DE2600433C2 - Verfahren zur Messung der Frequenz und Periodendauer des Trägersignals nicht kohärenter Wellenpakete sowie Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

55

Das Hauptpatent hat zum Gegenstand ein Verfahren zur Messung der Frequen7 und Psriodendaiier Ae* Trägersignals nicht kohärenter, elektrischer Wellenpakete, bei dem mitteis eines Periodendauerzählers die Dauer jeder einzelnen Periode ausgezählt und der jeweils erhaltene neue Meßwert mit einem vorher ermittelten Wert durch eine Vergleichsiogik 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 Meßwertes durch ein von der Vergleichslogik abgegebenes Signal über eine Steuerlogik gesperrt wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß 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, η.Δ daß das Ausgangssignal, das der gesuchten Frequenz entspricht, durch einen Reziprokwertbildner gewonnen wird, der den Kehrwert des neuen Mittelwertes bildet.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung dieses Verfahrens.

Damit die Auswertung nach dem Verfahren gemäß Hauptpatent realisiert werden kann, muß zu Beginn ein Mittelwert vorgegeben werden. Dies ist problematisch, da z. B. in der Radartechnik, zu Beginn einer Auswertung keine unmittelbar vorhergehenden Meßwerte vorliegen, die gemittelt werden könnten. Als Initialwert könnte natürlich auch ein Meßwert von einer klassischen Geschwindigkeitsmeßeinrichtung verwendet werden, doch isf eine solche Lösung offensichtlich nicht ganz befriedigend. Diese Maßnahme könnte eher für eine zusätzliche Überwachung des Radarwertes dienen.

Außerdem kann es in diesem Anwendungsfall bei starken Beschleunigungen, also starken Frequenzänderungen und bei greichzeitig wenigen Welienpaketen pro Zeiteinheit vorkommen, daß die Dopplerperiode vom gespeicherten Mittelwert stark abweicht. Neue Meßwerte werden dann — obv/ohl sie eigentlich für die Verarbeitung geeignet wären — von der Auswerteelektronik nicht akzeptiert, und der gespeicherte Mittelwert würde prinzipiell beliebig lange auf dem falschen Wert stehen bleiben.

Aus der im Hauptpatent zitierten Druckschrift GB-PS 12 83 809 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein zusätzlicher Zähler verwendet wird, der bei Meßwerten, die nicht im vorgegebenen Toleranzbereich üe^en, schrittweise abwärts zählt und bei Erreichen eines einstellbaren Mindeststands über eine Logik den vorgegebenen Toleranzbereich über eine gewisse Zeit hinweg erweitert

Mit der zeitweisen Erweiterung des Toleranzbereichs können zwar gewisse Fälle von Meßwertabweichungen zusätzlich erfaßt v/erden, jedoch ist wegen der damit verbundenen Vorgabe eines festen Wertes für den erweiterten Toleranzbereich nach wie vor nicht gewährleistet daß in jedem Fall eine Korrektur des

j mnp Iniiiajic:f>rijncj cfatlffn/?Af

Dr.rüber hinaus ergeben sich Probleme bei der Anwendung dieses Verfahrens auf einen mit einer Mehrzahl von Meßwerten gefüllten Speicher

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Mängel zu beseitigen und ein Verfahren zu schaffen, das im Zusammenwirken mit dem dem Hauptpatent zugrundeliegenden Auswerteverfahren in jedem Fall die folgenden Maßnahmen ermöglicht:

