Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Periode eines
Signals unter Anwendung der Autokorrelation. Eine derartige Anordnung
ist Gegenstand der DE-OS
28 18 768 .The invention relates to an arrangement for measuring the period of a signal using autocorrelation. Such an arrangement is the subject of DE-OS 28 18 768 ,
Insbesondere
befaßt
sich die Erfindung mit einer Anordnung zur Messung der Periode eines
in elektrischer Form erhaltenen Signals für die Anwendung in einem Störsystem,
bei welchem die Kenntnis der Periode des empfangenen Signals notwendig
ist. Eine solche Anordnung soll so ausgelegt sein, daß sie in
Gegenwart von Störsignalen
arbeitet, was ihre Verwendung in solchen Anwendungsfällen begünstigt,
bei denen den sie enthaltenden Systemen sehr zwingende Einschränkungen
hinsichtlich der Zeit und des Umfangs der durchzuführenden
Berechnungen auferlegt sind.Especially
deals
the invention with an arrangement for measuring the period of
signal obtained in electrical form for use in a jamming system,
in which the knowledge of the period of the received signal necessary
is. Such an arrangement should be designed so that they are in
Presence of interfering signals
works, which favors their use in such applications,
where the systems containing them very stringent restrictions
with regard to the time and the scope of the work to be carried out
Calculations are imposed.
Im
Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Messung der Periode
eines Signals entwickelt worden, die zu Realisierungen geführt haben,
die mit den Anforderungen an die Meßgeschwindigkeit (Zeitkonstante
der mit geschlossener Schleife arbeitenden Meßsysteme) oder an den Umfang
der angewendeten Rechnungen (Filteranordnung mit hoher Auflösung) bestimmter
Anlagen, wie beispielsweise der Störsysteme, nicht vereinbar sind.
Typische Beispiele hierfür
sind die Störsysteme,
die dazu bestimmt sind, die Winkelmessungen zu stören, die
von Radargeräten
durchgeführt
werden, bei denen der Hauptkeule des Strahlungsdiagramms eine gleichförmige Drehbewegung
um die mechanische Achse der Antenne erteilt wird.in the
State of the art are various methods for measuring the period
of a signal that has led to realizations,
with the requirements of the measuring speed (time constant
the closed-loop measuring systems) or to the periphery
of the invoices applied (high resolution filter assembly)
Installations, such as the Störsysteme, are incompatible.
Typical examples of this
are the interference systems,
which are intended to disturb the angle measurements, the
of radars
carried out
where the main lobe of the radiation pattern is a uniform rotational motion
is granted to the mechanical axis of the antenna.
Die
Störsysteme,
die besonders für
solche Abtast-Radargeräte
ausgelegt sind, die auch unter der englischen Bezeichnung "scanning radar" bekannt sind, müssen nämlich die
Periode der Drehbewegung der Hauptstrahlungskeule so schnell wie
möglich
und mit größtmöglicher
Genauigkeit messen, um die Störung
organisieren zu können.
Die Störung
ist umso wirksamer, je schneller das Meßergebnis erhalten wird, damit
sie aufgrund aufeinanderfolgender Messungen mit möglichst
kurzer Verzögerung
eventuellen Änderungen
der Drehperiode des Abtast-Radargeräts folgen können, die gerade den Zweck
haben, das Störsystem
unwirksam zu machen. Diese schnelle Messung darf jedoch nicht auf
Kosten einer Vergrößerung des
Materialumfangs erfolgen, der zur Durchführung der mit der Messung verknüpften Rechnungen
benötigt
wird.The
jamming systems,
especially for
such scanning radars
which are also known under the English name "scanning radar" must namely the
Period of rotation of the main lobe as fast as
possible
and with the greatest possible
Measure accuracy to the fault
to be able to organize.
The disorder
is the more effective, the faster the measurement result is obtained, so
they use as possible due to successive measurements
short delay
any changes
can follow the rotation period of the scanning radar just the purpose
have, the jamming system
to render ineffective. However, this fast measurement may not be up
Cost of an increase in the
Scope of material used to carry out the calculations associated with the measurement
needed
becomes.
Die
Meßanordnung
nach der Erfindung ermöglicht
durch ein direktes Meßverfahren
die Verringerung der Dauer der Messung der Periode des Signals,
wobei gleichzeitig der Umfang der durchzuführenden Rechnungen stark beschränkt wird.The
measuring arrangement
according to the invention allows
by a direct measuring method
reducing the duration of the measurement of the period of the signal,
while at the same time the scope of the invoices to be performed is severely limited.
Die
im folgenden beschriebene Anwendung bei einem Störsystem ist nicht zwingend;
die Anordnung nach der Erfindung eignet sich in gleicher Weise für alle Anlagen,
bei denen die Periode eines Signals in sehr kurzen Zeitintervallen
bestimmt werden muß.The
the application described below in an interference system is not mandatory;
the arrangement according to the invention is equally suitable for all systems,
where the period of a signal in very short time intervals
must be determined.
Die
Messung der Frequenz eines periodischen Signals kann nach dem Stand
der Technik auf mehrere verschiedene Weisen erfolgen:
- – Eine
erste Art besteht in der Verwendung einer Gruppe von Filtern, deren
Auflösung
von der gewünschten Meßgenauigkeit
abhängt.
Diese Maßnahme
erfordert einen beträchtlichen
Materialaufwand, wenn man den ganzen Meßbereich gleichzeitig erfassen
will. Im Fall der Messung der Modulationsfrequenz eines Abtast-Radargeräts in einem
Frequenzband zwischen 20 und 300 Hz mit einer Genauigkeit in der
Größenordnung
von 1%, die eine Filterauflösung
von 0,2 bis 3 Hz zur Folge hat, benötigt man mehrere Sekunden zur Durchführung der
Messung und eine Anzahl von 100 bis 150 frequenzversetzten Filtern.
- – Eine
zweite bekannte Art besteht in einem dauernden Vergleich zwischen
dem Meßwert
des Signals und seinem Schätzwert.
Dieses Meßverfahren
ergibt eine beträchtliche
Verzögerung,
die mit einer schnellen Gewinnung des Meßwerts der Periode des Signals
schwer zu vereinbaren ist. Die Verzögerung wird durch die erforderliche
Einfangzeit der Regelschleife verursacht, die im allgemeinen groß ist, wenn
es sich um die Messung einer Periode, also um eine Frequenzmessung
handelt.
The measurement of the frequency of a periodic signal can be done in several different ways according to the prior art: - - A first type is the use of a group of filters whose resolution depends on the desired measurement accuracy. This measure requires a considerable amount of material if you want to capture the entire range at the same time. In the case of measuring the modulation frequency of a scanning radar in a frequency band between 20 and 300 Hz with an accuracy of the order of 1%, which results in a filter resolution of 0.2 to 3 Hz, it takes several seconds to perform the measurement and a number of 100 to 150 frequency offset filters.
- A second known type consists in a continuous comparison between the measured value of the signal and its estimated value. This measuring method gives a considerable delay, which is difficult to reconcile with a fast acquisition of the measured value of the period of the signal. The delay is caused by the required capture time of the control loop, which is generally large when it is the measurement of a period, so a frequency measurement.
Es
sind noch weitere Lösungen
im Stand der Technik in Betracht gezogen worden, die mit den Eigenschaften
der Spektralanalyse des Signals verknüpft sind; diese Verfahren erfordern
einen großen
Umfang an durchzuführenden
Rechnungen, insbesondere wenn sie mit einer direkten Autokorrelation
des Signals arbeiten. So ist es bei einer unter Anwendung der direkten
Autokorrelation arbeitenden Anordnung, wie sie z. B. Gegenstand
der DE-OS 28 18 768 ist,
erforderlich, die vorausgehenden Werte der Frequenz bzw. Periodendauer
des Signals zu kennen und zu speichern.Other prior art solutions have been contemplated associated with the spectral analysis properties of the signal; these methods require a large amount of computation to be performed, especially when working with a direct autocorrelation of the signal. So it is in an operating using the direct autocorrelation arrangement, as z. B. Subject of the DE-OS 28 18 768 is necessary to know and store the previous values of the frequency or period of the signal.
Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung, die eine Messung
der Periode eines Signals in einer sehr kurzen Zeit unter Vermeidung
der zuvor angeführten
Nachteile ermöglicht.task
The invention is the provision of an arrangement that provides a measurement
the period of a signal in a very short time while avoiding
the previously mentioned
Disadvantages enabled.
