DE2629740B2 - Verfahren zur Ermittlung der größten Ähnlichkeit und der Verschiebezeit bis zum Auftreten der größten Ähnlichkeit zwischen zwei über Eingabemittel in zwei parallelgeschaltete Schieberegister eingeschriebenen binären Signalfolgen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der größten Ähnlichkeii und der Verschiebezeit bis zum Auftreten der größten Ähnlichkeit zwischen zwei über Eingabemittel in zwei parallelgeschaltete Schieberegister eingeschriebenen binären Signalfolgen sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der »Nachrichtentechnischen 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.

Zu diesem Zweck werden entsprechende Bitfolgen des zu erkennenden Signals und des verrauschten Signals in je ein Schieberegister gleicher Länge eingeschrieben. In einer Vergleichssummierlogik werden die jeweils gegenüberliegenden Registerstellen miteinander verglichen, so daß am Ausgang der Vergleichsnummierlogik ein Signal abnehmbar ist, dessen Größe von der Anzahl der festgestellten Übereinstimmungen abhängig ist

Aus der DE-AS 22 17 392 ist ein Detektor zum Erkennen eines bestimmten Wortes innerhalb einer eine bestimmte Anzahl Bits enthaltenen Signalfolge bekannt, bei dem dem zu erkennenden Signal entsprechende Bitfolgen in ein erstes Schieberegister eingeschrieben und mit dem Inhalt eines Datenspeichers verglichen werden. 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 Wortes 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.

Die Schaltungsanordnungen der genannten Art haben den Nachteil, daß der schaltungstechnische Aufwand sehr groß ist.

So muß z. B. bei der zuerst genannten Schaltungsan-Ordnung für jede Registerstelle eine exklusive Vergleichsschaltung eingerichtet werden. In vielen Anwendungsfällen ist es jedoch notwendig, Schieberegister mit tausend und mehr Registerstellen zu benutzen, so daß

der dafür erforderliche Schaltungsaufwand unvertretbar groß wird.

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen ist vor allem das Hauptproblem nur unbefriedigend gelöst, welches darin besteht, daß für den Bit-Vergleich zumindest der Anfang eines zu 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 Schieberegisters über dem Inhalt des das zu erkennende Signal enthaltenden Schieberegisters 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 Synchronisation zu vermeiden. Schaltungsanordnungen der genannten Art können das Vorhandensein eines zu erkennenden Signals jedoch nur mit einem relativ großen Wahrscheinlichkeitsfehler behaftet angeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, mit einem minimalen Schaltungsaufwand und unter Vermeidung des aufwendigen Parallelvergleichs 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.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch das Umlaufen der Schieberegistertnhalte nach Art iines Zahnradgetriebes wird erreicht, daß sich die binäi't Signalfolge mit jedem Umlauf um eine Bitstelle zueinander verschieben. Damit wird auf einfachste Art und Weise erreicht, daß nach einer Anzahl von Umläufen der binären Signalfolgen 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.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ein erstes Beispiel für die Schaltung der Schieberegister zur Erzielung des Zahnradeffektes;

F i g. 3 ein zweites Beispiel zur Erzielung des Zahnradeffektes;

F i g. 4a bis 4f den Verlauf von Korrelationsfunktionen bei Variation des Eingangssignalstörabstandes;

Fig.5 ein Beispiel für die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung als Peiler von zwei Rauschquellen;

F i g. 6 die zugehörige Korrelationsfunktion.

Die in der F i g. 1 dargestellte Schaltung arbeitet als digitaler Korrelator. Zwei Zeitfunktionen S\(t) und S₂(O werden in den Einschreibemitteln 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 •s eine Länge von χ bzw. χ + 1 Bits. Die Länge der Schieberegister ist abhängig von der gewählten Tastfrequenz und einer vorgegebenen Meßzeitdauer. Wenn mindestens eines der Schieberegister 11,12 voll geschrieben ist, beginnt der Vergleich der binären

Signalfolgen. Hierzu werden die Eingänge 17, 18 der Schieberegister 11, 12 über ein Signal von der Taktzentrale 10 von den Einschreibemitteln 20, 21 getrennt und über elektronische Schalter 13, 14 mit ihren Ausgängen 15,16 verbunden.

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) Umläufen die Anfangsstellung der Binärfolgen zueinander wieder erreicht ist. Eine Analogie hierzu bilden zwei ineinander greifende Zahnräder wobei ein Zahnrad einen Zahn mehr aufweist als das andere.

2^r, 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

j(i 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 festge-

)) halten 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 entspre-

4» chendes Signal an den Auswerter 32 abgegeben, so daß es möglich wird, festzustellen, bei welchem Umlauf die maximale Übereinstimmung aufgetreten ist.

Gemäß Fig.2 besteht das Schieberegister 40 aus a + 2b + \ Bits, während das Schieberegister 41 aus

■»·') a + 2b Bits besteht. 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

">ii 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,

Yy 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 ¹Ao a, so kann der Fehler jedoch vernachläs-

Wi sigt werden.

In der F i g. 3 ist eine Schaltung angegeben, die diesen Fehler nicht hat und mithin für beliebig lange VerTögerungszeiten ausgelegt werden kann. Dabei bleibt das Grundprinzip des Zahnradeffektes bestehen.

ho Die Länge des Schieberegisters 50 wird auf a + 1 Registerstellen begrenzt und der Schiebetakt für das obere Schieberegister nach a-Takten unterbrochen. Das Schieberegister 51 weist a + 2 b Registerstellen auf.