1. Detektion, ob der gespeicherte Mittelwert noch den tätsächlichen Verhältnissen entspricht,

26 OO

Z Auffindung eines neuen Mittelwertes,
3. Initialisierung des Systems (Auffinden eines Startwertes) unter Ausnützung des Verhältnisses zwischen den vom System angenommenen (»guten«) und den vom System wegen zu starker Abweichung vom Mittelwert nicht akzeptierten (»schlechten«) Periodendauern.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Merkmale aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Es sei noch bemerkt, daß der Anteil an nicht akzeptierten (»schlechten«) Periodendauermessungen normalerweise eine Größe ist, die von verschiedenen Parametern wie Art und Größe der Reaktoren, Antennencharakteristik, Frequenz, Schweii«--, t des Detektors, Störsignale etc. abhängt Im allgemeinen kann man jedoch trotzdem die Größenordnung des Anteils der »schlechten« Periode -. -"uiern angeben. Steigt bei eir.er bestimmten Mes"ui«g der Anteil der iu »schlechten« Perioden über e.-^n vorgegebenen Prozentsatz an, so wird dieser Sachvei halt gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren als »Mittelwert zu sta.k abweichend« interpretiert. Dadurch wird ein lniti"Iisierungsprozeß eingeleitet. Dieser Prozeß (s.o.) besteht darin, daß der letzte von der Periodenmeßeinrichtung gemessene Wert als neuer, provisorischer Mittelwert genommen wird. Mit recht großer Wahrscheinlichkeit weicht nämlich der so bestimmte Wert nur wenig vom gesuchten Mittelwert ab, wie aus folgender Abschätzung ersichtlich wird:

Bei einer bestimmten Messung sei /ein den Anteil an »schlechten« Periodendauern angebender Dezimalbruch. Die Wahrscheinlichkeit, bei der ersten Initialisierung auf einen »guten« Wert zu stoßen, also auf einen J5 Wert, der nahe beim gesuchten Mittelwert liegt, beträgt 1 — f. Falls ein »schlechter« Initialweri erhalten wurde, wird ein neuer Versuch unternommen. Die Wahrscheinlichkeit, bei zwei Versuchen auf einen guten Wert zu stoßen, ist P = 1 — f². Allgemein wird bei π Versuchen die Wahrscheinlichkeit, auf einen »guten« Wert zu treffen P(n, f) = 1 — f". Numerisch liegt /"bei etwa 0.1 bis 0.2. Nimmt man im schlechtesten Fall an, daß der Anteil an »schlechten« Werten / = 0.2 betrage, so wird die Wahrscheinlichkeit, beim ersten Versuch auf einen guten Wert 711 stoßet- PIXO3.) = OS, bei zwei Versuchen F(2,02) = 0.96. bei drei Versuchen P(3.02) = 0.99?, bei vier Versuchen P'4.0.2) = 0.998 usw. Wie sofort ersichtlich wird, genügen relativ wenige Versuche, um zu einem »gutem. lr<itiaiwert zu kommen. >o

Die Erfindung sei jetzt anhand der Figur näher erläutert. Die ausgezogener: Blöcke entsprechen — auch mit ihren Bezugszeichen — der Fig.2 gemäß Hauptpatent. Die gestrichelt gezeichneten Blöcke und Verbindungen stellen die zusätzlich vorgeschlagenen Maßnahmen dar: 7 ist der Schlechtwertzähler mit dem Tähleinpanp ZF. dem Startsignalauseane StI für dip Initialisierung und dem Rückstelleingang RS. Ferner ist 1W die Leitung, über welche das im Periodendauerzähler I codierte Eingangssignal direkt, unter Umgehung der Vergleichslogik 2. auf den Speicher 3 gelangt.

Der normale Abiauf der Period°nmessung gemäß dem Hauptpatent sei noch einmal rekapituliert. Das Eingangssignal ESgelangt auf den Periodenzähler l.der während der Dauer einer Periode ihm zugeführte Taktimpulse CEabzählt und die entsprechende codierte Information PD an ein<in Eingang der Vergleichslogik 2 zuführt Zwecks Synchronisierung des Vergleichsvorgangs empfangt die Vergleichslogik 2 überdies noch direkt das Eingangssignal ES Zum Vergleich wird der Einheit 2 der Mittelwert M aus den letzten, von der Vergleichslogik akzeptierten Periodendauer-Meßwerten zugeführt 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 kleiner oder größer ist als ein vorgegebener Prozentsatz von yv/(s. o.).

