DE3003556A1

DE3003556A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines nutzsignals

Info

Publication number: DE3003556A1
Application number: DE19803003556
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dr.-Ing. 7759 Immenstaad Bangen; Hans-Peter Dipl.-Ing. 7777 Salem Licht
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-02-01
Publication date: 1981-09-10
Also published as: IT8069022A0; DE3003556C2; FR2475323A1; IT1165730B; GB2069297A; FR2475323B1; GB2069297B

Description

DORNIER GMBH

7990 Friedrichshafen

Besehr&t'hürtj \ nachgereicht

Reg. 2475

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Nutzsignals

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Nutzsignals aus einem mit Störsignalen überlagerten bandbegrenzten Signal.

Aus der Praxis bekannte Verfahren und Vorrichtungen verwenden zur Bestimmung bzw. Detektion von Nutzsignalen, denen Störsignale überlagert sind, die schnelle Fouriertransformation oder analoge bzw. digitale Modellfilter. Diese Verfahren haben den Nachteil, daß die aus dem resultierenden Signal ausgefilterten Nutzsignale verzögert und verzerrt sind. Daher kann bei großen Störsignalen keine verzogerungsfreie Analyse der Signalform des gefilterten Nutzsignals durchgeführt werden. Verfahren, bei denen das vollständige Signalspektrum bzw. Meßsignal einer schnellen Fouriertransformation unterworfen ist und bei denen für die so transformierte Meßgröße eine Mustererkennung durchgeführt wird, führen zu Schwierigkeiten, wenn Nutz- und Störsignale von nicht reproduzierbaren Vorgängen stammen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem bzw. der die Eigenschaften eines Mikroprozessors so genutzt werden, daß die Zeitpunkte zur Erfassung und die Gesetze zur Verarbeitung eines von einem Meßwertaufnehmer erfassten analogen Signals dem bandbegrenzten Störsignal angepaßt werden und dadurch eine weitgehend verzugslose Aufspaltung von Stör- und Nutzsignal erreicht wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und die der ihm folgenden Unteransprüche vorgesehen.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß sich damit schnelle und/oder einmalig in einem Störsignal auftretende Nutzsignale innerhalb eines gewissen Bereichs detektieren lassen. Da der größte Teil von zu kompensierenden Störsignalen invariante Signalformen enthält, werden deren invariante Eigenschaften dazu benutzt, um ein schnell veränderliches beliebiges Störsignal durch wenige langsam veränderliche Kenngrößen und invariante Signalfunktionen zu beschreiben. Unter Anwendung dieser Eigenschaft ist eine verzugslose Störgrößenkompensation durchführbar. Ferner ist von Vorteil, daß sich durch die Steuerung der Meßwert-Erfassungszeitpunkte in Abhängigkeit von der Signalform der Rechenaufwand reduziert und die Parameteradaptionen entfallen. Damit ist es möglich, zur Erfassung und Verarbeitung schneller Signale, handelsübliche Daten- bzw. Mikroprozessoren einzusetzen.

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Ein mit einem Meßwertaufnehmer verbundener Mikroprozessor wird von einer ihm vorgeschalteten Relativ- bzw. Echtzeituhr gesteuert, die ihrerseits einen Analog-/Digital-Wandler startet. Dabei wird entsprechend den von der Relativ- bzw. Echtzeituhr vorgegebenen Zeiten der vom Analog-/Digital-Wandler gewandelte Meßwert verarbeitet. Im Mikroprozessor sind eine Anzahl von Signalgeneratoren mit festen Mittenfrequenzen realisiert, deren Amplituden und Phasen aus sich langsam von Rechenschritt zu Rechenschritt verändernde Größen bestehen. Die Summe der Signalgeneratorenausgänge wird mit dem gewandelten Meßwert verglichen und die sich ergebende Differenz so ausgewertet, daß über sie die Amplituden und Phasen der Signalgeneratoren sehr langsam korrigiert werden.