Nach
der Erfindung ist eine Anordnung zur Messung der Periode eines Signals
unter Anwendung der Autokorrelation gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung,
die das Signal S(t), dessen Periode gemessen werden soll, einerseits
direkt und andrerseits über
eine den Mittelwert S(t) des
Signals S(t) berechnende Integrationsschaltung empfängt und
ein Signal Q(t) liefert, das definiert ist durch: Q(t)
= 1 für
S(t) > S(t) Q(t) = –1 für S(t) ≦ S(t),eine Korrelationsschaltung, welche
die Autokorrelationsfunktion des Signals Q(t) für verschiedene der Korrelationsschaltung
erteilte Werte der Verzögerungszeit
TR berechnet, und durch eine Abschätzschaltung,
die das der Autokorrelationsfunktion entsprechende Signal C(TR) empfängt
und die Verzögerungszeit
TR in Abhängigkeit vom Wert des Signals
C(TR) so verändert, daß sie die Werte der Verzögerungszeit
TR, für
welche die Autokorrelationsfunktion zu Null wird, und für jeden
dieser Werte den Schätzwert
der Periode des Signals Q(t) und somit des Signals S(t) ermittelt.According to the invention, an arrangement for measuring the period of a signal using the autocorrelation is characterized by a comparison circuit which measures the signal S (t) whose period is to be measured, on the one hand directly and, on the other hand, over the mean value south (t) of the signal S (t) receives the integration circuit and provides a signal Q (t) defined by: Q (t) = 1 for S (t)> south (T) Q (t) = -1 for S (t) ≦ south (T), a correlation circuit which calculates the autocorrelation function of the signal Q (t) for various values of the delay time T R given to the correlation circuit; and an estimation circuit which receives the signal C (T R ) corresponding to the autocorrelation function and the delay time T R as a function of the value of the signal C (T R ) is changed so that the values of the delay time T R , for which the autocorrelation function becomes zero, and for each of these values, the estimated value of the period of the signal Q (t) and thus of the signal S (t) determined.
Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels,
das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt: Further
Advantages and features of the invention will become apparent from the following
Description of an embodiment,
which is shown in the drawing. In the drawing shows:
1a ein
Beispiel eines Signals der Dauer T, dessen Periode gemessen werden
soll, 1a an example of a signal of duration T whose period is to be measured
1b die
Autokorrelationsfunktionen CT1 und CT2 des Signals von 1a für eine unendliche
Dauer des Bezugssignals bzw. für
die Dauer T des Bezugssignals, 1b the autocorrelation functions CT 1 and CT 2 of the signal from 1a for an infinite duration of the reference signal or for the duration T of the reference signal,
1c die
Autokorrelationsfunktion des Signals Q(t) von 1a mit
dem Bezugssignal von unendlicher Dauer bzw. von der Dauer T/2, 1c the autocorrelation function of the signal Q (t) of 1a with the reference signal of infinite duration or of the duration T / 2,
2a ein
Beispiels des Signals S(t), das der Anordnung zugeführt wird, 2a an example of the signal S (t) supplied to the device,
2b ein
Beispiel für
die Quantisierung des Signals von 2a, 2 B an example of the quantization of the signal from 2a .
3 das
allgemeine Schema der Anordnung nach der Erfindung, 3 the general scheme of the arrangement according to the invention,
4 ein
Ausführungsbeispiel
der Vergleichsschaltung, 4 an embodiment of the comparison circuit,
5 ein
Ausführungsbeispiel
der Korrelationsschaltung, 5 an embodiment of the correlation circuit,
6 ein
Ausführungsbeispiel
der Abschätzschaltung
und 6 an embodiment of the estimation circuit and
7 ein
Diagramm der von der Abschätzschaltung
durchgeführten
Rechnungen. 7 a diagram of the calculations performed by the estimation circuit.
Das
Verfahren zur Messung der Periode eines Signals, auf dem die nachfolgend
beschriebene Anordnung beruht, besteht in einer direkten Messung
der Periode des Signals. Die Zeit der Bestimmung der Periode des
Signals enthält
eine Zeit zur Speicherung des untersuchten Signals, deren Wert durch
die endgültige
Meßgenauigkeit
festgelegt ist, und eine Rechenzeit, die klein im Verhältnis zur
Speicherzeit gemacht werden kann, selbst wenn Rechner geringer Kapazität verwendet
werden, wie sie beispielsweise bei Bordanlagen von Luftfahrzeugen
angetroffen werden, und zwar wegen des geringen Umfangs der Rechnungen,
die für
die von der Anordnung durchgeführte
Messung notwendig sind.The
Method for measuring the period of a signal on which the following
described arrangement consists in a direct measurement
the period of the signal. Time of determination of the period of
Contains signals
a time to store the signal under test, its value by
the final
measurement accuracy
is fixed, and a computing time that is small in relation to
Storage time can be made even when using low capacity computer
be used, for example, in aircraft on-board systems
because of the small size of the invoices,
the for
the one carried out by the arrangement
Measurement are necessary.
Das
von der Anordnung angewendete Verfahren der direkten Messung der
Periode eines Signals besteht darin, die Anzahl der Halbperioden
zu ermitteln, die zwischen zwei Nulldurchgängen der Autokorrelationsfunktion
einer vereinfachten Darstellung des untersuchten Signals verstreichen.
Diese vereinfachte Darstellung macht es möglich, die für die Berechnung
der Autokorrelationsfunktion eines Signals erforderlichen Multiplikationen
in einfache logische Operationen umzuformen. Die pseudo-periodische
Autokorrelationsfunktion eines zeitlich begrenzten periodischen
Signals wird bei der beschriebenen Anordnung für eine Dauer T/2, die gleich
der Hälfte
der Dauer des gespeicherten Signals ist periodisch gemacht. Diese
Maßnahme,
die für die
Erzielung der für
eine direkte Messung der Periode des Signals aufgrund der Periode
seiner Autokorrelationsfunktion gesuchten beträchtlichen Genauigkeit unerläßlich ist,
verringert die nutzbare Rechenzeit auf die Hälfte der Dauer des Signals.The
method of direct measurement of the arrangement used by the device
Period of a signal is the number of half periods
to determine the between two zero crossings of the autocorrelation function
a simplified representation of the examined signal elapse.
This simplified representation makes it possible for the calculation
the autocorrelation function of a signal required multiplications
to transform into simple logical operations. The pseudo-periodic
Autocorrelation function of a time-limited periodic
Signal is in the described arrangement for a duration T / 2, the same
half
the duration of the stored signal is made periodically. These
Measure,
the for the
Achieving the for
a direct measurement of the period of the signal due to the period
considerable accuracy required by its autocorrelation function is indispensable,
reduces the usable computing time to half the duration of the signal.
