DE2840908C2

DE2840908C2 - Detektor zur Feststellung der Anwesenheit eines elektrischen Signals

Info

Publication number: DE2840908C2
Application number: DE2840908A
Authority: DE
Inventors: Ralph Zug Aubert
Original assignee: LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1978-09-20
Publication date: 1984-07-12
Also published as: CH635695A5; IT7925368A0; GB2029588B; IT1122899B; FR2435042A1; GB2029588A; US4297533A; FR2435042B1; DE2840908B1

Description

dem Realtei! des Quotienten

ZUi

ermittelt, wobei

Z(t) die komplexe Umhüllende des Tonfrequenzsignals (ζ) und Z(t) die zeitliche Ableitung der komplexen Umhüllenden bedeutet.

3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Merkmalserkennungsglied (1; 25) zwei Multiplizierglieder (3; 4; 21; 22) aufweist, wobei das eine Multiplizierglied (3; 21) das Produkt aus dem Tonfrequenzsignal (ζ) und einem ersten sinusförmigen Referenzsignal (cos wq t) und das andere Multiplizierglied (4; 22) das Produkt aus dem Tonfrequenzsignal (2) und einem zweiten, gegenüber dem ersten Referenzsignal um 90° phasenverschobenen sinusförmigen Referenzsignal (sin wo ζ)bildet, und daß jedem Multiplizierglied (3; 4; 21; 22) ein Tiefpaßfilter (7; 8) oder Integrationsglied (23; 24) nachgeschaltet ist.

4. Detektor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch digitale Multiplizierglieder (21; 22) und durch einen digitalen Signalgenerator (20) zur Erzeugung der Referenzsignale.

5. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Feststellung der Anwesenheit und Unterscheidung von mindestens zwei Tonfrequenzsignalen mit unterschiedlicher Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß das Klassifikationsglied (2; 26) zur Einteilung der π Schätzungswerte (m,k\ Ä; h bzw. Ah, bk; äk) in verschiedene, je einem der zu unterscheidenden Tonfrequenzsignale zugeordnete Klassen und zur Abgabe verschiedener, je einem der zu unterscheidenden Tonfrequenzsignale zugeordneter Ja-Signale eingerichtet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor zur Feststellung der Anwesenheit eines elektrischen Signales mit vorbestimmten Charakteristiken der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art.

Ein derartiger Detektor ist bereits bekannt (DE-OS 25 55 248). Dieser bekannte Detektor soll aus dem Eingangssignal eine bestimmte Informationcgruppe (Modulation eines Hochfrequenzsignals) herausfinden und davon eine bestimmte Art, z. B. Frequenzmodulation, von anderen Arten, z. B. Amplitudenmodulation, dieser Informationsgruppe trennen.

Dabei wird ein Momentan-Häufigkeitsmuster mit einem Bezugs-Häufigkeitsmuster verglichen, was verhältnismäßig kompliziert ist.

Zur Feststellung der Anwesenheit eines Tonfrequenzsignals dienende Detektoren weisen im übrigen meist ein auf die erwartete Tonfrequenz abgestimmtes Bandpaßfilter auf. Mit einem nachgeschalteten Auswerteglied wird festgestellt, ob die Umhüllende des Tonfrequenzsignals am Filterausgang oberhalb oder unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt; dementsprechend wird ein Ja-Signal oder ein Nein-Signal abgegeben. Solche Tondetektoren werden häufig in FernEieuerempfängern verwendet, die über einen drahtgebundenen oder drahtlosen Übertragungskanal mit einem Fernsteuersender in Verbindung stehen. Solange an ihrem Eingang nur Störsignale auftreten, die aus weißem oder thermischem Rauschen bestehen, arbeiten sie zufriedenstellend, während dann keine

J" zuverlässige Ja/Nein-Entscheidung gewährleistet ist, wenn dem zu detektierenden Tonfrequenzsjgnal hohe Impulsstörsignale oder schmalbandige Interferenzstörsignale überlagert sind.
In Alarmanlagen werden auch solche Detektoren zum Empfang von Gleichstrom übertragenden Alarmmeldungen verwendet, die aus einem Integrator und einem Schwellenschalter bestehen. Eine durch Störsignale verursachte Fehlmeldung kann jedoch höchst nachteilige Folgen bei einem solchen Detektor nach sich ziehen.

