin ist aus der Druckschrift GB-PS 12 83 809 ein Verfahren zur automatischen Messung der Intervalle zwischen sich regelmäßig wiederholenden impulsen bekannt, bei dem mittels eines Periodendauerzählers die zeitlichen Abstände zwischen dem ersten und zweitenFurthermore, from the publication GB-PS 12 83 809 a method for the automatic measurement of the intervals known between regularly repeating pulses, in which by means of a period counter the time intervals between the first and second

sowie dem zweiten und dritten einer Reihe von drei aufeinanderfolgenden Pulsen ausgemessen, abgespeichert und durch eine Vergleichslogik miteinander verglichen werden. Liegt die Differenz beider Impulsintervalle innerhalb eines vorgegebenen xoleranzbereichs, wird eines der Intervalle als Periodendauer der Impulsfolge gewertet. Wenn bei aufeinanderfolgenden Messungen der Toleranzbereich wiederholt überschritten wird, werden neue Messungen mit einem erweiterten Toleranzbereich durchgeführt.as well as the second and third of a series of three consecutive pulses are measured, stored and compared with one another by a comparison logic. If the difference between the two pulse intervals within a predetermined x oleranzbereichs, one of the intervals is regarded as the period of the pulse train. If the tolerance range is repeatedly exceeded in successive measurements, new measurements are carried out with an extended tolerance range.

Dieser Einzelvergleich ermöglicht zwar unter günstigen Bedingungen hinsichtlich der Impulsfolge die Bestimmung der momentanen Periodendauer auch bei sich ändernder Frequenz, reagiert jedoch äußerst empfindlich auf Störungen in der Impulsfolge.This individual comparison allows under favorable conditions with regard to the pulse train Determination of the instantaneous period even when the frequency changes, but reacts extremely sensitive to disturbances in the pulse train.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den bekannten Lösungen, die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Frequenzmessung zu erhöhen. Dies wird dadurch erreicht, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art der vorher ermittelte Wert von einem Mittelwertbildner als Mittelwert aus einer Anzahl von der Vergleichslogik durch Vergleich mit älteren Mittelwerten akzeptierter und in den Speicher eingespeicherter, früherer Meßwerte geliefert wird, daß beim Einlesen eines neuen Meßwertes in den Speicher der älteste im Speicher vorhandene Meßwert gelöscht wird, daß nach Einspeicherung eines neuen Meßwertes aus den im Speicher nunmehr vorhandenen Meßwerten mit Hilfe des Mittelwertbildners ein neuer, als Kriterium für die nächste zu messende Periodendauer dienender Mittelwert gebildet wird und daß das Ausgangssignal, das der gesuchten Frequenz entspricht, durch einen Reziprokwertbildner gewonnen wird, der den Kehrwert des neuen Mittelwertes bildet.The invention is now based on the problem of reliability, proceeding from the known solutions and to increase the accuracy of the frequency measurement. This is achieved in that at one Method of the type mentioned at the beginning of the previously determined value from an averaging as Mean value from a number accepted by the comparison logic by comparing with older mean values and earlier measured values stored in the memory are supplied that when a new one is read in Measured value in the memory the oldest measured value in the memory is deleted that after storage of a new measured value from the measured values now available in the memory with the aid of the Averaging a new mean value serving as a criterion for the next period to be measured is formed and that the output signal, which corresponds to the frequency sought, by a reciprocal value generator is obtained, which forms the reciprocal of the new mean value.

Somit wird eine Periode, deren Abweichung vom letzten Mittelwert eine bestimmte Grenze überschreitet und bei der im allgemeinen angenommen werden kann, daß sie zwischen zwei zu verschiedenen WellenpaketenThis creates a period whose deviation from the last mean value exceeds a certain limit and which can generally be assumed to be between two different wave packets

akzeptieren und einspeichern. Dasselbe gilt auch für BC, DE und EF. Die Zeit von C nach D hingegen weicht stark vom Mittelwert ab und wird dadurch von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen.accept and save. The same goes for BC, DE and EF. The time from C to D, on the other hand, deviates significantly from the mean value and is therefore excluded from further processing.