1a zeigt
als Beispiel ein Rechtecksignal der Dauer T. Die 1b und 1c zeigen
Beispiele der Autokorrelationsfunktion C(TR)
als Funktion der Verzögerung
TR, die aufgrund des Signals von 1a erhalten worden
sind. Die gestrichelte Kurve CT1 von 1b zeigt
die Autokorrelationsfunktion, die über eine Integrationsdauer
T für ein
Signal der in 1a gezeigten Art, jedoch von
unendlicher Dauer, erhalten wird. Die in 1b in
voller Linie gezeichnete Kurve CT2 zeigt
die Autokorrelationsfunktion, die durch Integration über die Zeit
T mit einem Signal der in 1a gezeigten
Art, jedoch von der Dauer T, erhalten wird. Die gestrichelte Kurve
CT3 von 1c zeigt
die Autokorrelationsfunktion, die durch Integration über eine
Zeitdauer T/2 für
ein Signal der in 1a gezeigten Art von unendlicher
Dauer erhalten wird, und die in vollen Linien gezeichnete Kurve
CT4 von 1c entspricht
der Autokorrelationsfunktion bei einer Integration über die
Dauer T/2 für
ein Signal der in 1 gezeigten Art
von der Dauer T. Bei diesen verschiedenen Kurven der 1b und 1c, die
der Autokorrelation des Signals von 1a mit
dem als Bezugssignal genommenen gleichen Signal entsprechen, dessen
Dauer für
die Kurven CT1, CT2,
CT3 und CT4 verschieden
ist, erkennt man, daß die
in vollen Linien gezeichnete Kurve, die der pseudo-periodischen
Autokorrelationsfunktion entspricht, die durch eine Integration über die
Zeit T/2 eines Bezugssignals der Dauer T erhalten worden ist, während eines
Zeitintervalls T/2 mit der Autokorrelationsfunktion zusammenfällt, die
durch eine Integration über
die Zeit T/2 für
ein Signal erhalten wird, das demjenigen von 1a gleich
ist, aber eine unendliche Dauer hat. Die Autokorrelation eines Signals
unendlicher Dauer über
eine endliche Zeit hat die gleiche Periode wie das Signal, das zur
Bestimmung der Autokorrelationsfunktion gedient hat. Diese Begrenzung
der Bildung der Autokorrelationsfunktion auf eine Integration der
Dauer T/2 bei einem Signal der Dauer T ermöglicht es, während einer
Zeit T/2 eine direkte Messung der Periode des geprüften Signals
dadurch zu erhalten, daß einfach
die Periode des Autokorrelationssignals während dieses Zeitintervalls
der Dauer T/2 gemessen wird. Bei der nachstehend beschriebenen Anordnung
wird diese Eigenschaft der Übereinstimmung
zwischen der Periode des Signals S(t) und der Periode des Autokorrelationssignals
C(TR) während
eines Zeitintervalls T/2 ausgenutzt. Wenn somit Q(t) das Signal
darstellt, dessen Periode berechnet werden soll, führt die
Korrelationsschaltung die folgende Operation durch: 1a shows as an example a rectangular signal of duration T. The 1b and 1c show examples of the autocorrelation function C (T R ) as a function of the delay T R due to the signal from 1a have been obtained. The dashed curve CT 1 of 1b shows the autocorrelation function, which over an integration period T for a signal of in 1a shown, but of infinite duration, is obtained. In the 1b Curve drawn in full line CT 2 shows the autocorrelation function which is obtained by integration over time T with a signal of in 1a shown type, but of the duration T, is obtained. The dashed curve CT 3 of 1c shows the autocorrelation function obtained by integration over a period T / 2 for a signal of in 1a of infinite duration shown, and the solid line curve CT 4 of 1c corresponds to the autocorrelation function when integrated over the duration T / 2 for a signal in 1 shown type of duration T. In these different curves of 1b and 1c that the autocorrelation of the signal from 1a with the same signal taken as the reference signal, the duration of which is different for the curves CT 1 , CT 2 , CT 3 and CT 4 , it can be seen that the curve drawn in solid lines corresponding to the pseudo-periodic autocorrelation function is represented by a Integration over time T / 2 of a reference signal of duration T, during a time interval T / 2 coincides with the autocorrelation function obtained by integration over time T / 2 for a signal similar to that of FIG 1a is the same, but has an infinite duration. The autocorrelation of an infinite duration signal over a finite time has the same period as the signal used to determine the autocorrelation function. This limitation of the formation of the autocorrelation function to an integration of duration T / 2 for a signal of duration T makes it possible to directly measure the period of the signal under test during a time T / 2 by simply taking the period of the autocorrelation signal during this time interval the duration T / 2 is measured. In the arrangement described below, this property of coincidence between the period of the signal S (t) and the period of the auto-correlation signal C (T R ) during a time interval T / 2 is utilized. Thus, if Q (t) represents the signal whose period is to be calculated, the correlation circuit performs the following operation:
Darin
gilt für
die Funktion R(t): R(t) = Q(t) für 0 < t ≦ T/2 R(t) = 0 für
T/2 < t < T The following applies to the function R (t): R (t) = Q (t) for 0 <t ≦ T / 2 R (t) = 0 for T / 2 <t <T
Die
direkte Messung der Periode des Signals ergibt eine Verzögerung T,
die in der Größenordnung des
Zweifachen der Dauer T/2 der angewendeten Autokorrelationsfunktion
liegt. Diese Zeit T/2 entspricht im wesentlichen der Zeitkonstante,
die in Anordnungen des Standes der Technik für die Ausbildung eines Schleifensystems
angewendet wird. Diese Schleifenanordnungen zur Messung der Periode
eines Signals erfordern im allgemeinen eine Einfangzeit, die in
der Größenordnung
des Fünf-
bis Zehnfachen der Zeitkonstante liegt, insbesondere wenn eine große Genauigkeit
erwünscht
ist.The
direct measurement of the period of the signal gives a delay T,
those of the order of magnitude
Twice the duration T / 2 of the applied autocorrelation function
lies. This time T / 2 corresponds essentially to the time constant,
those in prior art arrangements for the formation of a loop system
is applied. These loop arrangements for measuring the period
of a signal generally require a trapping time which in
of the order of magnitude
of the
to ten times the time constant, especially if a high accuracy
he wishes
is.
Bei
der beschriebenen Anordnung sucht man im Fall einer direkten Messung
die Meßverzögerung zu begrenzen,
wodurch es im Fall der Verwendung der Anordnung in einem Störsystem
möglich
wird, eine schnellere und wirksamere Störung zu erzielen, beispielsweise
bei einem Zielverfolgungs-Abtastradargerät.at
the described arrangement is sought in the case of a direct measurement
limit the measurement delay,
which makes it in case of using the arrangement in a jamming system
possible
will achieve a faster and more effective disruption, for example
in a tracking tracking radar device.
2a zeigt
ein Beispiel für
ein Signal S(t), dessen Periode bestimmt werden soll. Um eine Autokorrelationsfunktion
zu vermeiden, die einer großen
Integrationszeit des direkten Signals S(t) entspricht, wird bei der
hier beschriebenen Anordnung eine vereinfachte Darstellung dieses
Signals S(t) verwendet, dessen Periode bestimmt werden soll. Die
Anordnung verwendet die in 2b gezeigte
vereinfachte Darstellung. Das Signal Q(t), das dieser vereinfachten
Darstellung des Signals S(t) entspricht, wird auf folgende Weise
erhalten:
- – Die
Funktion Q(t) ist gleich +1, wenn das Signal S(t) größer als S(t) ist;
- – die
Funktion Q(t) ist gleich –1,
wenn das Signal S(t) kleiner als S(t) ist.
2a shows an example of a signal S (t) whose period is to be determined. In order to avoid an autocorrelation function corresponding to a large integration time of the direct signal S (t), the arrangement described here uses a simplified representation of this signal S (t) whose period is to be determined. The arrangement uses the in 2 B shown simplified representation. The signal Q (t) corresponding to this simplified representation of the signal S (t) is obtained in the following way: - The function Q (t) is equal to +1 if the signal S (t) is greater than S (t) is;
- The function Q (t) is equal to -1 if the signal S (t) is less than S (t) is.
3 zeigt
das allgemeine Schema einer Anordnung, mit der die Periode des Signals
S(t) aufgrund seiner vereinfachten Darstellung Q(t) gewonnen werden
kann. 3 shows the general scheme of an arrangement with which the period of the signal S (t) can be obtained on the basis of its simplified representation Q (t).
Diese
Anordnung enthält
von ihrem Eingang E aus hintereinander eine Abtast- und Codierschaltung 18,
eine Speicherschaltung 17, eine Vergleichsschaltung 10,
die das Signal Q(t) liefert, eine Korrelationsschaltung 12,
die für
eine gegebene Verzögerungszeit
TR den Wert der Autokorrelationsfunktion
des Signals Q(t) über
eine auf den Wert T begrenzte Zeitdauer mit dem als Bezugssignal
der auf T/2 begrenzten Dauer genommenen gleichen Signal Q(t) berechnet,
und eine Abschätzschaltung 13,
welche die geschätzte
Periode der Autokorrelationsfunktion des Signals Q(t) liefert. Die
Abschätzschaltung 13 steuert
auch die Korrelationsschaltung 12, indem sie es ermöglicht,
den Wert TR der Verzögerungszeit zu berechnen, die
der Korrelationsschaltung 12 zur Durchführung der Autokorrelationsfunktion
des Signals Q(t) erteilt wird. Eine Integrationsschaltung 11 ist
einerseits an den Ausgang der Speicherschaltung 17 und
andrerseits an die Vergleichsschaltung 10 angeschlossen.This arrangement contains from its input E in succession a scanning and coding circuit 18 , a memory circuit 17 , a comparison circuit 10 , which provides the signal Q (t), a correlation circuit 12 which for a given delay time T R, genomizes the value of the autocorrelation function of the signal Q (t) over a time limited to the value T with the duration limited to T / 2 as the reference signal the same signal Q (t) is calculated, and an estimator circuit 13 which provides the estimated period of the autocorrelation function of the signal Q (t). The estimator circuit 13 also controls the correlation circuit 12 by allowing the value T R of the delay time to be calculated, that of the correlation circuit 12 for performing the auto-correlation function of the signal Q (t). An integration circuit 11 is on the one hand to the output of the memory circuit 17 and on the other hand to the comparison circuit 10 connected.
Die
Abtast- und Codierschaltung 18 entnimmt dem an den Eingang
E der Anordnung angelegten Signal S(t) der Dauer T einen Abtastwert.
Die Anzahl der im Zeitintervall der Länge T enthaltenen Abtastwerte hängt von
der Genauigkeit ab, die man für
die vereinfachte Darstellung des Signals S(t) entsprechende Funktion
Q(t) zu erhalten wünscht.
