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Verfahren zur Ermittlung der größten Ähnlichkeit und der Verschiebezeit
bis zum Auftreten der größten Ähnlichkeit zwischen in zwei parallelgeschaltete Schieberegister
über Eingabemittel eingeschriebene Datenwörter sowie eine Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der größten Ähnlichkeit
und der Verschiebezeit bis zum Auftreten der größten Ahnlicllkeit zwischen in zwei
parallel geschaltete Schieberegister über Eingabemittel eingeschriebene Datenwörter
sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Aus der "IJachrichtentechnischen Zeitschrift" 1971, Heft 9, Seite
449 ff ist ein digitales, programmierbares angepaßtes Filter bekannt, welches die
Aufgabe hat, ein bestimmtes Signal innerhalb eines vorhandenen Rauschsignals zu
erkennen.
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Zu diesem Zweck wird das zu erkennende Signal und das verrauschte
Signal in je ein Schieberegister gleicher Länge eingeschrieben. In einer Vergleichssummierlogik
werden die jeweils gegenüberliegenden Registerstellen miteinander verglichen, so
daß am Ausgang der Vergleichssummierlogik ein Signal abenhmbar ist, dessen Größe
von der Anzahl der festgestellten Übereinstimmungen abhängig ist.
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Aus der DT-AS 22 17 392 ist ein Detektor zum Erkennen eines bestimmten
Wortes innerhalb einer Bits bestimmter Länge enthaltenen Signalfolge bekannt, bei
dem das zu erkennende Signal in ein erstes Schieberegister eingeschrieben wird und
mit dem Inhalt eines Datenspeichers verglichen wird. Den Ausgang dieser Anordnung
bildet ein einem Verknüpfungsglied nachgeschalteter Zähler, welcher die Übereinstimmungen
zwischen Schieberegisterinhalt und dem gespeicherten Wort feststellt und bei Erreichen
eines vorgegebenen Übereinstimmungsgrades ein entsprechendes Signal abgibt. Das
Einschreiben des zu erkennenden ortes in das Schieberegister wird von nichtsynchronisierten
Taktimpulsen eines Taktgenerators in der Weise gesteuert, daß durch mehrfaches Abtasten
innerhalb der Zeitdauer eines Bits auf eine Synchronisation zwischen der Signalfolge
und dem Detektor-Arbeitstakt verzichtet werden kann Aus dieser Auslegeschrift ist
auch bekannt, Datenspeicher und Schieberegister so auszulegen, daß beide eine übereinstimmende
Anzahl von Registerstellen aufweisen, beide Schieberegister zu einem Kreis zu schalten
und ihren Inhalt zwischen zwei ersten Taktimpulsen wenigstens einmal vollständig
im Kreise herumzuschieben.
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Die Schaltungsanordnungen der genannten Art haben den Nachteil, daß
der schaltungstechnische Aufwand sehr groß ist.
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SO muß Z@@@ bei der zuerst genannten Schalturgsanordnung für jede
Pegisterstelle eine e@klusive Vergleichsschaltung eingerichtet werden In vielen
Anwendungsfällen ist es jedoch notwendig, Schieberegister mit tausend und mehr Registerstellen
#u benutzen, so daß der daflir erforderliche Schaltungsaufwand unvertretbar groß
wird 13ei den bekannten Schaltungsanordnungen ist vor allem das Wauptproblem nur
unbefriedigend gelöst, welches darin besteht, daß für den Bit-Vergleich zumindest
der Anfang eines u erkennenden Signals eindeutig festgestellt werden muß Für die
erstgenannte Schaltung wird vorgeschlagen, dieses Problem dadurch zu lösen, daß
der Inhalt des das verrauschte Signal enthaltenden S-hieberegisters über dem Inhalt
des das zu erkennende Signal enthaltendeaScilieberegisters verschoben wird In der
zweiten Schaltungsanordnung wird vorgeschlagen, durch mehrfaches Abtasten eines
Bits des zu erkennenden Signals innerhalb der Zeitdauer dieses Bits das Problem
der ynchronisation zu vermeiden. Schaltungsanordnungen der genannten Art können
das Vorhandensein eines zu erkennenden Signals jedoch nur mit einem relativ großen
Wahrscheinlichkeitsfehlcr behaftet angeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht,
mit einem minimalen Schaltungsaufwand und unter Vermeidung des aufwendigen Parallelvergleiclls
den Beginn bzw das Vorhandensein eines verrauschten Signals mit größtmöglicher Sicherheit
feststellen zu können Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
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weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprücllen
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Durch das Umlaufen der Schieberegisterinhalte nach Art eines Zahnradgetriebes
wird erreicht, daß sich die Datenwörter mit jedem Umlauf um eine Bitstelle zueinander
verschieben. Damit wird auf einfachste Art und Weise erreicht, daß nach einer Anzahl
von Umläufen der Datenwörter diese parallel übereinanderstehen. Dieses Verfahren
hat vor allem den Vorteil, daß es einen seriellen Vergleich der einzelnen Registerstellen
erlaubt, ohne daß die gewünschte Registerlänge Einfluß auf den schaltungstechnischen
Aufwand gewinnen könnte.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezug auf die Figuren beschrieben.