Darüber hinaus ist eine Einrichtung zum Analysieren eines Signals bekannt (DE-OS 26 23 025), bei der zum Detektic-ren eines Sprachsignals ein Schätzwert der Kurzzeitleistung mit einem anderen Signal verglichen wird, das streng auf die geschätzte Leistung bezogen ist.

In der statistischen Übertragungstheorie ist es bereits bekannt (Friedrich, Einführung in die statistische Übertragungstheorie, 1969, Seiten 78-81, 84, 85, 90, 91, 130—133; und Isermann, Experimentelle Analyse der

^)ü Dynamik von Regelsystemen [Identifikation I], 1971, Seiten 34—37), daß die mittlere Leistung spektral zerlegbar ist und mit Hilfe von Bandfiltersätzen experimentell ermittelt werden kann. Zur im wesentlichen vollständigen harmonischen Analyse wird die Autokorrelationsfunktion angewendet. Obwohl diese nicht das einzigste Kriterium für statistische Vorgänge ist, genügt diese Funkeion nach diesem Stand der Technik, um das spektrale Verhalten eines Vorganges vollständig zu beschreiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß er sich durch hohe Immunität gegen Störsignale auszeichnet. Es ist erwünscht, daß die Anwesenheit eines nicht modulierten Tonfrequenzoder Gleichstromsignals feststellbar ist; außerdem sollten Entscheidungskriterien des Detektors einfach an die zu erwartenden Störsignale anpaßbar sein.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeich-

net und in Unteransprüchen sind weitere Verbesserungen und Ausbildungen derselben beansprucht.

Der erfindungsgemäße Detektor ermöglicht, entsprechend den Charakteristika des zu detektierenden Signals und den zu erwartenden Störsignalen Schätzwerte von geeignet gewählten Merkmalen zu gewinnen, diese in Klassen einzuteilen und anhand der Anzahl der in die einzelnen Klassen fallenden Schätzwerte eine zuverlässige Ja/Nein-Entscheidung zu treffen. Durch Festlegen der Grenzen der einzelnen Klassen kann man die Entscheidungskriterien an die zu erwartenden Störsignale anpassen. Selbst bei hohem Störsignaianteil ist die Detektion außerordentlich zuverlässig.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden einige besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Dabei zeigt
F i g. 1 ein Prinzipschaltbild eines Detektors,
F i g. 2 eine dreidimensionale Merkmalsdarstellung, F i g. 3 a, b, c eine Darstellung von Schätzwerten,
F i g. 4 ein Prinzipschaltbild eines Tondetektors,
Fig.5 ein Schaltbild des Rechengliedes eines Merkmalstransformationsgliedes,
F i g. 6 ein Flußdiagramm für ein Klassifikationsglied, Fig.7 ein Schaltbild eines digitalen Teils eines Merkmalstransformationsgliedes,

F i g. 8 ein Prinzipschaltbild eines Gleichstromdetektors und

F i g. 9 eine Darstellung von Schätzwerten.
Gemäß F i g. 1 dient das Merkmalstransformationsglied zur Gewinnung von jeweils η unabhängigen Schätzungswerten von M> 2 charakteristischen Merkmalen eines zu detektierenden elektrischen Eingangssignals z(0- Im dargestellten Beispiel werden Schätzungswerte th\(0, ήι₂(0, · · · "¹M(O von M charakteristischen Merkmalen des Eingangssignals ζ(t) gewonnen; diese Schätzungswerte stellen Merkmalsvektoren

m(0 = /mi (0,rh₂(0,...niM(O]

dar. Wenn das Eingangssignal ζ (t) mit der Abtastfrequenz fr abgetastet wird, so werden während der Beobachtungsdauer D insgesamt η = D · fr Merkmalsvektoren gewonnen. In einem Klassifikationsglied 2 werden die η Merkmalsvektoren in mindestens zwei Klassen eingeteilt, und es wird geprüft, ob die Anzahl Merkmalsvektoren innerhalb einer vorbestimmten Klasse einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Zutreffendenfalls wird am Ausgang des Klassifikationsgliedes 2 ein Ja-Signal abgegeben, das die Anwesenheit des erwarteten Eingangssignals z(t) anzeigt. Aufgrund der Anzahl der in eine zweite Klasse fallenden Merkmalsvektoren kann eine Nein-Entscheidung getroffen werden.