Jeder Abtastwert wird in ein Binärwort
umgewandelt, wodurch eine einfache Speicherung der Abtastwerte in
der Speicherschaltung 17 ermöglicht wird. Eine Codierung
der Amplituden der Abtastwerte des Signals S(t) in binärer Form
ermöglicht
ferner eine digitale Verarbeitung in der anschließenden Anordnung
und damit eine Vereinfachung der Schaltungen und einen beträchtlichen
Zeitgewinn. Die Vergleichsschaltung 10 empfängt somit
nacheinander die Abtastwerte des Signals S(t) während eines Zeitintervalls
der Dauer T. Die Integrationsschaltung 11 berechnet den
Mittelwert S(t), welcher der
Vergleichsschaltung 10 als Bezugswert zur Bestimmung der
Funktion Q(t) in der Weise dient, daß für S(t) ≧ S(t)
die Funktion Q(t) gleich +1 und für S(t) < S(t)
die Funktion Q(t) gleich –1
ist. Man erhält
somit am Ausgang der Vergleichsschaltung 10 ein Signal
Q(t), das einer vereinfachten Darstellung des Signals S(t) der Dauer
T entsprechend dem in 2b gezeigten Beispiel ist. In 2b ist
angenommen, daß S(t) den Wert Null hat. Das
Signal Q(t) wird an die Klemme 14 der Korrelationsschaltung 12 angelegt.
In einem ersten Zeitabschnitt berechnet die Korrelationsschaltung 12 die
Autokorrelationsfunktion C(TR) mit einer
Verzögerungszeit
TR = 0; die Autokorrelationsfunktion C(0)
wird dann an die Abschätzschaltung 13 angelegt.
Die Abschätzschaltung 13 erhöht die Verzögerungszeit,
für welche
die Autokorrelationsfunktion soeben berechnet worden ist, um einen vorbestimmten
Wert ΔTR. Diese schrittweisen Erhöhungen werden
beendet, wenn die Autokorrelationsfunktion C(TR)
zum ersten Mal das Vorzeichen wechselt. Der auf diese Weise bestimmte
Wert TR = nΔTR (wobei
n eine ganze Zahl ist) entspricht dem ersten Schätzwert beim ersten Durchgang
der Autokorrelationsfunktion durch ihren Mittelwert. Aufgrund dieses
Wertes bestimmt die Abschätzschaltung 13 dann
einen ersten Schätzwert
der Periode P des Autokorrelationssignals und damit der gesuchten
Periode, und sie überträgt an der
Klemme 16 zu der Korrelationsschaltung 12 einen
korrigierten Wert TR der Verzögerungszeit,
der die Verfeinerung der Messung der Periode des Signals Q(t) und
damit des Signals S(t) über
den Wert der Autokorrelationsfunktion C(TR)
ermöglicht.
Die auf diese Weise zwischen der Korrelationsschaltung 12 und
der Abschätzschaltung 13 gebildete Schleife
ergibt eine Konvergenz der an die Korrelationsschaltung 12 angelegten
Werte der Verzögerungszeit TR zum Wert T/2 hin, wodurch es möglich ist,
einen Wert der Periode des Signals S(t) auf dem Umweg über den
Wert der Periode des Signals Q(t) zu erhalten, dessen Genauigkeit
mit der Anzahl der Umläufe
in der Schleife zunimmt. In der folgenden Beschreibung wird der
geschätzte
Wert der Periode des Signals S(t) mit P ^ bezeichnet.The sampling and encoding circuit 18 takes from the signal S (t) of duration T applied to the input E of the device a sample value. The number of samples contained in the time interval of the length T depends on the accuracy one wishes to obtain for the simplified representation of the signal S (t) corresponding function Q (t). Each sample is converted to a binary word, allowing easy storage of the samples in the memory circuit 17 is possible. Coding the amplitudes of the samples of the signal S (t) in binary form further enables digital processing in the subsequent arrangement and thus simplification of the circuits and considerable time savings. The comparison circuit 10 thus successively receives the samples of the signal S (t) during a time interval of duration T. The integration circuit 11 calculates the mean south (t), which of the comparison circuit 10 serves as a reference value for determining the function Q (t) in such a way that for S (t) ≧ south (t) the function Q (t) is +1 and for S (t) < south (t) the function Q (t) is equal to -1. One thus obtains at the output of the comparison circuit 10 a signal Q (t), which is a simplified representation of the signal S (t) of duration T corresponding to the in 2 B shown example. In 2 B is assumed that south (t) has the value zero. The signal Q (t) is applied to the terminal 14 the correlation circuit 12 created. In a first period, the correlation circuit calculates 12 the autocorrelation function C (T R ) with a delay time T R = 0; the autocorrelation function C (0) is then sent to the estimator circuit 13 created. The estimator circuit 13 increases the delay time for which the autocorrelation function has just been calculated by a predetermined value ΔT R. These incremental increases are terminated when the autocorrelation function C (T R ) changes sign for the first time. The thus-determined value T R = nΔT R (where n is an integer) corresponds to the first estimate at the first pass of the autocorrelation function by its mean value. Because of this value, the estimator determines 13 then a first estimate of the period P of the autocorrelation signal and thus the searched period, and it transmits at the terminal 16 to the correlation circuit 12 a corrected value T R of the delay time, which enables the refinement of the measurement of the period of the signal Q (t) and thus of the signal S (t) via the value of the autocorrelation function C (T R ). That way between the correlation circuit 12 and the estimator circuit 13 The resulting loop gives a convergence to the correlation circuit 12 applied values of the delay time T R to the value T / 2, whereby it is possible to obtain a value of the period of the signal S (t) on the detour over the value of the period of the signal Q (t), its accuracy with the number the rounds in the loop increases. In the following description, the estimated value of the period of the signal S (t) is denoted by P ^.
4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Vergleichsschaltung 10 und der Integrationsschaltung 11. 4 shows an embodiment of the comparison circuit 10 and the integration circuit 11 ,
Die
eigentliche Vergleichsschaltung 10 enthält einen Komparator 20,
der einerseits direkt das Signal S(t) und andrerseits den Mittelwert S(t) des gleichen Signals über die
Integrationsschaltung 11 empfängt. Der Ausgang des Komparators 20 ist
mit einer Subtrahierschaltung 22 einerseits direkt und
andrerseits über
eine Inverterschaltung 21 verbunden.The actual comparison circuit 10 contains a comparator 20 , on the one hand directly the signal S (t) and on the other hand the mean value south (t) of the same signal via the integration circuit 11 receives. The output of the comparator 20 is with a subtraction circuit 22 on the one hand directly and on the other hand via an inverter circuit 21 connected.
5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Korrelationsschaltung 12. Sie enthält einen Gleichheits-Komparator 31,
der an die Klemme 14, die dem Ausgang der Vergleichsschaltung 10 entspricht,
einerseits direkt und andrerseits über eine Verzögerungsschaltung 30 angeschlossen
ist. Der Ausgang des Gleichheits-Komparators 31 ist mit
einer Subtrahierschaltung 33 einerseits direkt und andrerseits über eine
Inverterschaltung 32 verbunden. Eine Integrationsschaltung 34 ist
einerseits mit dem Ausgang der Subtrahierschaltung 33 und andrerseits
mit einer das Integrationsintervall bestimmenden Schaltung 36 über eine
Verzögerungsschaltung 35 verbunden.
Die beiden Verzögerungsschaltungen 30 und 35 sind
mit der Klemme 16 verbunden, an die die Abschätzschaltung 13 angeschlossen
ist. Das an der Klemme 16 erhaltene Signal ermöglicht die
Einstellung des Wertes der Verzögerungszeit
der Verzögerungsschaltungen 30 und 35,
die für
die beiden Verzögerungsschaltungen
gleich ist. Die Schaltung 36, die das Integrationsintervall
der Integrationsschaltung 34 bestimmt, liefert eine Funktion
des Wertes 1 während
eines Zeitintervalls T/2; das Integrationszeitintervall entspricht
somit einer Summierung vom Zeitpunkt t = TR bis
zum Zeitpunkt t = TR + T/2. Der Ausgang
der Integrationsschaltung 34 ist mit der Abschätzschaltung 13 über eine
Klemme 15 verbunden; mit C(TR)
wird das Signal bezeichnet, das von der Integrationsschaltung 34 abgegeben
wird und der Autokorrelationsfunktion der Funktion Q(t) für eine Verzögerungszeit
des Wertes TR entspricht. 5 shows an embodiment of the correlation circuit 12 , It contains a equality comparator 31 who is at the terminal 14 that is the output of the comparator 10 corresponds on the one hand directly and on the other hand via a delay circuit 30 connected. The output of the equality comparator 31 is with a subtraction circuit 33 on the one hand directly and on the other hand via an inverter circuit 32 connected. An integration circuit 34 is on the one hand with the output of the subtractor 33 and on the other hand with an integration interval determining circuit 36 via a delay circuit 35 connected. The two delay circuits 30 and 35 are with the clamp 16 connected to the the estimator circuit 13 connected. That at the terminal 16 The signal obtained enables the value of the delay time of the delay circuits to be set 30 and 35 which is the same for the two delay circuits. The circuit 36 indicating the integration interval of the integration circuit 34 determines, returns a function of value 1 during a time interval T / 2; the integration time interval thus corresponds to a summation from the time t = T R to the time t = T R + T / 2. The output of the integration circuit 34 is with the estimator circuit 13 over a clamp 15 connected; C (T R ) is the signal coming from the integration circuit 34 and corresponds to the autocorrelation function of the function Q (t) for a delay time of the value T R.