Der Reziprokwertbildner ist normalerweise mit dem Ausgang des Mittelwertbildners verbunden, alternativ kann er aber auch zwischen Periodendauermeßeinrichtung und Entscheidungslogik eingefügt werden, oder die Periodendauermeßeinrichtung liefert bereits selbst einen Reziprokwert. Der Mittelwert wird dann nicht, wie gezeichnet, im Zeitraum, sondern im Frequenzraum gebildetThe reciprocal is normally connected to the output of the averaging, alternatively but it can also be inserted between the period duration measuring device and the decision logic, or the Period duration measuring device itself already supplies a reciprocal value. The mean value is then not as drawn, formed in the period, but in the frequency space

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung, wie sie etwa zur Durchführung des vorgeschlagenenF i g. 2 shows a block diagram of a device such as that used for carrying out the proposed

'5 Verfahrens Verwendung finden kann. Das Eingangssignal ES gelangt auf den Periodenzähler 1, der während der Dauer einer Periode ihm zugeführte Taktimpulse CE abzählt und die entsprechende codierte Information PD an einen Eingang der Vergleichslogik 2 zuführt.'5 procedure can be used. The input signal ES reaches the period counter 1, which counts clock pulses CE supplied to it for the duration of a period and supplies the corresponding coded information PD to an input of the comparison logic 2.

Zwecks Synchronisierung des Vergleichsvorgangs empfängt die Vergleichslogik 2 überdies noch direkt das Eingangssignal ES. Zum Vergleich wird der Einheit 2 der Mittelwert Maus den !etzten, von der Vergleichslogik akzeptierten Periodendauer-Meßwerten zugeführt.For the purpose of synchronizing the comparison process, the comparison logic 2 also receives the input signal ES directly. For comparison, the mean value mouse of the last period duration measured values accepted by the comparison logic is fed to the unit 2.

Wie schon ausgeführt, entscheidet die Logik 2 darüber, ob der neue Wert PD akzeptiert und an den Speicher 3 weitergegeben oder aber als unbrauchbar unterdrückt wird. Dies hängt davon ab, ob die Abweichung des neuen Wertes vom Mittelwert M klein er oder größer ist a!s ein vorgegebener Prozentsatz von A/(s. o.).As already stated, the logic 2 decides whether the new value PD is accepted and passed on to the memory 3 or whether it is suppressed as unusable. This depends on whether the deviation of the new value from the mean value M is smaller or larger than a specified percentage of A / (see above).

Im Falle eines akzeptablen Wertes PD gibt die Vergleichslogik 2 diesen Wert zum Speicher 3 aus; die Einspeicherung und alle weiteren Operationen werden durch ein von der Vergleichslogik an die Steuerlogik 5In the case of an acceptable value PD , the comparison logic 2 outputs this value to the memory 3; the storage and all further operations are transferred from the comparison logic to the control logic 5

zugeführtes Signal GWA bewirkt. Dieses Signal, das natürlich nur bei Akzeptierung des neuen Meßwertes abgegeben wird, veranlaßt die Steuerlogik 5 zunächst zur Abgabe eines Einspeicherungsbefehls BS an den Speicher 3; somit wird der am Speichereingangsupplied signal GWA causes. This signal, which is of course only emitted when the new measured value is accepted, initially causes the control logic 5 to issue a storage command BS to the memory 3; thus the one at the storage entrance

gehörenden Nulldurchgängen gemessen wurde, in der "0 anstehende akzeptierte Wert GW in den Speichercorresponding zero crossings was measured in the "0 pending accepted value GW in the memory

Auswertung nicht berücksichtigt.Evaluation not taken into account.

Die Wirkungsweise soll anhand der Fig. 1 und 2 erklärt werden. In der oberen Hälfte des Diagramms von F i g. 1 ist der zeitliche Verlauf eines Signals aufgetragen (Signalamplitude als Funktion der Zeit t), während unten die interessierenden Nulldurchgänge mit ansteigenden Flanken mit den Buchstaben A ... F bezeichnet sind. Dieses Signal bestehe aus zwei sich überlappenden We'lenpaketen. Der ÜberlapDungsbereich sei im wesentlichen auf den Zeitabschnitt CD beschränkt.The mode of operation will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. In the upper half of the diagram of FIG. 1 shows the course of a signal over time (signal amplitude as a function of time t), while below the zero crossings of interest with rising edges are denoted by the letters A ... F. This signal consists of two overlapping wave packets. The overlap area is essentially limited to the time segment CD .