Die Wahl der charakteristischen Merkmale richtet sich nach der Art des zu detektierenden Eingangssignals ζ (0 und der Art der zu erwartenden Störungen. Anhand der Fig.2 bis 7 wird dies am Beispiel der Detektion eines Tonfrequenzsignals erläutert. Die Tondetektion erfolgt vorzugsweise anhand der drei charaKteristischen Merkmale

Tonleistung	/o
Tonfrequenz
Tonschwankungen

Es können auch noch weitere Merkmale des Tonfrtiquenzsignals berücksichtigt werden, wenn diese wesentlichen Charakteristiken des Tonfrequenzsignals entsprechen, beispielsweise seine Zeitstelle und/oder seine Zeitdauer.

Im Idealfall ist die Tonfrequenz fo bekannt und konstant und die Tonschwankungen bg sind nulL Das Merkmalstransformationsglied 1 bildet innerhalb der Beobachtungsdauer D nacheinander π unabhängige Merlanalsvektoren m* = (Pj₁, 4 it), k = 1 ...n von diesen drei Merkmalen. Jede Messung k ergibt einen Tonschätzungspunkt 7* (bt, 4 Pk) entsprechend dem Merkmalsvektor /n*.

Wie die F i g. 2 zeigt, können die Tonschätzungspunkte Ti in einem dreidimensionalen Raum mit den Achsen b, /und Pdargestellt werden. In der Darstellung nach der F i g. 2 ist als Ursprung O der /-Achse der Punkt / = /o gewählt. Für den Fall, daß keine Störsignale vorliegen und die Messung fehlerfrei durchgeführt wird, ergibt die Tonschätzung einen Punkt T(O, O, P₀) auf der P-Aehse. Eine Gruppierung der Tonschltzungspunkte 7i in der Umgebung des Punktes 7" weist auf die Anwesenheit des erwarteten Tonfrequenzsignals hin und eine Gruppierung in der Umgebung des Ursprungs O ist als Absenz des erwarteten Tonfrequenzsignals zu deuten.

Mit dem Klassifikationsglied 2 wird festgestellt, ob eine Gruppierung in der Umgebung des Punktes Toder des Ursprungs O auftritt, und dementsprechend ein Ja-Signal bzw. ein Nein-Signal abgegeben. Ein einfaches Ausführungäbeispie! für die Erkennung von Gruppierungen kann mittels eines Entscheidungsraumes VY realisiert werden, das den Punkt T einschließt. Hierbei wird die A.nzahl Ayder in diesen Entscheidungsraum Vr fallenden Tonschätzungspunkte f* gezählt. Ist k_Tgrößer als ein vorbestimmter Schwellenwert ksr, so wird dies als Anwesenheit des erwarteten Tonfrequenzsignals interpretiert. Auf die Absenz des erwarteten Tonfrequenzsignals kann geschlossen werden, wenn kr^ksr ist. Ferner besteht die bevorzugte Möglichkeit, auch einen den Ursprung O einschließenden Entscheidungsraum V₀ zu definieren und auf die Absenz des erwarteten Tonfrequenzsignals zu schließen, wenn die Anzahl Ao der in diesen Entscheidungsraum fallenden Tonschätzungspunkte t_k größer als ein vorbestimmter Schwellenwert kso ist. Dies gestattet, einen Fehler im System, d. h. im Sender, im Übertragungskanal oder im Detektor, zu erkennen, wenn sowohl k_T als auch A₀ zu klein sind.

Die Entscheidungsräume Vr und V₀ können entsprechend den Besonderheiten der Störsignale eine beliebige, beispielsweise sphärische Form aufweisen. Im dargestellten Beispiel bilden sie aber parallel zu den Achsen P, Af und b orientierte Quader, was eine voneinander unabhängige Klassierung der Schätzungswerte Pt, Δί/t und bk sowie eine sehr einfache Realisierung ermöglicht.