Die
Vergleichsschaltung 10 und die Autokorrelationsschaltung 12 arbeiten
in folgender Weise:
Der Ausgang E' der Speicherschaltung 17 liefert
Signale, die den aufeinanderfolgenden Abtastwerten des Signals S(t)
entsprechen, das dem Eingang einer Anordnung während einer Dauer T zugeführt wird.
Diese Abtastwerte werden nacheinander an der Klemme E' entweder in Form
einer Analogspannung oder in Form eines beispielsweise durch Binärwörter gebildeten
digitalen Signals geliefert. Die Integrationsschaltung 11 bestimmt den
Mittelwert der Amplitude dieser Abtastwerte. Mit S(t) wird der Mittelwert bezeichnet, der über eine
ausreichend lange vorbestimmte Integrationszeit von der Integrationsschaltung 11 berechnet
wird. Die Vergleichsschaltung 20 empfängt dann einerseits den von
der Integrationsschaltung 11 gelieferten Mittelwert S(t) und andrerseits die
aufeinanderfolgenden Abtastwerte des Signals S(t). Die Vergleichsschaltung 20 liefert
ein Signal des Wertes 1, wenn die Ungleichung S(t) > S(t) erfüllt ist. Die Inverterschaltung 21 liefert
zur Subtrahierschaltung 22 das Komplement der von der Vergleichsschaltung 20 abgegebenen
digitalen Signale. Somit erhält
man an den Eingängen
der Subtrahierschaltung 22 einerseits über die direkte Verbindung
zwischen der Vergleichsschaltung und der Subtrahierschaltung digitale
Signale des Wertes 0 oder +1 und andrerseits am zweiten Eingang
der Subtrahierschaltung 22 das komplementäre Signal
des von der Vergleichsschaltung 20 abgegebenen direkten
Signals. Das Ergebnis der von der Subtrahierschaltung 22 durchgeführten Subtraktion entspricht
der Funktion Q(t), von der ein Beispiel in 2b gezeigt
ist. Das Signal Q(t), das an der Ausgangsklemme 14 der
Vergleichsschaltung 10 erscheint, wird dem Eingang der
Korrelationsschaltung 12 zugeführt. Der Gleichheits-Komparator 31 (5)
empfängt
somit einerseits direkt das an der Klemme 14 abgegebene Signal
Q(t) und andrerseits das gleiche Signal Q(t) über die Verzögerungsschaltung 30,
die eine Verzögerungszeit
TR einführt,
die durch das an die Steuerklemme 16 angelegte Signal bestimmt
ist. Wenn die Gleichheit der Signale erfüllt ist, liefert der Gleichheits-Komparator 31 ein
Signal des Wertes 1. In gleicher Weise wie bei der Vergleichsschaltung 10 wird
das vom Gleichheits-Komparator 31 abgegebene Signal I(t)
einer Subtrahierschaltung 33 einerseits direkt und andrerseits über die
Inverterschaltung 32 zugeführt, wobei die Inverterschaltung 32 den
Komplementärwert
des vom Gleichheitskomparator 31 gelieferten Signals I(t)
bildet. Man erhält
dann am Ausgang der Subtrahierschaltung 33 ein Signal des
Wertes +1, wenn die beiden Signale Q(t) und Q(t – TR)
gleich sind, und ein Signal des Wertes –1, wenn diese beiden Signale
verschieden sind. Die Integrationsschaltung 34 führt die
Summierung der von der Subtrahierschaltung 33 abgegebenen
Signale während eines
Zeitintervalls der Dauer T/2 durch, die durch die Steuerschaltung 36 bestimmt
ist; dieses Integrationszeitintervall beginnt im Zeitpunkt t = TR, der durch die Verzögerungsschaltung 35 bestimmt
ist, der eine Verzögerung
TR einführt,
die durch ein von der Schaltung 36 abgegebenes Signal gesteuert
wird. Man erhält
somit an der Ausgangsklemme 15 der Integrationsschaltung 34 die
Summierung der Ausgangssignale der Subtrahierschaltung 33 über ein
Zeitintervall der Dauer T/2, das im Zeitpunkt t = TR beginnt.
Dieses Signal C(TR) entspricht der Autokorrelationsfunktion
des Signals Q(t), das an die Eingangsklemme 14 der Korrelationsschaltung 12 angelegt
wird. Da das Eingangssignal S(t) durch Abtastwerte gebildet ist,
deren Gesamtzahl einem Zeitintervall der Dauer T entspricht, ist
die Steuerschaltung 36 für die Integrationsschaltung 34 ein
Taktgeber, der ein Signal liefert, das durch Rechteckimpulse der
Dauer T/2 und der Periode T gebildet ist. Die von der Verzögerungsschaltung 35 eingeführte Verzögerung TR ermöglicht
die Begrenzung der Integration auf die Zeitdauer TR < t < TR +
T/2. Diese Begrenzung der Dauer der Autokorrelationszeit macht es
möglich,
eine periodische Autokorrelationsfunktion C(TR)
im Verlauf einer Dauer T/2 zu erhalten, wie dies in 1c gezeigt
ist, die sich auf ein Signal Q(t) von Rechteckform mit der Periode
T/2 bezieht. Die Periode dieser Autokorrelationsfunktion ist somit
in diesem Zeitintervall der Länge
T/2 gleich derjenigen des zu messenden Signals. Wenn man eine Abschätzung P ^ der
Periode an der Autokorrelationsfunktion durchführt, hat man den Vorteil des
Gewinns an Störabstand,
der durch die Autokorrelation erbracht worden ist. Die Abschätzung der
Periode P ^ wird von der Abschätzschaltung 13 durchgeführt. Man
erhält
sie durch Zählung
der Anzahl n der Halbperioden, die zwischen dem ersten Nulldurchgangs-Zeitpunkt
t0(1) und dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs
Nr. n + 1 der Autokorrelationsfunktion liegen: The comparison circuit 10 and the autocorrelation circuit 12 work in the following way:
The output E 'of the memory circuit 17 provides signals corresponding to the successive samples of the signal S (t) applied to the input of an array during a period T. These samples are successively supplied to terminal E 'either in the form of an analog voltage or in the form of a digital signal formed, for example, by binary words. The integration circuit 11 determines the mean of the amplitude of these samples. With south (t) is the average value that has been determined by the integration circuit for a sufficiently long predetermined integration time 11 is calculated. The comparison circuit 20 then receives the one hand from the integration circuit 11 supplied mean value south (t) and on the other hand, the successive samples of the signal S (t). The comparison circuit 20 returns a signal of value 1 if the inequality S (t)> south (t) is satisfied. The inverter circuit 21 supplies to the subtractor circuit 22 the complement of the comparison circuit 20 delivered digital signals. Thus one obtains at the inputs of the subtraction circuit 22 on the one hand via the direct connection between the comparison circuit and the subtracting digital signals of the value 0 or +1 and on the other hand at the second input of the subtracting circuit 22 the complementary signal from that of the comparator 20 delivered direct signal. The result of the subtraction circuit 22 Subtraction performed corresponds to the function Q (t), of which an example in 2 B is shown. The signal Q (t), which is at the output terminal 14 the comparison circuit 10 appears, becomes the input of the correlation circuit 12 fed. The equality comparator 31 ( 5 ) thus receives on the one hand directly on the terminal 14 output signal Q (t) and on the other hand, the same signal Q (t) via the delay circuit 30 , which introduces a delay time T R , passing through the to the control terminal 16 applied signal is determined. If the equality of the signals is satisfied, the equality comparator provides 31 a signal of value 1. In the same way as in the comparison circuit 10 becomes the equality comparator 31 output signal I (t) of a subtractor 33 on the one hand directly and on the other hand via the inverter circuit 32 supplied, wherein the inverter circuit 32 the complementary value of the equality comparator 31 supplied signal I (t) forms. One then obtains at the output of the subtraction circuit 33 a signal of value +1, if the two signals Q (t) and Q (t - T R ) are equal, and a signal of value -1, if these two signals are different. The integration circuit 34 performs the summation of the subtraction circuit 33 emitted signals during a time interval of duration T / 2 by the control circuit 36 is determined; this integration time interval begins at the time t = T R , which passes through the delay circuit 35 is determined, which introduces a delay T R , by one of the circuit 36 output signal is controlled. One thus obtains at the output terminal 15 the integration circuit 34 the summation of the output signals of the subtraction circuit 33 over a time interval of duration T / 2 beginning at time t = T R. This signal C (T R ) corresponds to the autocorrelation function of the signal Q (t) applied to the input terminal 14 the correlation circuit 12 is created. Since the input signal S (t) is formed by samples whose total number corresponds to a time interval of duration T, the control circuit is 36 for the integration circuit 34 a clock providing a signal constituted by square pulses of duration T / 2 and period T. The of the delay circuit 35 introduced delay T R allows the limitation of the integration on the time period T R <t <T R + T / 2. This limitation on the duration of the autocorrelation time makes it possible to obtain a periodic autocorrelation function C (T R ) over a duration T / 2, as shown in FIG 1c which refers to a signal Q (t) of rectangular shape with the period T / 2. The period of this autocorrelation function is thus equal to that of the signal to be measured in this time interval of length T / 2. Carrying out an estimate P ^ of the period on the autocorrelation function, one has the advantage of gain in signal to noise ratio, which has been provided by the autocorrelation. The estimation of the period P ^ is made by the estimator circuit 13 carried out. It is obtained by counting the number n of half periods between the first zero crossing time t 0 (1) and the time of the zero crossing number n + 1 of the autocorrelation function:
Die
Abschätzschaltung 13 hat
also die Aufgabe, die Lage der aufeinanderfolgenden Nulldurchgänge der
von der Korrelationsschaltung 12 berechneten Autokorrelationsfunktion
C(TR) zu bestimmen. Ein Ausführungsbeispiel
der Abschätzschaltung 13 ist
in 6 gezeigt.The estimator circuit 13 So has the task, the location of the successive zero crossings of the correlation circuit 12 calculated autocorrelation function C (T R ) to determine. An embodiment of the estimation circuit 13 is in 6 shown.