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 Vergleichsiogik an die Steuerlogik 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 Speichereingang anstehende akzeptierte Wert GW in den Speicher eingelesen, und gleichzeitig wird der ättebte Meßwert im Speicher gelöscht so daß stets dt., dbe Anzahl Meßwerte eingespeichert ist.

Der geänderte Speicherinhalt Spi gelangt zum Mittelwertbildner 4, der infolge eines von der Steuerlogik 5 abgegebenen weiteren Befehls BM den neuen Mitte·: wert M 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 Frequsnzwert ermittelt

Die beschriebene Periodendauer-Auswertung nach dem Hauptpatem setzt das Vorhandensein von älteren Meßwerten im Speicher 3 voraus, aus denen die Einheit 4 den Mittelwert bildet; mit diesem werden die neu eingehenden Periodendauer-Codekombinationen verglichen, und falls ein »guter« Wert auftritt wird dieser Wert eingespeichert, so daß der Speicherinhalt und somit im allgemeinen auch der Mittelwert geändert wird. Zu Beginn der genannten Auswerteprozedur existieren aber keine älteren Meßwerte; im Speicher 3 stehen »zufällige« Werte von früheren Messungen, oder es wird in alle Speicherplätze versuchsweise ein gewisser codierter Wert eingegeben, der am Ausgang des Mittelwertbildners 4 wieder denselben Wert bewirkt und von dem man annimmt daß er vom zu erwartenden Mittelwert nicht zu stark abweicht. In beiden Fällen besteht aber eine erhebliche Wahrscheinlichkeit, daß die bei An'aufen der Auswertung in der Verglpichslogik geprüften Periodendauer-Meßwerte vor. dein fiktiven »Mittelwer,« so stark abweichen, daß sämtliche Werte als »schlecht« klassiert werdf.n, obwohl sie bei Vergleich mit ihrem tatsächlichen Mitte'wprt durchaus für »gut« befunden werden könnten. In diesem Fall bleibt der falsche Mittelwert beliebig lange gespeichert.

Eine ähnliche Situation (s. o.) ergibt sich bei starken Beschleunigungen bzw. Verzögerungen und wenigen Wellcnpaketcn je Zeiteinheit' Hier kann durch starke '. Änderungen der Periodendauer der letzte gespeicherte Mittelwert in kürzester Zeit »überholt« sein, ohne daß ein neuer Mittelwe~t durch Einspeicherung von sukzessive sich ändernden Meßwerten gebildet werden konnte. Auch hier werden neue Meßwerte — obwohl

für die Verarbeitung eigentlich durchaus brauchbar — als »schlecht« eingestuft und würden zu einer Korrektur des falschen Mittelwertes nichts beilragen,'

Die in der Figur gestrichelt gezeichneten Einheiten und Verbindungen erlauben eine wirfcsamc Verhinderung solcher Falschmcssüngen und eine auch unter den ungünstigsten Bedingungen funktionsfähige Initialisierung. Das Eingangssignal ES gelangt zugleich auch auf den Zähleingarig ZEdes Schlechtwcrtzählcrs 7> welcher die gleichsinnigen Nulldurchgänge zählt. Die Zählung geht aber nur vor sich, solange die Vergleichslogik 2 »schlechte« Werte delektiert, dazu ist die zur Steuerlogik 5 führende Ausgangsleitung GWA der Vergleichslogik 2. die pur bei »gutem« Meßwert ein Signal liefert, auch mit dem Rückstelleingang RS des !5 Zählers 7 verbunden, so daß dieser bei Auftreten eines »guten« Wertes unmittelbar auf Null zurückgestellt wird, bei einer Folge von »schlechte.i«. Werten jedoch weiterzahlt. Der Zähler 7 ist derart voreinstellbar, daß er bei einem bestimmten vorgegebenen Zählstand (z. B. 32) an seinem Ausgang StI ein Signal abgibt, das auf einen weiteren Eingang der Steueriogik 5 geführt ist Eine ununterbrochene Folge einer größeren Anzahl etwa 32 - »schlechter« Werte ist nun ein starkes Indiz dafür, daß der gespeicherte Mittelwert vom Mittelwert der tatsächlich eingehenden Signalperioden unzulässig abweicht. Deshalb veranlaßt der Zähler 7 bei Erreichen des voreingestellten Zählstandes über die Ausgangsleitung Sü die Steueriogik 5 zur Ausführung folgender Operation: jo