Die Taktzentrale 52 gibt an das Register 50 ? 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 exklusiven NOR-Glied 53 miteinander verbunden.

In den F i g. 4a bis 4f ist der Verlauf der Korrelationsfunktion am Ausgang des Auswerters 32 bei verschiedenen Eingangssignalstörabständen der Funktionen S\(t) ι ο und Sri(t) dargestellt Auf der Ordinate ist der Übereinstimmungsgrad der beiden Funktionen (U) aufgetragen, während auf der Abzisse die Umlaufzahl (/^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 S\(t)una Sh(t)möglich.

F i g. 5 zeigt als Anwendungsbeispiel den Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung zur gleichzeitigen Pei lung von zwei Rauschquellen. Zwei örtlich getrennte Lautsprecher 62, 63 werden von getrennten Rauschquellen 60,61 gespeist. Zwei Mikrofone 64,65 sind mil der erfindungsgemäßen Einrichtung 66 verbunden. Die in F i g. 6 dargestellte Aufzeichnung der Korrelationsfunktion am Ausgang der Schaltung 66 zeigt eindeutig zwei Korrelationsspitzen, die von den beiden Rauschquellen 60, 61 herrühren. Bei diesem Schaltungsaufbau wird unter Ausnutzung der Laufzeitunterschiede der von den Lautsprechern ausgehenden Schallwellen bis zum Erreichen der Mikrofone die Lagebestimmung der Schallquelle durchgeführt.

Wie dem Fachmann ohne weiteres erkennbar ist kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorteilhaft in all den Bereichen der Nachrichten-, Daten- und Meßtechnik angewendet werden, wo es darum geht digitalisierbare Informationen miteinander zu vergleichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Ermittlung der größten Ähnlichkeit und der Verschiebezeit bis zum Auftreten der größten Ähnlichkeit zwischen zwei über Eingabemittel in zwei parallel geschaltete Schieberegister eingeschriebenen binären Signalfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister nach Vollschreiben mindestens eines der Schieberegister von den Eingabemitteln getrennt und die Schieberegisterausgänge mit ihren Eingängen verbunden werden, daß danach die binären Signalfolgen gleichgetaktet in der Weise in Umlauf versetzt werden, daß nach Art eines Zahnradgetriebes mit zwei Rädern von um mindestens einen Zahn unterschiedlicher Zähnezahl eine binäre Signalfolge um mindestens ein Bit verzögert zur zu vergleichenden binären Signalfolge umläuft, daß die umlaufenden Bits der binären Signalfolgen seriell miteinander verglichen werden und die Anzahl der Bitstellen Übereinstimmungen pro Umlauf im Sinne der Feststellung der größten Ähnlichkeit der binären Signalfolgen untereinander gezählt wird, sowie daß die laufende Nummer jenes Umlaufes, bei dem sich die größte Zahl von Übereinstimmungen ergibt, als Maß für die Vecschiebezeit der binären Signalfolgen vom ersten Umlauf bi« zum Auftreten der größten Ähnlichkeit festgestellt wird.

   2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister (11,12) eine um einen Speicherplatz unterschiedliche Anzahl von Speicherplätzen aufweisen, daß eine Taktzentrale (10) eine der Anzahl der Speicherplätze des kürzeren Schieberegisters entsprechende Zahl von Einschreibimpulsen gleichgetaktet an die Schieberegister (11, 12) abgibt, daß nach Abgabe des letzten Einschreibimpulses elektronische Schalter (13,14) durch einen Steuerimpuls von der Taktzentrale (10) die Einschreibmittel (20, 21) von den Schieberegistern (U, 12) trennen und deren Ausgänge (15,16) mit ihren Eingängen (17,18) verbinden, daß danach durch die Taktzentrale (10) die Schieberegister (U, 12) gleichgetaktet ausgelesen werden, daß jedes ausgelesene Bit am Eingang (17, 18) des zugehörigen Schieberegisters (11, 12) wieder eingeschrieben wird und gleichzeitig einem elektronischen Vergleicher (30) zugeführt wird, daß der elektronische Vergleicher (30) bei Übereinstimmung zweier verglichener Bitstellen in den Registern (11 und 12) einen Zählimpuls an einen nach jedem Umlauf rückstellbaren Zähler (31) abgibt, daß der Zähler (31) bei jedem Umlauf der binären Signalfolgen in den Schieberegistern (II, 12) die Anzahl der Übereinstimmungen der Bitstellen aufsummiert und ein dieser Summe entsprechendes Signal an einen Auswerter (32) abgibt und daß gleichzeitig von der Taktzentrale (10) mit jedem neu beginnenden Umlauf der binären Signalfolgen ein der laufenden Nummer des Umlaufes entsprechendes Signal an den Auswerter (32) abgegeben wird.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Schieberegister (50; 51) beliebig viele zusätzliche Registerstellen gegenüber der Länge des anderen Registers aufweist und daß eine Taktzentrale (52) an das längere Schieberegister (51) einen Lesetakt mehr abgibt als dieses Registerstellen aufweist, sowie daß an das andere Schieberegister (50) gleichgetaktet Lesetakte entsprechend der Anzahl seiner Registerstellen abgegeben werden.

   4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Schieberegister (50,

   51) beliebig viele zusätzliche Registerstellen gegenüber der Länge des anderen Registers aufweist und daß die Taktzentrale (52) an das längere Schieberegister (51) Lesetakte entsprechend der Zahl seiner Registerstellen abgibt, sowie an das andere Schiebe register (50) um einen Lesetakt weniger Takte abgibt als es Registerstellen aufweist