Sie
enthält
eine erste Rechenschaltung 48, die an den Ausgang 15 der
Korrelationsschaltung 12 über einen gesteuerten Schalter 47 mit
zwei Ausgängen
angeschlossen ist. Diese erste Rechenschaltung 48 ist außerdem an
eine zweite Rechenschaltung 54 und an einen Speicher 49 angeschlossen,
in welchem der Grenzwert gespeichert ist, den die Verzögerungszeit
TR annehmen kann. Die Steuerung des Schalters 47 erfolgt
direkt durch die Rechenschaltung 48. Die zweite Rechenschaltung 54 ist
mit dem gesteuerten Schalter 47 über eine dritte Rechenschaltung 50 verbunden.
Der Ausgang der dritten Rechenschaltung 50 sowie der Ausgang der
ersten Rechenschaltung 48 sind mit einer vierten Rechenschaltung 43 verbunden.
Die Ausgangsklemme S der Abschätzschaltung 13 ist
mit der zweiten Rechenschaltung 54 über einen gesteuerten Schalter 52 und eine
damit in Kaskade geschaltete Speicherschaltung 53 verbunden.
Eine Addierschaltung 41 und eine Subtrahierschaltung 42 sind
jeweils an einem ihrer Eingänge
mit der vierten Rechenschaltung 43 und an ihrem zweiten
Eingang mit der zweiten Rechenschaltung 54 verbunden. Der
Ausgang der Addierschaltung 41 und der Ausgang der Subtrahierschaltung 42 sind
mit einer Multiplexierschaltung 40 verbunden, deren Steuereingang
an die vierte Rechenschaltung 43 angeschlossen ist. Der
Ausgang der Multiplexierschaltung 40 ist mit der Steuerklemme 16 der
Rechenschaltung 12 verbunden, welche die Verzögerungszeit
TR der Korrelationsfunktion C(TR)
bestimmt. Der Ausgang der Multiplexierschaltung 40 ist
auch mit dem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 44 verbunden,
deren zweiter Eingang an eine Speicherschaltung 45 angeschlossen
ist. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 44 steuert den
Schalter 52. Die Gesamtheit der gesteuerten Schalter 47 und 52 sowie
die Multiplexierschaltung 44 können beispielsweise mit Hilfe
von digitalen Verknüpfungsschaltungen, beispielsweise
nach Art von UND-Schaltungen, realisiert sein.It contains a first calculation circuit 48 to the exit 15 the correlation circuit 12 via a controlled switch 47 is connected with two outputs. This first calculation circuit 48 is also a second arithmetic circuit 54 and to a store 49 connected, in which the limit value is stored, which can take the delay time T R. The control of the switch 47 takes place directly through the calculation circuit 48 , The second calculation circuit 54 is with the controlled switch 47 via a third computing circuit 50 connected. The output of the third arithmetic circuit 50 and the output of the first arithmetic circuit 48 are with a fourth calculation circuit 43 connected. The output terminal S of the estimator circuit 13 is with the second calculation circuit 54 via a controlled switch 52 and a memory circuit connected in cascade with it 53 connected. An adder circuit 41 and a subtracting circuit 42 are each at one of their inputs with the fourth arithmetic circuit 43 and at its second input to the second arithmetic circuit 54 connected. The output of the adder circuit 41 and the output of the subtractor circuit 42 are with a multiplexing circuit 40 whose control input to the fourth computing circuit 43 connected. The output of the multiplexing circuit 40 is with the control terminal 16 the calculation circuit 12 which determines the delay time T R of the correlation function C (T R ). The output of the multiplexing circuit 40 is also connected to the first input of a comparison circuit 44 whose second input is connected to a memory circuit 45 connected. The output of the comparison circuit 44 controls the switch 52 , The entirety of the controlled switches 47 and 52 and the multiplexing circuit 44 can for example be realized with the aid of digital logic circuits, for example in the manner of AND circuits.