Da das bandbegrenzte Störsignal auf wenige sehr langsam veränderliche Größen zurückgeführt wird, haben einmalige Signale (Nutzsignale) kurzer Dauer keinen Einfluß auf die langsam veränderlichen Größen. Durch die Differenzbildung werden Signale, denen bandbegrenzte Störsignale überlagert sind, von letzteren verzugslos getrennt.

Folgend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben und durch Skizzen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung, Fig. 2 den Ablauf der Signalverarbeitung in einem digitalen Mikroprozessor gemäß Fig. 1.

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Aus Fig. 1 ist ein Blockschaltbild ersichtlich, aus dem die Signalverarbeitung zur Bestimmung eines Nutzsignals aus einem störsignalüberlagerten Signal ersichtlich ist- Ein solches durch einen Meßwertaufnehmer (Sensor) 1 generiertes Signal wird als Meßsignal bzw. Meßwert m{t) an einen Analog-/Digital-(A/D)-Wandler 2 geleitet, der mit einem einen Speicher beinhaltenden digitalen Mikroprozessor 3 und über diesen mit einer Relativ- bzw. Echtzeituhr 4 in Verbindung steht. Der Mikro= prozessor 3 steuert entsprechend seiner Programmvorgabe bzw„ -auslegung über die Relativ- bzw. Echtzeituhr, die ihrerseits den A/D-Wandler 2 in Funktion setzt, die Erfassungszeitpunkte des Meßsignals m(t). Entsprechend dem von der Relativ- bzwο Echtzeituhr 4 vorgegebenen zeitlichen Zuwachs durch die Zeitinkremente AT₁ wird der Meßwert als m(t_i = ^±-i + ^-2 + ΔΤ.) erfaßt und als Folge der einzelnen Werte m(t.), m(t. ,), m(t._₂) ... im Mikroprozessor 3 verarbeitet.

Aus Fig. 2 ist der Ablauf der Signalverteilung in einem digitalen Mikroprozessor 3 (gemäß Fig» 1) ersichtlich. Ein vom Meßwertaufnehmer bzw. Sensor l (Fig. 1) registriertes und zu verarbeitendes Meßsignal m(t.) setzt sich aus einem Störsignal S(^) und einem Nutzsignal η(^) zusammen. Um das Störsignal S(t.) vom Nutzsignal n(t.) zu trennen, wird mit Hilfe der Komponente 5 eine Signalaufspaltung und für jeden Signalanteil über einen Demodulator 6, Tiefpaß 7 und Modulator 8 eine Störgrößenkompensation vorgenommen. Dabei wird das Störsignal S(t)

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in einem Approximationsintervall T^pdurch Ansatzfunktionen γ.(t) und Kenngrößen a.beliebig genau beschrieben:

S (t) = ± a_± · γ_± (t); fflr t - T_M ^ Γ ^ t Durch geeignete Wahl der Ansatzfunktionen y.(t) ergibt sich

ein beliebig genauer Schätzwert S(t) der realen Störung

i=l ^{x x}

wobei die Koeffizienten a. durch eine von der Ansatzfunktion abhängige Operation (Demodulation) bestimmt werden:

Da bei der Echtzeiterfassung das Approximationsintervall T^ durch den Zeitpunkt t. des zuletzt erfaßten Meßsignals m(t.) festgelegt wird, sind die Approximationskoeffizienten a. Funktionen der Zeit.

Bei einer der Störsignalform angepaßten Wahl der Ansatzfunktionen V. (t) sind die Approximationskoeffizienten a.(t) lang-