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Es zeigen: Fig 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein erstes Beispiel für die Schaltung der Schieberegister zur Erzielung des
Zahnradeffektes; Fig 3 ein zweites Beispiel zur Erzielung des Zahnradeffektes; Fig
4a den Verlauf von Korrelationsfunktionen bei Variabis 4f tion des Eingangssignalstörabstandes;
Fig 5 ein Beispiel für die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung als Peiler
von zwei Rauschquellen; Fig G die zugehörige Korrelationsfunktion.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung arbeitet als digitaler Korrelator
Zwei Zeitfunktionen 51(thnd SCE)werden in den Eingabemitteln 20, 21 digitalisiert.
Dazu werden zunächst die einzugebenden Signale in bekannter Weise vorverstärkt und
hart begrenzt Während bei der Analogdigitalisierung versucht wird, das analoge Signal
genügend fein zu quantisieren, so daß möglichst keine Information verloren geht,
wird
im Ausführungsbeispiel nur anhand der vorliegenden Polarität der Funktionen digitalisiert
Die so entstandene Binärfolge enthält keinerlei Information über die Amplitude des
Eingangssignals, sondern ledIglich Informationen über das Vorzeichen des Signals.
Die Binärfolgen werden mit einer Tastfrequenz von der Taktzentrale 10 abgetastet
und in getrennte Schieberegister 11, 12 eingeschrieben Die Schieberegister haben
eine Länge von x bzw x + 1 Bits Die Länge der Schieberegister ist abhängig von der
gewählten Tastfrequens und einer vorgegebenen Meßzeitdauer Wenn mindestens eines
der Schieberegister 11,12 voll geschrieben ist, beginnt der Vergleich der Datenwörter
iticrzu werden die Eingänge 15'16 der Schieberegister 11,12 über ein Signal von
der Taitzentrale 10 von den Hartbegrenzern 20,21 getrennt und 17,18 über-elektronische
Schalter 13,14 mit ihren Ausgängen/ver bundes Die Taktzentrale 10 gibt nun Taktsignale
ab, so daß der Inhalt der Schieberegister im Kreis umläuft Da ein Schieberegister
um ein Bit länger ist - im Ausführungsbeispiel das Schieberegister 12 - als das
andere Schieberegister, läuft dessen Inhalt langsamer um, so daß erst nach (x +
1) Urlldufen die Anfangsstellung der Sinärfolgen zueinander wieder erreicht ist
Eine Analogie hierzu bilden zwei ineinander greifende Zahnräder wobei ein Zahnrad
einen Zahn mehr aufweist als das andere0 Verknüpft man die beiden Ausgänge der Schieberegister
11,12 in einem elektronischen Vergleicher 30 beispielsweise einem Ex-NOR-Glied,
so erhält man bei Übereinstimmung der beiden Ausgangssignale den logischen Pegel
1 In einem nachgeschalteten Zähler 31 werden die Übereinstimmungen pro Umlauf gezählt
Ein Signal aus der Taktzentrale 10 setzt den Zähler 31 nach jedem Umlauf wieder
in seine Ausgangsposition In einem Auswerter 32 werden die vom Zähler 31 festgestellten
Übereinstimmungen pro Umlauf festgehalten und miteinander verglichen, so daß am
Ausgang ein Signal abgenommen werden
kann, welches die maximal
aufgetretene Übereinstimmung anzeigt. Gleichzeitig wird von der Taktzentrale 10
ein der laufenden Nummer des jeweiligen Umlaufes entsprechendes Signal an den Auswerter
32 abgegeben, so daß es möglich wird, festzustellen, bei welchem Umlauf die maximale
Übereinstimmung aufgetreten ist.