Gemäß der schweizerischen Patentschrift 5 21 590 würde die gesamte Zeitdauer von A bis F zur Frequenzmessung herangezogen, da im Überlappungsbereich der Signalpegel immer größer als der Schwellwert ist. Dieser Schwellwert ist in F i g. 1 durch die beiden Geraden Skenntlich gemacht. Erfindungsgemäß wird nun geprüft, wie stark die Periodendauer AB vom Mittel der gespeicherten Werte abweicht. Die Periode AB ist offensichtlich eine »normale« Periode, sie wird also nur wenig vom Mittelwert abweichen. Deshalb wird die Entscheidungslogik diesen WertAccording to Swiss patent specification 5 21 590, the entire time period from A to F would be used to measure the frequency, since the signal level in the overlap area is always greater than the threshold value. This threshold is shown in FIG. 1 made recognizable by the two straight lines S. According to the invention, it is now checked how much the period AB deviates from the mean of the stored values. The period AB is obviously a "normal" period, so it will deviate only slightly from the mean value. Therefore the decision logic gets this value

eingelesen, und gleichzeitig wird der älteste Meßwert im Speicher gelöscht, so daß stets dieselbe Anzahl eingespeichert ist.read in, and at the same time the oldest measured value in the memory is deleted, so that the number is always the same is stored.

Der geänderte Speicherinhalt Spi gelangt zum Mittelwertbildner 4, der infolge eines von der Steuerlogik 5 abgegebenen weiteren Befehls BM den neuen Mittelwert bildet. Dieser Mittelwert wird, wie ersichtlich, einmal der Vergleichslogik 2 zugeführt und steht für den Vergleich mit einem neuen Meßwert zur Verfügung; zum anderen gelangt der Mittelwert M auf den Reziprokwertbildner 6, welcher unter Einwirkung eines dritten von der Steuerlogik 5 abgegebenen Befehls BR den Reziprokwert A von M bildet, d. h. also den gesuchten Frequenzwert ermittelt.The changed memory content Spi arrives at the mean value generator 4, which forms the new mean value as a result of a further command BM issued by the control logic 5. As can be seen, this mean value is fed once to the comparison logic 2 and is available for comparison with a new measured value; on the other hand, the mean value M arrives at the reciprocal value generator 6, which forms the reciprocal value A of M under the action of a third command BR issued by the control logic 5, that is to say determines the frequency value sought.