* JL Jm

sam veränderliche Funktionen der Zeit. Die beste Approximation liegt dann vor, wenn die zeitliche Änderung der Approximationskoeff izienten ein Minimum hat:

min

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Da die Ansatzfunktionen "W. (t) auf ein Approximationsinterball T-p bezogen sind, wird das Minimum dadurch gefunden, daß bei gleichen Ansatzfunktionen durch Veränderung des Zeitpunktes der Meßsignalerfassung das reale Approximationsintervall T_Ap gedehnt oder gestrafft wird. Auf diese Weise müssen die Ansatzfunktionen nicht verändert werden und die Approximationskoeffizienten bleiben stetige Funktionen,Weil abweichungen von einer angenommenen Störsignalform unterschiedlich schnelle Veränderungen in den Approximationskoeffizienten hervorrufen, werden diese über einen geeigneten Tiefpaß 7 eliminiert. Dabei werden die gemittelten Approximationskoeffizienten a. in einem regelnden Verfahren bestimmt. In Abhängigkeit von den Ansatzfunktionen erfolgt eine Aufspaltung des Störsignals S(t.) in Anteile S.(t). Aus der Differenz zwischen S.(t) und einem Schätzwert S.(t) bezogen auf die Ansatzfunktionen y^r _i(t) wird die Änderung im zugehörigen Approximationskoeffizienten bestimmt

< (S₁ (t) - S₁ (t) \γ_± (t) >

Der gemittelte Approximationskoeffizient wird dann solange aufintegriert, bis der Zuwachs verschwindet

= a_±

Aus dem gemittelten Approximationskoeffizienten a₁ und der An satzfunktion y!j_(t) wird der entsprechende Störschätzwert be-

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stimmt

Da der resultierende Störschätzwert S für jeden Zeitpunkt innerhalb des Approximationsintervalls angegeben werden kann, ist ein Vergleich mit dem vom Meßwertaufnehmer bzw. Sensor (Fig. 1) registrierten Meßsignal bzw. Meßwert m(t) möglich, so daß eine verzugslose Störgrößenkompensation bzw. Bestimmung eines Nutzsignals erfolgt.

,, _T _nQ 130037/0053 14. Jan. 1980

Kr/ke :..

Claims

DORNIER GMBH

Reg. 2475

Patentansprüche ; jNAChqerbchtI

1. !Verfahren zur Bestimmung eines Nutzsignals aus einem mit Störsignalen überlagerten bandbegrenzten Signal, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem an sich bekannten Meßwertaufnehmer (1) das Signal über einen Analog-/Digital-Wandler (2) digitalisiert aufgenommen wird, wobei der Digitalisierungsvorgang von einer an sich bekannten Relativuhr (4) gesteuert wird und daß das zu kompensierende Störsignal (S (t.)) in einem an sich bekannten digitalen Mikroprozessor (3) durch wenige definierte Ansatzfunktionen (y. (t^)) mit langsam veränderlichen Kenngrössen (a. (t.)) nachbildbar ist, und daß das modellmässig nachgebildete Störsignal (S (t.)) das im Meßsignal enthaltene Störsignal (S (t.)) verzögerungsfrei kompensiert und dadurch das Nutzsignal (n (t.)) verzögerungsfrei zur Verfügung stellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der relative zeitliche Abstand der Erfassung der Meßdaten über die Relativuhr (4) so gesteuert wird, daß die Ansatz-

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funktionen (γ (t^)) invariant bleiben und die Kenngrössen weiterhin langsam veränderlich sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch ständigen Vergleich von Meßwert und dem durch die Ansatzfunktionen beschriebenen Schätzwert(s)der Störung die Kenngrössen (a.) korrigiert werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bestehend aus einem Meßwertaufnehmer, digitalem Mikroprozessor mit Speicher, einer Relativuhr und einem Analog-/Digital-Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativuhr (4) den Daten-

" erfasszeitpunkt im Analog-/Digital-Wandler (2) über den Mikroprozessor (3) bestimmt, wobei der Mikroprozessor (3) die Ansatzfunktionen (γ.) generiert und die langsamen veränderlichen Kenngrössen (a.) bestimmt und die Kompensation durchführt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansatzfunktionen je nach Einsatzfall vorprogrammiert werden.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Ansatzfunktion zur Generierung der langsam veränderlichen Kenngrössen eine Schaltungsanordnung, die aus einem Demodulator (6) mit Tiefpaß (7) und einem Modulator

(8) besteht, vorgesehen ist.

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7. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung durch ein Programm im Mikroprozessor realisiert ist.

/4 130037/0053

14. Jan. 1980
Kr/ke