Die
Abschätzschaltung 13 hat
die folgende Funktionsweise: Bei jeder Übertragung des abgetasteten Signals
S(t) zur Speicherschaltung 17 während eines Zeitintervalls
T wird der ersten Rechenschaltung 48 ein Auslösesignal
von einem hier nicht dargestellten Taktgeber zugeführt. Das
Auslösesignal
hat zur Folge, daß einerseits
der Schalter 47 so eingestellt wird, daß nur die erste Rechenschaltung 48 mit
der Korrelationsschaltung 12 verbunden ist, und daß andrerseits
das Signal für
die Verzögerungszeit
TR, das an die Steuerklemme 16 der
Korrelationsschaltung 12 über die vierte Rechenschaltung 43,
die Addierschaltung 41 oder die Subtrahierschaltung 42 und
die Multiplexierschaltung 40 angelegt wird, auf Null zurückgestellt
wird. Diese Übertragung
des der Verzögerungszeit
TR entsprechenden Signals von der ersten
Rechenschaltung 48 erfolgt ohne Problem, weil die dritte
Rechenschaltung 50, welche die Subtraktionsschaltung 42, die
Addierschaltung 41 und die vierte Rechenschaltung 43 steuert,
nicht mit der Korrelationsschaltung 12 verbunden ist. Unabhängig davon,
welche Stellung beispielsweise die Multiplexierschaltung 40 hat,
geht somit das Signal für
die Verzögerungszeit
TR in identischer Weise und ohne Veränderung
entweder über
die Addierschaltung 41 oder über die Subtrahierschaltung 42.The estimator circuit 13 has the following operation: Each time the sampled signal S (t) is transferred to the memory circuit 17 during a time interval T, the first arithmetic circuit 48 a trigger signal supplied from a clock, not shown here. The trigger signal has the consequence that on the one hand the switch 47 is set so that only the first calculation circuit 48 with the correlation circuit 12 and, on the other hand, the signal for the delay time T R applied to the control terminal 16 the correlation circuit 12 via the fourth calculation circuit 43 , the adder circuit 41 or the subtraction circuit 42 and the multiplexing circuit 40 is created, reset to zero. This transmission of the signal corresponding to the delay time T R from the first computing circuit 48 done without problem, because the third arithmetic circuit 50 which the subtraction circuit 42 , the adder circuit 41 and the fourth arithmetic circuit 43 controls, not with the correlation circuit 12 connected is. Regardless of which position, for example, the multiplexing circuit 40 Thus, the signal for the delay time T R is in an identical manner and without change either via the adder 41 or via the subtraction circuit 42 ,
In
einem ersten Zeitabschnitt empfängt
somit die erste Rechenschaltung 48 von der Korrelationsschaltung 12 das
Signal, das dem Wert der Autokorrelationsfunktion C(TR)
für eine
Verzögerungszeit
TR = 0 entspricht. Die erste Rechenschaltung 48 prüft, ob die
Autokorrelationsfunktion positiv ist. Wenn das Ergebnis dieser Prüfung positiv
ist, liefert die erste Rechenschaltung 48 dann zur Korrelationsschaltung 12,
wie zuvor beschrieben wurde, ein Verzögerungssignal, das durch die
folgende Rekursionsformel definiert ist: TRm = TRm1 + 2m ΔTR In a first time period thus receives the first arithmetic circuit 48 from the correlation circuit 12 the signal corresponding to the value of the autocorrelation function C (T R ) for a delay time T R = 0. The first calculation circuit 48 checks if the autocorrelation function is positive. If the result of this check is positive, the first arithmetic circuit supplies 48 then to the correlation circuit 12 as previously described, a delay signal defined by the following recursion formula: T rm = T Rm1 + 2 m .DELTA.T R
Darin
stellt m die Nummer des von Null verschiedenen Verzögerungssignals
dar, das von der ersten Rechenschaltung 48 geliefert worden
ist. Wenn das Ergebnis der Prüfung
negativ wird, liefert die erste Rechenschaltung 48 einerseits
ein Steuersignal zum Schalter 47, wodurch der Ausgang der
Korrelationsschaltung 12 von der ersten Rechenschaltung 48 getrennt
und mit der dritten Rechenschaltung 50 verbunden wird, und
andrerseits ein Signal t ^0(1) zur zweiten
Rechenschaltung 54, das durch folgenden Ausdruck definiert
ist: indem
nacheinander der Korrelationsschaltung 12 eine Verzögerung von
2·TRm-1 und von TRm-1 erteilt
wird, wobei der zuletzt erwähnte
Wert der Verzögerungszeit über die
vierte Rechenschaltung 43, die Addierschaltung 41 oder
die Subtrahierschaltung 42 und die Multiplexierschaltung 40 an
die Korrelationsschaltung 12 angelegt bleibt.Therein, m represents the number of the non-zero delay signal from that of the first arithmetic circuit 48 has been delivered. If the result of the test becomes negative, the first arithmetic circuit supplies 48 on the one hand a control signal to the switch 47 , whereby the output of the correlation circuit 12 from the first arithmetic circuit 48 separated and with the third calculation circuit 50 and, on the other hand, a signal t ^ 0 (1) to the second arithmetic circuit 54 which is defined by the following expression: by successively the correlation circuit 12 a delay of 2 * T Rm-1 and T Rm-1 is given, the last-mentioned value of the delay time via the fourth calculation circuit 43 , the adder circuit 41 or the subtraction circuit 42 and the multiplexing circuit 40 to the correlation circuit 12 remains invested.
Die
zweite Rechenschaltung 54 bestimmt dann den ersten Schätzwert P ^(1) der Periode des Signals Q(t) und somit
des an den Eingang E der Anordnung angelegten Signals S(t) mit Hilfe
der folgenden Beziehung: P ^(1) =
4 t ^0(1). The second calculation circuit 54 then determines the first estimate P ^ (1) of the period of the signal Q (t) and thus of the signal S (t) applied to the input E of the device using the following relationship: P ^ (1) = 4 t ^ 0 (1) ,
Das
diesem Schätzwert
der Periode des Signals S(t) entsprechende Signal wird anschließend über den
gesteuerten Schalter 52 zur Speicherschaltung 53 übertragen.
Diese setzt die Meßanordnung
erneut in Gang, wenn die der Korrelationsschaltung 12 erteilte
Verzögerungszeit
TR größer als
die Zeit T/2 ist. Diese Prüfung
wird von der Vergleichsschaltung 44 durchgeführt, die
mit der Speicherschaltung 45 verbunden ist, in welcher
der Wert von T/2 beispielsweise in Form von Binärwörtern gespeichert ist.The signal corresponding to this estimated value of the period of the signal S (t) is subsequently transmitted via the controlled switch 52 to the memory circuit 53 transfer. This sets the measuring arrangement again in motion when the correlation circuit 12 given delay time T R is greater than the time T / 2. This test is by the comparison circuit 44 performed with the memory circuit 45 is connected, in wel For example, the value of T / 2 is stored in the form of binary words.
In
einem zweiten Zeitabschnitt liefert die Schleife, welche die zweite
Rechenschaltung 54, die dritte Rechenschaltung 50 und
die vierte Rechenschaltung 43 enthält, zur Addierschaltung 41 und
zur Subtrahierschaltung 42 ein Korrektursignal für den Wert
TRm-1 der an die Korrelationsschaltung 12 angelegten
Verzögerungszeit,
das dem Schätzwert
des ersten Nulldurchgangs der Autokorrelationsfunktion mit dem folgenden Wert
entspricht: t ^0(1)/2. In a second time period, the loop supplying the second arithmetic circuit 54 , the third arithmetic circuit 50 and the fourth arithmetic circuit 43 contains, to the adding circuit 41 and to the subtraction circuit 42 a correction signal for the value T Rm-1 of the correlation circuit 12 applied delay time, which corresponds to the estimate of the first zero crossing of the autocorrelation function with the following value: t ^ 0 (1) / 2.
Die
Multiplexierschaltung 40 empfängt somit an ihren Eingängen die
Signale, die den Verzögerungszeiten
T'R(1) und
T''R(1) entsprechen,
die folgendermaßen
definiert sind: T'R(1) = t ~0(2) – t ^0(1)/2 T''R(1) = t ~0(2) + t ^0(1)/2mit t ~0(2) = 3 t ^0(1) The multiplexing circuit 40 thus receives at its inputs the signals corresponding to the delay times T ' R (1) and T'' R (1) defined as follows: T ' R (1) = t ~ 0 (2) - t ^ 0 (1) / 2 T '' R (1) = t ~ 0 (2) + t ^ 0 (1) / 2 With t ~ 0 (2) = 3 t ^ 0 (1)
Diese
beiden Verzögerungswerte
werden mit Hilfe eines von der vierten Rechenschaltung 43 abgegebenen
Steuersignals nacheinander an die Korrelationsschaltung 12 angelegt.
Die Korrelationsschaltung 12 liefert also nacheinander
zur dritten Rechenschaltung 50 über den gesteuerten Umschalter 47 die
beiden Werte der Autokorrelationsfunktion, die den Verzögerungszeiten
T'R(1) und
T''R(1) entsprechen.These two delay values are calculated using one of the fourth arithmetic circuit 43 output control signal sequentially to the correlation circuit 12 created. The correlation circuit 12 thus supplies successively to the third calculation circuit 50 over the controlled switch 47 the two values of the autocorrelation function corresponding to the delay times T ' R (1) and T'' R (1) .
In
diesem Zeitpunkt des Betriebsablaufs läßt die Abschätzschaltung 13 die
erste Rechenschaltung 48 nicht mehr eingreifen. Wenn mit
i die Nummer der Abschätzung
der Periode P ^(i) des Signals S(t) durch die
zweite Rechenschaltung 54 bezeichnet wird, führt die
dritte Rechenschaltung 50 die folgenden Rechnungen durch: At this point in the operation, the estimator circuit is left 13 the first calculation circuit 48 no longer intervene. If i is the number of the estimate of the period P ^ (i) of the signal S (t) by the second arithmetic circuit 54 is designated, performs the third calculation circuit 50 the following bills:
Die
vierte Rechenschaltung 43 führt die folgenden Rechnungen
durch: und die zweite Rechenschaltung 54 berechnet: The fourth calculation circuit 43 performs the following calculations: and the second arithmetic circuit 54 calculated:
Die
Addierschaltung 41 und die Subtrahierschaltung 42 bestimmen
die neuen Werte von T'R(i+1) und T''R(i+1): T'R(i+1) = t ~0(i+1) + Δ'iTR/2 T''R(i+1) = t ~0(i+1) – Δ'iTR/2 The adder circuit 41 and the subtracting circuit 42 determine the new values of T ' R (i + 1) and T'' R (i + 1) : T ' R (i + 1) = t ~ 0 (i + 1) + Δ ' i T R / 2 T '' R (i + 1) = t ~ 0 (i + 1) - Δ ' i T R / 2
Die
Schleife ist dann über
die Korrelationsschaltung 12 geschlossen.The loop is then via the correlation circuit 12 closed.