Durch die Einführung eines neuen Auswahlkriteriums zusätzlich zu den bereits bekannten Amplitudenkriterien erlaubt es das vorgeschlagene Verfahren, genauere Meßwerte zu erhalten. Der Ausgang der Einrichtung liefert bereits während eines Wellenpaketes den neuesten Wert, es muß also nicht zuerst das Ende des Wellenpaketes abgewartet werden. Dieses Kriterium ist vor allem bei rasch veränderlichen Frequenzen wichtig.By introducing a new selection criterion in addition to the already known amplitude criteria allows the proposed method to obtain more accurate measured values. The exit of the facility delivers the latest value already during a wave packet, so it does not have to be the end of the first Wave packet are awaited. This criterion is particularly important with rapidly changing frequencies.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Messung der Frequenz und Periodendauer des Trägersignals nicht kohärenter, elektrischer Wellenpakete, bei dem mittels eines Periodendauerzählers die Dauer jeder einzelnen Periode ausgezählt und der jeweils erhaltene neue Meßwert mit einem vorher ermittelten Wert durch eine Vergleichslogik verglichen wird und bei einer unter einem bestimmten, vorgegebenen Prozentsatz bleibenden Abweichung des neuen Meßwertes vom vorher ermittelten Wert der neue Meßwert akzeptiert und in einen Speicher eingelesen wird, während bei Überschreitung des besagten vorgegebenen Prozentsatzes die Einspeicherung des neuen Meß-15 wertes durch ein von der Vergleichslogik abgegebenes Signal über eine Steuerlogik gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der '/orher ermittelte Wert von einem Miuelwertbildner (4) als Mittelwert aus einer Anzahl von der Vergleichslogik (2) durch Vergleich mit älteren Mittelwerten akzeptierter und in den Speicher (3) eingespeicherter, früherer Meßwerte geliefert wird, daß beim Einlesen eines neuen Meßwertes in den Speicher (3) der älteste im Speicher (3) vorhandene Meßwert gelöscht wird, daß nach Einspeicherung eines neuen Meßwertes aus den im Speicher (3) nunmehr vorhandenen Meßwerten mit Hilfe des Mittelwertbildners (4) ein neuer, als Kriterium für die nächste zu messende Periodendauer dienender Mittelwert gebildet wird, und daß das Ausgangssignal, das der gesuchten Frequenz entspricht, durch einen Reziprokwertbildner (6) gewonnen wird, der den Kehrwert des neuen Mittelwertes bildet.1. Procedure for measuring the frequency and period of the carrier signal not more coherent, electrical wave packets, in which the duration of each individual Period and the new measured value received with a previously determined value a comparison logic is compared and at a below a certain, predetermined percentage If the new measured value differs from the previously determined value, the new measured value is accepted and is read into a memory, while when said predetermined value is exceeded Percentage of the storage of the new measured value by one issued by the comparison logic Signal is blocked via a control logic, characterized in that the '/ before value determined by a value calculator (4) as Mean value from a number of the comparison logic (2) by comparison with older mean values accepted and earlier measured values stored in the memory (3) is delivered that at Reading a new measured value into the memory (3), the oldest measured value in the memory (3) it is deleted that after storing a new measured value from the memory (3) now existing measured values a new one as a criterion for the next one with the aid of the averaging device (4) to be measured period serving the mean value is formed, and that the output signal that the searched frequency corresponds, is obtained by a reciprocal value generator (6), the The reciprocal of the new mean. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Mittelwertbildners direkt auf den Reziprokwertbildner (6) geführt ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the output of the averaging unit is performed directly on the reciprocal value generator (6). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reziprokwertbildner (6) zwischen dem Periodendauer-Zähler (1) und der Vergleichslogik (2) eingefügt ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the reciprocal value generator (6) between the period counter (1) and the comparison logic (2) is inserted. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Periodendauer-Zähler (1) mit dem Reziprokwertbildner (6) in einer Einheit kombiniert ist.4. The method according to claim 1, characterized in that the period duration counter (1) with the Reciprocal generator (6) is combined in one unit. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Periodendauer-Zähler (1) an seinem Zähleingang (CE) Taktimpulse mit zur Größenordnung der zu messenden Frequenzen relativ hohen Frequenzen empfängt und an seinem Steuereingang (ES) das zu untersuchende Eingangssignal, derart, daß der Zähler (1) bei einem Nulldurchgang des Eingangssignals startet und die Taktimpulse während einer Periode, bis zum nächsten gleichsinnigen Nulldurchgang, zählt, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der erreichte Zählstand in codierter Form der Vergleichslogik (2) zugeführt ist, daß ein weiterer, der Synchronisierung dienender Eingang der Vergleichslogik (2) direkt mit der Eingangssignalleitung (ES) verbunden ist, daß ein dritter Eingang der Vergleichslogik (2) ferner mit dem Ausgang des Mittelwertbildners (4) verbunden ist, daß ein Ausgang der Vergleichslogik (2) mit dem Einleseeingang des Speichers (3) und ein zweiter Ausgang mit dem Eingang der Steuerlogik (5) verbunden ist, welche Steuerlogik über die Verbindungsleitung (CWA) aktiviert ist, falls die Vergleichslogik (2) den gerade geprüften Periodendauer-Meßwert akzeptiert, daß die Steuerlogik (5) mit je einem von drei Ausgängen mit jeweils dem Steuereingang des Speichers (3), des Mittelwertbildners (4) und des Reziprokwertbildners (6) verbunden ist und im aktivierten Zustand über die Verbindungsleitungen (BS, BM, BR) Steuerbefehle abgibt, welche das Einlesen eines akzeptierten Meßwertes in den Speicher (3), die Bildung des Mittelwertes des Speicherinhalts durch den Mittelwertbildner (4) sowie die Bildung des Kehrwertes des gebildeten Mittelwertes durch den Reziprokwertbildner (6) steuern.5. A device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the period counter (1) at its counting input (CE) receives clock pulses with relatively high frequencies for the order of magnitude of the frequencies to be measured and at its control input (ES) the to be examined Input signal such that the counter (1) starts at a zero crossing of the input signal and counts the clock pulses during a period until the next zero crossing in the same direction, further characterized in that the count reached is fed to the comparison logic (2) in coded form, that another input of the comparison logic (2) serving for synchronization is connected directly to the input signal line (ES) , that a third input of the comparison logic (2) is also connected to the output of the averaging unit (4), that an output of the comparison logic ( 2) with the read-in input of the memory (3) and a second output with the input of the control logic (5) ve Which control logic is activated via the connection line (CWA) , if the comparison logic (2) accepts the period duration measured value that has just been checked, that the control logic (5) each with one of three outputs, each with the control input of the memory (3), the mean value generator (4) and the reciprocal value generator (6) is connected and in the activated state via the connecting lines (BS, BM, BR) emits control commands, which read an accepted measured value into the memory (3), the formation of the mean value of the memory content control the mean value generator (4) and the formation of the reciprocal value of the mean value formed by the reciprocal value generator (6). 6. Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zur Messung der Frequenz des Trägersignals nicht kohärenter Wellenpakete in einer Dopp'ergeschwindigkeitsmeßeinrichtung. 6. Application of a method according to claim 1 for measuring the frequency of the carrier signal is not coherent wave packets in a double speed measuring device.
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