In den F i g. 3a, b, c sind Meßresultate für den Fall der Anwesenheit eines Tonfrequenzsignals und für den Fall von weißem Rauschen abgebildet. Jeder abgebildete Punkt stellt einen Tonschätzungspunkt 7* in den Ebenen P, Af[F i g. 3a), b, Af(F i g. 3b) und P, b(F i g. 3c) dar. Es ist augenscheinlich, daß durch die beschriebene statistische Auswertung eine sehr zuverlässige Detektion des Tonfrequenzsignals gewährleistet ist. Auch im Falle von !mpulsstörungen und Interferenzstörungen ergibt sich eine leicht feststellbare Gruppierung in der Umgebung des Punktes T (F ig. 2). Die Grenzen der durch die Entscheidungsräume Vr und V₀ gegebenen Klassen können den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden, so daß in jedem Störungsfall eine optimale Entscheidung möglich ist. In den Fig. 3a, b, c sind als BeisDiel eine untere Grenze P.?ι sowie eine obere

Grenze P52 für die Tonleistung, eine Grenze Afs für die Tonfrequenz und eine Grenze 65 für die Tonschwankungen eingetragen. Aus den Fig.3a, b, c ist auch ersichtlich, daß es in einfacheren Fällen genügen kann, nur zwei der drei Merkmale P, Af (bzw. f) und b auszuwerten.

Zur Gewinnung der Schätzungswerte Pk, Λ und b_k im Merkmalstransformationsglied 1 bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Im folgenden wird eine besonders vorteilhafte Möglichkeit beschrieben.

Für das zu detektierende Tonfrequenzsignal ζ (ty gilt

ζ U) = -4(0 · cos(2.T/f + q) (1)

wobei A die Amplitude, t die Zeit, /die Frequenz und φ den Phasenwinkel bedeutet. Das Tonfrequenzsignal ζ (t) läßt sich durch die komplexe Umhüllende Z ft/des aus dem Tonfrequenzsignal und den Störsignalen bestehenden Eingangssignals beschreiben. Das Tonfrequenzsignal ζ (χ) entspreche dem Realteil Re des komplexen Signals Z(X) ■ eX>':

2(0 = Re[ZU)

(2)

wobei f._o = 2.i/o ist. Mit Am = 2n(/—/₀) gilt dann für die komplexe Umhüllende Z(t):

ZU) = A(i) ■ t>i ■ e^J'-'
Berechnet man die Größe γ (χ) zu

- d; Z(X)

so ergibt sich

ν U) =

Ä(t) A(I)

(3)

(4)

(5)

Die Tonschwankungen b lassen sich also aus dem Realteil Re der Größey die Tonfrequenzabweichung Af aus dem Imaginärteil Im der Größe χ und die Tonleistung Paus der komplexen Umhüllenden ^frjwie folgt bestimmen:

(T- (r*)i

(6)

Im

= vil ω!²

(8)

In der F i g. 4 besteht das Merkmalstransformationsglied 1 aus zwei Multipliziergliedern 3, 4, zwei Referenzsignalquellen 5,6, zwei Tiefpaßfiltern 7,8, zwei von einer nicht dargestellten Steuerschaltung mit der Abtastfrequenz fr gesteuerten Schaltern 9, 10, einem Analog/Digital-Wandler 11 und einem Rechenglied 12. Die Referenzsignalquelle 5 bzw. 6 erzeugt ein Referenzsignal cos ωοί bzw. sin ωοί, das im Multiplizierglied 3 bzw. 4 mit dem Tonfrequenzsignal ζ (t) multipliziert wird. Die den Multipliziergliedern 3, 4 nachgeschalteten Tiefpaßfilter eliminieren die Doppelfrequenzterme der am Ausgang der Multiplizierglieder 3, 4 entstehenden Signale, filtern hochfrequente Störsignale aus, welche die Zeitdifferentiation stören würden, und bestimmen die Anzahl π der unabhängigen Schätzungen innerhalb der Beobachtungsdauer D. Am