Der Ausgang des Periodendauer-Zählers 1 wird für die Dauer der nächstfolgenden Periode des Eingangssignals mit der (gestrichelt gezeichneten) Leitung IW und somit direkt — unter Umgehung der Vergleichslogik — mit dem Einleseeingang des Speichers 3 verbunden. Der nächstfolgende codierte Periodendauer-Meßwert wird also direkt in den ersten Speicherplatz eingelesen, wobei (s. o.) die älteste Information, also die Information im letzten Speicherplatz, gelöscht wird. Dies kann nun so vor sich gehen, daß der Speicher 3 4a nach Art eines Schieberegisters ausgebildet ist. in welchem die Information im Schiebetakt von einem Speicherplatz zum jeweils nächsten verschoben wird, so daß beim Einlesen einer neuen Information in den ersten Speicherplatz die im letzten Speicherplatz stehende älteste Information im gleichen Schiebetakt aus dem Speicher hinausgeschoben wird und verschwindet.

Zur Initialisierung bzw. Auffindung eines provisorischen Mittelwertes soll nun die Auffüllung sämtlicher so Speicherplätze des Speichers 3 sehr rasch vor sich gehen, und zw<- bis zu Beginn der nächsten Eingangssignalpericle, in welchem Zeitpunkt (s.o.) die direkte Verbindung IW zum Speicher unterbrochen wird. Die Steueriogik 5 muß daher neben dem Speidierbefehl BS, der die Einspeicherung überhaupt zuläßt, noch einen sehr schnellen Schiebetakt erzeugen, der das Einspeichern des anstehenden Meßwertes in den ersten Speicherplatz und sein Durchschieben bis zum letzten Speicherplatz bewirkt. Da am Eingang stets unverändert derselbe Meßwert ansteht, ist der Speicher 3 am Ende der schnellen Takfimpülsfolge mit lauter untereinander gleichen Informationen gefüllt, die mit dem Eingangsmeßwert übereinstimmen und deren durch den Miftclwertbifdner 4 normal gebildeter Mittelwert naturgemäß wiederum diesem Wert entspricht.

Bei der nun zur Verarbeitung anstehenden nächsten Periodendauer, bei der die Vergleichslogik 2 wieder in Betrieb ist. dient der zuletzt gewonnene und der let/'en Pcnodendauer entsprechende Wert als »provisorischer Mittelwert«, welcher wie ein tatsächlicher Mittelwert der Vergleichslogik 2 sowie dem Reziprokweribildner 6 zugeführt wird. Es besteht nun (s. o.) eine ziemlich gute Wahrscheinlichkeif dafür, daß der provisorische Mittelwert vom tatsächlich* nicht allzusehr abweicht In diesem Fall wird nach einigen Auswertungen und Speicherung von »guten« Werten eine Übereinstimmung gespeichertem und tatsächlichem Mittelwert erzielt sein. Weicht dagegen der provisorische Mittelwert vom tatsächlichen erheblich ab. so wird der nächstfolgende Meßwert mit hoher Wahrscheinlichkeit als »schlecht« eingestuft. Um diesen Fall zu erfassen und den Initialisierungsprozeß zu Ende zu führen, können grundsätzlich verschiedene Betriebsarten des Zählers 7 vorgesehen werden. Fr kann bei seinem Endstand — z. B. 32 — ein Oberiaufsignal abgeben, das einmal über die Leitung StI die Steueriogik 5 betätigt und zum anderen den Zähler 7 auf NuIi zvjrückstellL Dann wird die Prozedur mit dem Zählen der »Schlechtwerte« von neuem begonnen und so lange wiederholt, bis der provisorische Mittelwert dem tatsächlichen genügend nahe kommt Dies wird (s.o.) in relativ kurzer Zeit erreicht sein. Alternativ kann man den Zähler 7 aber auch so ausbildea daß er beim Erreichen eines vorgegebenen Zählstandes so lange stehen bleibt, bis die Vergleichslogik 2 über die Leitung CWA einen »guten« Meßwert meldet In diesem Fall wird bei »schlechtem« provisorischen Mittelwert durch das auf der Leitung SlI immer noch anstehende Steuersignal die Steuerlogik 5 veranlaßt, sofort wieder auf die Direktverbindung IW zum Speicher 3 umzuschalten, damit ein neuer provisorischer Mittelwert gebildet werden kann. Natürlich muß hier während der Perioden, in denen der Vergleich mit dem provisorischen Mittelwert erfolgt das 5i/-SignaI gesperrt werden, was durch logische Schaltmittel leicht zu erzielen ist