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Gemäß Fig. 2 besteht das Schieberegister 40 aus a + 2b + 1 Bits, während
das Schieberegister 41 aus a + 2b Bits besteht.
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Mit a ist die nur von der Tastfrequenz und Meßzeitdauer abhängige
Länge des Schieberegisters bezeichnet; mit b ist die Länge der Schieberegister bezeichnet,
die zusätzlich nötig ist, um mögliche Laufzeitunterschiede zwischen zwei Signalen
aufnehmen zu können. Beim Zusammenschluß der Schieberegisterausgänge 43,44 mit ihren
Eingängen 45,46 zu Beginn des Vergleichszyklus stehen sich nach (a + b)-Vergleichsschritten
Bits aus der Gegenwart und Bits aus der Vergangenheit gegenüber. Dies bewirkt, daß
nach dem (a + b)-ten Vergleich die Übereinstimmungen nur noch stochastisch sind,
woraus sich ergibt, daß ein Fehler bei der Berechnung der Korrelationswerte gemacht
wird. Wählt man die Länge b nicht größer als 1/10 a, so kann der Fehler jedoch vernachlässigt
werden.
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In.der Fig 3 ist eine Schaltung angegeben, die diesen Fehler nicht
hat und mithin für beliebig lange Verzögerungszeiten ausgelegt werden kann. Dabei
bleibt das Grundprinzip des Zahnradeffektes bestehen. Die Länge des Schieberegisters
50 wird auf a + 1 Registerstellen begrenzt und der Schiebetakt für das obere Schieberegister
nach a-Takten unterbrochen0 Das Schieberegister 51 weist a + 2b Registerstellen
auf.
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Die Taktzentrale 52 gibt an das Register 50 a Takte ab und an das
Register 51 a + 2b Takte. Die Verschiebung um ein Bit nach jedem Umlauf geschieht
durch das Zusatzbit am oberen Schieberegister. Die Ausgänge der Schieberegister
50, 51 werden wiederum, wie bereits beschrieben,
in einem e ilusiven
:IOR-Glied E2 miteinander verbunden In den Figuren 4a bis 4f ist der Verlauf der
Korrelationsfunktion am Ausgang des Auswerters 32 bei verschiedenen Eingangssignalsturabstunden
der Funktionen Sd (t) und So (tl dargestellt. Auf der Ordinate ist der Übereinstimmungsgrad
der beiden Funktionen (U) aufgetragen, während auf der Abzisse die Umlaufzahl (n)
aufgetragen ist Wie aus den Figuren hervorgeht, ist selbst bei einem Eingangssignalstörabstand
von -15 Dezibel noch eine Aussage über den Übereinstimmungsgrad bzw Zeit bis zum
Auftreten des höchsten Übereinstimmungsgrades zwischen den Funktionen (t) und So
(t) möglich.
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Fig 5 zeigt als Anwendungsbeispiel den Einsatz der erfindungsgemäßen
Einrichtung zur gleichzeitigen Peilung von zwei Rauschquellen. Zwei örtlich getrennte
Lautsprecher 62,63 werden von getrennten Rauschquellen G0,L1 gespeist Zwei Hikrofone
64,65 sind mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 66 verbunden. Die in Fig 6 dargestellte
Aufzeichnung der Korrelationsfunktion am Ausgang der Schaltung 66 zeigt eindeutig
zwei Korrelationsspitzen, die von den beiden Rauschquellen 62,63 herrühren Bei diesem
Schaltungsaufbau wird unter Ausnutzung der Laufzeitunterschiede der von den Lautsprechern
ausgehenden Schallwellen bis zum Erreichen der Hikrofone die Lagebestimmung der
Schallquelle durchgeführt Wie dem Fachmann ohne weiteres erkennbar ist, kann das
erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Einrichtung zur Durchflihrung des Verfahrens
vorteilhaft in all den Bereichen der iiachrichten-, Daten- und Meßtechnik angewendet
werden, wo es darum geht, digitalisierbare Informationen miteinander zu vergleichen
Patentansprüche:
L e e r s e i t e