Ausgang des Tiefpaßfilters 7 bzw. 8 entsteht ein Signal α. (t) bzw. β (t), das dem Realteil Re bzw. dem Imaginärteil Im der komplexen Umhüllenden Z(X)=Oi (O+Jß (^{) entspricht. Über die von einem nicht gezeichneten Steuerglied gesteuerten Schalter 9, 10 werden die Signale α (t)\md β (x)\n den Analog/Digital-Wandler 11 eingegeben und dort in digitale Signale umgeformt. Das Rechenglied 12 berechnet aus den Digitalwerten der Signale /x. (χ) und β (t) die zeitliche Ableitung Ζ(ήάζτ komplexen Umhüllenden Z(X), nach Gleichung (4) die Größe ^(t) und schließlich nach Gleichung (6), (7) und (8) die η unabhängigen Schätzungswerte o*,4/tund Pi,.

Die Fig.5 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Rechengliedes 12. Zwei digitale Differenzierglieder 13, 14 bilden die zeitliche Ableitung ά (t) und β (t). In einem Rechenblock 15 wird aus den Größen « (x), β (t), & (t) und β (X) die Größe J> (t) nach Gleichung (4) berechnet.

Die hierzu erforderliche komplexe Division erfolgt nach bekannten Rechenregeln und wird daher hier nicht näher erläutert. Der_ Realteil der Größe γ (ty ergibt die η

Schätzungswerte bk und der ImagTnärteil die η

Schätzungswerte Af_k. Ein Rechenblock 16 ermittelt aus den Größen α (x) und β (X) die π Schätzungswerte Pi, nach der Beziehung P= λ²+β² oder fPx\x\ + \ß\.

Zur Bildung der zeitlichen Ableitung ά (t) und β (X) können anstelle der digitalen Differenzierglieder 13,14 auch analoge Differenzierglieder verwendet werden, die in der Anordnung nach der F i g. 4 an den Ausgang der Tiefpaßfilter 7,8 anzuschließen sind. Das Rechenglied 12 kann durch eine festverdrahtete Logik oder durch einen Digitalrechner gebildet sein. Vorzugsweise sind das Rechenglied 12 und allenfalls weitere Teile des Merkmalstransformationsgliedes 1 sowie das Klassifikationsglied 2 durch einen Mikrocomputer gebildet.

Anhand des Flußdiagramms der Fig.6 wird die Arbeitsweise des Klassifikationsgliedes 2 für den Fall erläutert, daß der Entscheidungsraum Vj quaderförmig ist, die Schätzungswerte für P*, Af_k und bk also unabhängig klassiert werden können. Im Flußdiagramm steht der Buchstabe Y für »ja« und der Buchstabe N für »nein«. Innerhalb der Beobachtungsdauer D wird in M Durchläufen jede der η Tonschätzungspunkte 7* daraufhin geprüft, ob die Bedingungen

P₅₁ <P_k< -Af_s< A

- b_s <

5= "S

erfüllt sind und somit der betreffende Schätzungswert in die durch den Entscheidüngsraurn V, gegebene Klasse fällt oder nicht Sodann wird festgestellt, ob die Anzahl kr der in den Entscheidungsraum V₇- fallenden

Tonschätzungspunkte f_k den Schwellenwert ksr überschreitet, und zutreffendenfalls ein Signal »Ton vorhanden« abgegeben.

Auf analoge, in der F i g. 6 nicht dargestellte Weise kann geprüft werden, ob die Anzahl £0 der innerhalb des

Entscheidungsraumes Vo liegenden Schätzungswerte den Schwellenwert kso überschreitet, und zutreffendenfalls ein Signal »kein Ton« erzeugt wird. Wird weder eine Entscheidung »Ton vorhanden« noch eine Entscheidung »kein Ton« getroffen, so ist dies als

Rückweisung zu werten. Mit der Dimensionierung der Entscheidungsräume Vrund V₀ hat man es in der Hand, das Verhältnis der Rückweisungsrate zur Fehlentscheidungsrate zu optimieren. In einfachen Fällen kann es

genügen, die Entscheidung »Ton vorhanden« bzw. »kein Ton« gemäß der F i g. 6 allein anhand des Entscheidungsraumes Vt zu treffen.