Das vorgeschlagene Meßsystem hat somit den Vorteil, daß es sich selbst auf Fehlmessung überwachen kann. Außerdem kann es ohne Hilfe von außen einen Initialwert auffinden, der die weitere Auswertung ermöglicht

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: 26 OO

1. Verfahren zur Messung der Frequenz und Periodendauer des Trägersignals nicht kohärenter, elektrischer Wellenpakete gemäß dem Anspruch 1 des Hauptpatents DE-PS 25 57 906, wobei zusätzlich ein Zähler vorgesehen ist, der im Takt des zu messenden "Yägersignals bei jedem nicht akzeptierten Meßwert weiterzählt und bei Erreichen eines bestimmten, vorgegebenen Zählstands ein Schaltsignalauslöst, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verhinderung von Falschmessungen und Erzielung einer Initialisierung mittels des Zählers (7) die Anzahl Nulldurchgänge des Eingangssignals gezählt wird, daß der Zähler (7) bei jedem um weniger als den vorgegebenen Prozentsatz vom letzten Mittelwert abweichenden und als »gut« bezeichneten Meßwert auf Null zurückgestellt wird, daß der Zähler (7) bei Erreichen des vorgegebenen £>alU3UlUU3 UUlCl UUIgClIUUg UCl V ClglCtCliaiUglPi \L·) mittels eines Befehisignals (ΞΉ) die direkte Auffüllung des Speichers (3) veranlaßt, so daß in jedem Speicherplsiz derselbe letzte Wert eingespeichert ist, daß mittels der normalen Arithmetik des Mittelwertbildners (4) die letzte Periodendauer als »provisorischer Mittelwert« errechnet wird, und daß dieser Wert bei der nächsten Auswerteoperation an die Stelle des normal gebildeten Mittelwertes tritt, so daß bei Initialisierung mit ehiem »guten« Wert die normale Auswerteprozednr rasch zu einem gültigen Mittelwert führt, während bei Initialisierung mit einem nicht akzeptierten, »schiechten« Wert die Selbstübei »vachung mit dem Zähler (7) bald zu einem neuen Initialisierungsvorgang führt.

2. Verfahren nach Ansprut.,! i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlechtwe tzähler (7) bei seinem Endstand ein Oberlaufsignal ai-gibt, das einerseits über die Ausgangsleitung (Sti) die Steuerlogik (5) beeätigt und andererseits den Schlechtwertzähler (7) auf Null zurückstellt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (7) bei Erreichen eines vorgegebenen Zählstandes so lang stehenbleibt, bis er durch einen »guten« Meßwert auf Null zurückgestellt wird, so daß bei Auffindung eines ungeeigneten provisorischen Mittelwertes unmittelbar darauf ein neuer provisorischer Mittelwert errechnet wird.

4. Anwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 zur Messung der Frequenz von nicht kohärenten Wellenpaketen in einer Dopplergeschwindigkeitsmeßeinrichtung.