Diese
Operationen werden so oft wiederholt, wie die Vergleichsschaltung 44 dies
unter Berücksichtigung
des in der Speicherschaltung 45 enthaltenen Wertes der
Zeit T/2 zuläßt. Somit
dient die erste Rechenschaltung 48 nur zur Bestimmung des
ersten Schätzwerts
der Periode des Signals S(t); anschließend erfolgen die aufeinanderfolgenden
Messungen der Periode P ^ des Signals S(t) mit Hilfe der zweiten, dritten
oder vierten Rechenschaltung.These operations are repeated as many times as the comparison circuit 44 this taking into account the in the memory circuit 45 value of time T / 2. Thus, the first calculation circuit is used 48 only for determining the first estimate of the period of the signal S (t); Subsequently, the successive measurements of the period P ^ of the signal S (t) take place with the aid of the second, third or fourth arithmetic circuit.
Diese
Gruppe von drei Rechenschaltungen 50, 54 und 43 ermöglicht es, über die
Addierschaltung 41, die Subtrahierschaltung 42 und
die Korrelationsschaltung 12 aufeinanderfolgende, immer
genauere Messungen der Periode P ^ des dem Eingang der Anordnung zugeführten Signals
S(t) zu erhalten. Die Erfahrung hat gezeigt, daß für i > 3 die für die Messung der Periode des
Signals S(t) erhaltenen Werte eine Genauigkeit haben, die besser
als 1% ist. Man kann daher bei einer Abänderung der beschriebenen Anordnung
eine Verringerung der in der Speicherschaltung 45 gespeicherten
Zeit T/2 in Betracht ziehen, so daß der Schalter 52 zur Speicherschaltung 53 nur
die drei ersten Schätzwerte
der Periode durchläßt, die
von der zweiten Rechenschaltung 54 abgegeben werden. In
der zuvor beschriebenen Abschätzschaltung 13 ist
die Synchronisation zwischen der Abschätzschaltung 13 und
der Korrelationsschaltung 12 nicht dargestellt. Insbesondere
kann die Auslösung
des Anlaufs des Taktgebers der zur Korrelationsschaltung 12 gehörenden Schaltung 36 von
der Multiplexierschaltung 40 aus erfolgen. Die Gruppe der
vier Rechenschaltungen 48, 50, 54 und 43 der
Abschätzschaltung 13 sind
vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise Rechenschaltungen vom
Mikroprozessortyp, die mit Peripherieschaltungen ausgestattet sind,
die ihren richtigen Betrieb erlauben. Da die vier Rechenschaltungen 48, 50, 54 und 43 nur
einfache Operationen durchführen,
ist in der Praxis nur eine einzige Mikroprozessorschaltung mit den
zugehörigen
Peripherieschaltungen notwendig, um die ganze Abschätzschaltung 13 zu
realisieren.This group of three computing circuits 50 . 54 and 43 allows it, via the adder circuit 41 , the subtraction circuit 42 and the correlation circuit 12 successive, more accurate measurements of the period P ^ of the signal S (t) supplied to the input of the device. Experience has shown that for i> 3 the values obtained for the measurement of the period of the signal S (t) have an accuracy better than 1%. One can therefore, in a modification of the described arrangement, a reduction in the memory circuit 45 stored time T / 2 into consideration, so that the switch 52 to the memory circuit 53 only the three first estimates of the period passes, that of the second arithmetic circuit 54 be delivered. In the estimation circuit described above 13 is the synchronization between the estimator circuit 13 and the correlation circuit 12 not shown. In particular, the initiation of the start of the clock can be the correlation circuit 12 belonging circuit 36 from the multiplexing circuit 40 out. The group of four computing circuits 48 . 50 . 54 and 43 the estimator circuit 13 are preferably, but not necessarily, microprocessor-type computing circuits equipped with peripheral circuits that allow their proper operation. Because the four computing circuits 48 . 50 . 54 and 43 perform only simple operations, in practice only a single microprocessor circuit with the associated peripheral circuits is necessary to the whole estimator circuit 13 to realize.
7 zeigt
ein Beispiel der Autokorrelationsfunktion C(TR),
wobei die Stellen der durch die vier Rechenschaltungen der Abschätzschaltung 13 berechneten
Werte angegeben sind. Die in voller Linie gezeichnete Kurve CT5 stellt die Autokorrelationsfunktion dar,
wie sie sein müßte, wenn
das Signal S(t) kein Rauschen enthielte. Die in gestrichelter Linie
gezeichnete Kurve CT6 von 7 stellt
die wirkliche Autokorrelationsfunktion dar, wie sie für das Signal
S(t) gemessen wird, dem Rauschen überlagert ist. In 7 sind
die Werte dargestellt, die von der Abschätzschaltung 13 für die beiden
ersten Werte der Verzögerungszeit
TR berechnet werden, die hier mit t0(1) und t0(2) bezeichnet
sind, für
welche die Autokorrelationsfunktion C(TR)
zu Null wird. Diese Werte sind zuvor definiert worden. 7 FIG. 12 shows an example of the autocorrelation function C (T R ), where the digits are given by the four arithmetic circuits of the estimator circuit 13 calculated values are given. The solid curve CT 5 represents the autocorrelation function as it would be if the signal S (t) contained no noise. The dashed line curve CT 6 of 7 represents the true autocorrelation function as measured for signal S (t), which is superimposed with noise. In 7 the values represented by the estimator circuit are shown 13 for the two first values of the delay time T R , here denoted by t 0 (1) and t 0 (2) , for which the autocorrelation function C (T R ) becomes zero. These values have been previously defined.
Eine
derartige Anordnung zur Messung der Periode eines Signals kann vorteilhaft
in Störsystemen verwendet
werden, die auf Fahrzeugen montiert sind. Derartige Störanordnungen
sind nämlich
so ausgebildet, daß sie
Wellen aussenden können,
deren Eigenschaften von den Eigenschaften der Welle abhängen, die
von dem Radargerät
ausgesendet wird, das das die Störanordnung
tragende Fahrzeug zu orten sucht. Es ist daher wichtig, daß die Störanordnung
mit großer
Genauigkeit die Kenngrößen des
vom Radargerät
ausgesendeten Signals kennt. Im Fall eines Abtast-Radargeräts entspricht
eine der wichtigsten Kenngrößen der
Modulation, die durch die Drehung der Hauptstrahlungskeule um die
mechanische Antennenachse verursacht wird. Ein Störsystem,
das eine Anordnung zur Messung der Periode eines Signals der zuvor
beschriebenen Art enthält, macht
es möglich,
in einer sehr kurzen Zeit mit großer Genauigkeit den Wert der
Rotationsperiode der Hauptkeule des Strahlungsdiagramms um die mechanische
Achse der Antenne zu bestimmen und somit die Güte der vom Störsender
ausgesendeten Welle zu verbessern. Diese Periodenmessung wird in
einem stetigen Rhythmus erneuert, so daß mögliche Schwankungen der Drehgeschwindigkeit
der Hauptstrahlungskeule um die Antennenachse des Radargeräts berücksichtigt
werden. Dies führt
dazu, daß die
zuvor beschriebene Signalverarbeitung periodisch wiederholt wird.
Der Wiederholungsrhythmus läuft
mit einer Periode ab, die größer oder
gleich der Gesamtzeit ist, die zur Durchführung aller Rechnungen mit
Hilfe der verschiedenen Schaltungen der Anordnung notwendig ist.A
Such an arrangement for measuring the period of a signal may be advantageous
used in jamming systems
be mounted on vehicles. Such disturbance orders
are namely
so educated that she
Can send out waves,
whose properties depend on the characteristics of the wave, the
from the radar device
is sent out, that the the interference order
carrying vehicle seeks to locate. It is therefore important that the interference order
with big ones
Accuracy the characteristics of the
from the radar device
knows emitted signal. In the case of a scanning radar corresponds
one of the most important characteristics of the
Modulation caused by the rotation of the main lobe around the
mechanical antenna axis is caused. A jamming system,
this is an arrangement for measuring the period of a signal previously
contains described type makes
it is possible
in a very short time with great accuracy the value of
Rotation period of the main lobe of the radiation pattern around the mechanical
To determine the axis of the antenna and thus the quality of the jammer
to improve the emitted wave. This period measurement is in
renewed a steady rhythm, so that possible fluctuations in the rotational speed
the main lobe around the antenna axis of the radar considered
become. this leads to
to that the
previously described signal processing is repeated periodically.
The repetition rhythm is running
with a period that is greater or greater
equal to the total time required to carry out all bills
Help the various circuits of the arrangement is necessary.