Die anhand der F i g. 6 erläuterte Klassifikation und Zählung der Schätzungswerte und die Entscheidung aufgrund des Zählergebnisses kann mittels eines Mikrocomputers oder mittels einer festverdrahteten Logik erfolgen.

Anhand der F i g. 4 wurde die analoge Bildung der Größen χ (t) und β (t) beschrieben. Die F i g. 7 zeigt eine Anordnung zur digitalen Bildung dieser Größen. Das Tonfrequenzsignal ζ (t) wird in einem Analog/Digital-Wandler 17 laufend in ein entsprechendes digitales Signal umgeformt. Ein aus einer Steuerschaltung 18 und einem Festwertspeicher (ROM) 19 bestehender Signalgenerator 20 erzeugt die Referenzsignale cos ω_βί und sin Ci)of in digitaler Form. Digitale Multiplizierglieder 21, 22 bilden das Produkt aus dem digitalisierten Tonfrequenzsignal ζ (t) und dem Referenzsignal cos ωοί bzw. sincoofc Digitale Akkumulatoren 23, 24 erfüllen die Funktion der Tiefpaßfilter 7, 8 (Fig.4) sowie der Differenzierglieder 13, 14 (Fig.5), indem sie die Ausgangssignale der Multiplizierglieder 21, 22 einerseits zur Bildung der Größen « (t) und β (t) während einer vorbestimmten Zeitdauer T\ und andererseits zur Bildung der Größen ά (t) und β (t) während einer vorbestimmten Zeitdauer T2 integrieren, wobei T2 < T\ ist.

Der Signalgenerator 20, die Multiplizierglieder 21,22 und die Akkumulatoren 23, 24 können durch den gleichen Mikrocomputer gebildet sein, der auch das Rechenglied 12 (F i g. 4) und das Klassifikationsglied 2 bildet. Bei der Durchführung der Klassierung ist keine große Genauigkeit erforderlich, so daß bei der digitalen Darstellung der Schätzungswerte kurze Wortlängen möglich sind.

Die Wortlänge kann durch die Anwendung bekannter stochastischer Methoden weiter verkürzt werden, so daß die Datenverarbeitung im Grenzfall mit einer Wortlänge von einem einzigen Bit erfolgen kann. Im letztgenannten Fall kann das Tonfrequenzsignal ζ (t) auf bekannte Weise (z. B. IEEE Transactions on Communications, Vol. Com-24, No. 12, Dec. 1976, S. 1291 -1300) dadurch in eine binäre Signalfolge umgewandelt werden, daß mit einem Addierglied zum Tonfrequenzsignal ein erstes Hilfssignal addiert, mit einem Vergleichsglied das Vorzeichen des Summensignals detektiert und mit einem Abtastglied das binäre Vorzeichensignal mit verhältnismäßig hoher Frequenz abgetastet wird. Auf entsprechende Weise können aus den analogen Referenzsignalen cos coof und sin ωοί binäre Refcrcnzsigr.alfcigen gewonnen werden, indem zu den Referenzsignalen jeweils ein zweites Hilfssignal addiert, das Vorzeichen der so erhaltenen Summensignale delektiert und die binären Vorzeichensignale abgetastet werden. Als erstes und zweites Hilfssignal können sogenannte »random«, »pseudo random« oder »shift invariant independent« Funktionen dienen. Anstatt die Werte der binären Referenzsignalfolgen laufend zu berechnen, können diese auch in einem Speicher (ROM) zur Verfügung gehalten werden. Die Multiplikation der dem Tonfrequenzsignal entsprechenden binären Signalfolge mit der binären Referenzsignalfolge kann jeweils mit Hilfe eines Exklusive-Oder-Gatters und die Integration mit Hilfe eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers erfolgen.

Für den beschriebenen Tondetektor eröffnen sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Er kann in drahtlosen und drahtgebundenen Fernsteuer- und Fernmeßeinrichtungen, auf dem Gebiet der Telefonie usw. eingesetzt werden, wo es darum geht, ein elektrisches Tonfrequenzsignal auch bei hohem Störpegel, insbesondere bei Impuls- und Interferenzstörungen, zuverlässig zu detektieren. In Rundsteuerempfängern gewährleistet der beschriebene Tondetektor eine einwandfreie Trennung der Rundsteuersignale von Netzoberwellen und anderen Störgrößen. In der Telefonie eignet er sich vorzüglich in sog. Tastenwahlempfängern nach dem Mehrfrequenzverfahren, bei denen zur Erzielung einer optimalen Sicherheit des Signalisationsverfahrens sichergestellt werden soll, daß während der Tastenbetätigungsdauer das Nutzsignal nicht durch Störspannungen unterdrückt und während der Zeichenpause keine Zeichenimitation durch Raumgeräusche hervorgerufen wird. Weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiet der Telefonie ergeben sich bei Taximpulszählern und bei Einrichtungen zur Identifikation der rufenden oder der benützten Sprechstelle durch aufmodulierte Tonfrequenzsignale.

Der Gleichstromdetektor nach der F i g. 8 besteht aus einem Merkmalstransformationsglied 25 und einem Klassifikationsglied 26. Das Merkmalstransformationsglied 25 weist ein Differenzierglied 27, zwei von einer nicht gezeichneten Steuerschaltung mit der Abtastfrequenz /7- gesteuerte Schalter 28,29, einen Analog/Digital-Wandler 30 und ein Rechenglied 31 auf.

Das Eingangssignal x(t) des Gleichstromdetektors und die im Differenzierglied 27 aus dem Eingangssignal gebildete zeitliche Ableitung χ (t) gelangen über die Schalter 28, 29 zum Analog/Digital-Wandler 30, wo sie in entsprechende digitale Signale umgeformt werden.

Im Rechenglied 31 werden jeweils η Schätzungswerte ih_k=[Pk, äic] für die Leistung /"und die Größe a nach den Beziehungen

P(i) =

und

a(t) =

x(t)

gebildet. Im Klassifikationsglied 26 werden die Schätzungswerte Pk und äic in mindestens zwei Klassen eingeteilt, die gemäß der F i g. 9 durch rechteckförmige Flächen F₁ und F₂ oder durch flächen beliebiger Form gebildet sein können. Die Schätzungswerte 7* (ä_k. P_k)

ergeben in der Fig.9 einen Punkt T(O₁Po) auf der /"-Achse, wenn kein Störsignal vorliegt und die Messung fehlerfrei durchgeführt wird. Im Falle eines Störsignals ist bei vorhandenem Gleichstromsignal immer noch eine Gruppierung der Schätzungswerte um den Punkt T

erkennbar. Liegt eine vorgegebene minimale Anzahl

der Schätzungswerte f_k innerhalb der den Punkt T einschließenden Fläche Fi, so wird am Ausgang des Klassifikationsgliedes 26 ein Ja-Signal abgegeben.

. Es ist auch möglich, anstelle der Größe a ft) die Größe χ (t) als charakteristisches Merkmal auszuwerten, wodurch das Rechenglied 31 einfacher wird. Das Rechenglied 31 und das Klassifikationsglied 26 können wiederum durch einen Mikrocomputer gebildet sein. Auch das Differenzierglied 27 kann in den digitalen Teil des Detektors verlegt werden. Ferner kann der Analog/Digital-Wandler 30 weggelassen und das Rechenglied 3t und das Klassifikationsglied 26 aus analog arbeitenden Bauteilen aufgebaut werden.

Der beschriebene Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsdetektor eignet sich vorzüglich zum Empfang von Meldungen z. B. in Alarmanlagen und anderen Nachrichtenübermittlungsanlagen, bei denen Meldungen durch Gleichstromsignale übermittelt werden und eine sichere Unterscheidung der Gleichstromsignale von Störsignalen gewährleistet sein muß.

Die beschriebenen Detektoren können auch derart weiter ausgestaltet werden, daß sie zur Feststellung der Anwesenheit und Unterscheidung von mindestens zwei verschiedenen elektrischen Signalen mit unterschiedli- [■, chen Charakteristiken eingesetzt werden können.

·; Hierzu werden die Schätzungswerte im Klassifikationsglied 2 bzw. 26 in verschiedene, je einem der zu ;_;; unterscheidenden elektrischen Signale zugeordnete

ι. Klassen eingeteilt. Für jedes der zu unterscheidenden

■ elektrischen Signale wird ein Ja-Signal abgegeben,

wenn die Anzahl der Schätzungswerte, welche in die ■'.: dem betreffenden Signal zugeordnete Klasse fallen,

einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. / Beispielsweise können bei einem Tondetektor für einen

¹ \ Telefonie-Tastenwahlempfänger vier verschiedene Ent-

'; scheidungsräume VVi bis V7-4 festgelegt werden, was

% gestattet, vier verschiedene Tonfrequenzsignale, die sich

/';■ durch ihre Frequenz voneinander unterscheiden, zu

detektieren. Auf ähnliche Weise können z.B. auch Gleichstromsignale unterschiedlicher Stärke detektiert und voneinander unterschieden werden.

y Zusammenfassung

ti (Hierzu F i g. 4)

jv Der Detektor enthält ein Merkmalstransformationsjg glied (1) zur Gewinnung von η unabhängigen Schät- (I zungswerten (Pk; 44; t>k) von charakteristischen ;i Merkmalen des elektrischen Signals (z). Ein Klassifikationsglied (2) teilt die Schätzungswerte in mindestens zwei Klassen ein und gibt ein Ja-Signal ab, wenn die \i Anzahl der Schätzungswerte innerhalb einer vorbe- ;^! stimmten Klasse eine vorbestimmte Anzahl überschreibt tet. Aufgrund der Anzahl der in eine zweite Klasse ψ. fallenden Schätzungswerte (Pk; Ah; bk) kann ein iV'j Nein-Signal abgegeben werden. Die Schätzungswerte £ werden bei einem Tondetektor von mindestens zwei der tjjj drei Merkmale Tonleistung, Tonfrequenz und Ton- ;I Schwankungen und bei einem Gleichstromdetektor von fcy mindestens zwei der drei Merkmale Leistung, Bandbreir; te und zeitliche Ableitung des Eingangssignals gewonijt nen. Beim Tondetektor werden die Schätzungswerte i*s, aus der komplexen Umhüllenden des Tonfrequenz- || signals ermittelt. Zur Unterscheidung verschiedener P elektrischer Signale mit unterschiedlichen Charakteri-H stiken kann jed-im dieser Signale eine Klasse zugeordnet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Detektor zur Feststellung der Anwesenheit eines elektrischen Signals mit vorbestimmten Charakteristiken, mit einem Merkmalsermittlungsglied zur Gewinnung von π unabhängigen Schätzungswerten von mindestens zweien der charakteristischen Merkmale des elektrischen Signals und mit einem Klassifikationsglied zur Einteilung der λ Schätzungswerte in jeweils mindestens zwei Klassen und zur Abgabe eines Signals, wenn die Anzahl der Schätzungswerte innerhalb einer vorbestimmten Klasse eine bestimmte Bedingung erfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Feststellen der Anwesenheit eines Tonfrequenzsignals (ζ) oder eines Gleichstroms bzw. einer Gleichspannung das Merkmalsermittlungsglied (1; 25) zum Erzeugen von jeweils η Schätzungswerten (mr, A; Ä; ^4; £*; Sk) von mindestens zweien der Merkmale der Merkmalsgruppen Tonleistung (P), Tonfrequenz (f) und Tonschwankungen (b) bzw. Leistung (P), zeitliche Ableitung (X) und Quotient ίγ\ des Eingangssignals (X) eingerichtet ist und daß das Klassifikationsglied (2; 26) dann ein Ja-Signal abgibt, wenn die Anzahl der Schätzungswerte innerhalb der vorbestimmten Klasse eine vorbestimmte Anzahl (/rsr^überschreitet.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Merkmalsermittlungsglied (1; 25) die Tonfrequenz (Q aus dem Imaginärteil des

Quotienten -=-ίϋ_ bzw. die Tonschwankungen (b) aus