DE3427010A1 - Method for detecting and evaluating acoustic detonation signals, and an arrangement for carrying out the method - Google Patents
Method for detecting and evaluating acoustic detonation signals, and an arrangement for carrying out the methodInfo
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Abstract
Description
UeschreiburigWriting
Verfahren zur Erfassung und Auswertung von akustischen Knallsignalen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 4 und 5, 6.Process for the acquisition and evaluation of acoustic bang signals and arrangement for carrying out the method. The invention relates to a method and an arrangement for performing the method according to the preambles of the claims 1, 4 and 5, 6.
Der Erfindung liegt die ;Aufgabe zugrunde, ein Verfahren ulld oiiio Anordnung zu findoij, damit akustische, durch Störungen, insbesondere durch Windgeräusche verfälschte Knallsignale erkannt werden können, die bei Verlassen der Mündung oder beim Zieleinschlag eines Geschosses beispielsweise auftreten. Störsignale, wie z.B. Windgeräusche, Fahrzeuglärm und Geschoßknalle, sollen damit von diesen Knallsignalen unterschieden werden können.The invention is based on the object of providing a method ulld oiiio Arrangement to findoij, thus acoustic, by disturbances, especially by wind noise falsified bang signals can be detected when leaving the mouth or occur when a bullet hits the target, for example. Interfering signals such as Wind noise, vehicle noise and projectile cracks should be avoided this Pop signals can be distinguished.
Insbesondere soll mit Hilfe dieses Verfahrens und dieser Anordnung die Erfassung der aktuellen Knallsignallänge eine Verkürzung des Analyseintervalls ohne Informationsverlust ermöglichen, damit die zeitlich kurz aufeinanderfolgenden empfangenen Knallsignale noch aufgelöst und ausgewertet werden können bzw. die nachfolgende Signalverarbeitung durch die geringere Datenmenge pro Knall zeitlich entlastet wird. Weiterhin soll die Anordnung in integrierter Schaltungstechnik realisierbar sein und die Bedingung der hohen Schockfestigkeit sowie des geringen Leistungsbedarfs erfüllen.In particular, with the help of this method and this arrangement the acquisition of the current bang length shortens the analysis interval without any loss of information, so that the briefly consecutive received bang signals can still be resolved and evaluated or the following Signal processing is relieved of time due to the smaller amount of data per bang. Furthermore, the arrangement should be realizable in integrated circuit technology and the condition of high shock resistance and low power consumption fulfill.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Verfahrensschritte und Merkmale der Ansprüche 1, 4 und 5, 6 in vorteilhafter Weise gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This task is carried out by the characterizing process steps and Features of claims 1, 4 and 5, 6 solved in an advantageous manner. More beneficial Refinements and developments can be found in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: FIG. 1 Prinzipielle Anordnung zur getrennten Erfassung des auftretenden Störsignals und des störbehafteten Knallsignals sowie zur Ermittlung der Knallsignaldauer; FIG. 2 Digita-le Ausführungsform der in FIG. 1 dargestellten Anordnung; FIG. 3a) Störsignalerfassung mittels Medianwertbildung mit Ermittlung von KnallsignalAnf%ng und -Ende; b) Ausgestaltungen und Weiterbildungen; FIG. 4 Ausführungsbeispiel einer den Knallsignal-Anfang bestimmende und das Knallsignal-Ende bestimmende Detektionseinheit.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below: FIG. 1 Basic arrangement for separate Detection of the occurring interfering signal and the noisy bang signal as well as to determine the duration of the bang; FIG. 2 digital embodiment of the in FIG. 1 shown arrangement; FIG. 3a) Interference signal detection by means of Median value formation with determination of the start and end of the bang signal; b) refinements and further education; FIG. 4 exemplary embodiment of one which determines the start of the bang signal and the detection unit determining the end of the pop signal.
Die zur Erfassung und Auswertung von beispielsweise bei Verlassen der Mündung oder beim Einschlag eines Geschosses auftretender akustischer Knallsignalen zeigen eine große Vielfalt der Erscheinungsform und sind oft mit Störgeräuschen insbesondere durch Windgeräusche verfälscht. Deshalb ist zur besseren Auflösung aufeinanderfolgender Knallsignale das Analyseintervall, innerhalb dessen das Knallsignal erfaßt werden soll, an die aktuelle Knallsignallänge anzupassen.For recording and evaluating, for example, when leaving the muzzle or when a bullet hits the acoustic bang show a great variety of appearance and are often noisy especially falsified by wind noise. That's why it's for better resolution successive bang signals the analysis interval within which the bang signal is to be detected to adapt to the current bang length.
Vorzugsweise werden die empfangenen Störsignale getrennt von den störbehafteten Knallsignalen erfaßt, beispielsweise dadurch, daß das empfangene Signalamplitudenspektrum zum einen einer Mittelwertbildung derart unterzogen wird, daß die kurzzeitigen Knallsignale in die Mittelwertbildung, die beispielsweise einer Gaußverteilung unterliegen und dekorreliert sind, im wesentlichen, die unerwünschten Störsignale jedoch nicht eingehen. Durch die getrennte Erfassung des auftretenden Störsignalpegels in Form eines ont#proclloledon Mittolwortos und dos störbehafteten Knallsignals läßt sich. dann aus dem momentan Amplitudenvergleich dieser Signale, vorzugsweise mittels eines mit einer vom gemittelten Störsignal abhängigen Schwelle versehenen Komparators 2, die Anwesenheit eines Knallsignals ermitteln. Ein störbehaftetes Knallsignal ist vor- zugsweise dann vorhanden, wenn eine vorgegebene Störsignalpegelüberschreitung mit einer vorgegebenen Häufigkeit eine vorgegebene Zeitdauer Jt lang auftritt.The received interfering signals are preferably separated from the interfering signals Detected pop signals, for example by the fact that the received signal amplitude spectrum on the one hand an averaging is subjected in such a way that the short-term bang signals in the averaging, which are subject to a Gaussian distribution, for example, and are decorrelated, essentially, the undesired interference signals are not received. Due to the separate detection of the occurring interference signal level in the form of an ont # proclloledon Mittolwortos and dos noisy bang can be. then from the moment Amplitude comparison of these signals, preferably by means of one with one of the averaged Interference signal-dependent threshold provided comparator 2, the presence of a pop signal determine. A noisy bang signal is expected preferably then present when a specified interference signal level is exceeded with a specified Frequency occurs for a predetermined length of time Jt.
FIG. 1 zeigt schematisch eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Dort wird das empfangene akustische Signal AS vorzugsweise in ein entsprechendes elektrisches Signal ES, in einem mechano-elektrischen Wandler 11 beispielsweise ein Mikrofon, umgewandelt.FIG. 1 shows schematically an advantageous arrangement for implementation of the procedure. There, the received acoustic signal AS is preferably turned into a corresponding electrical signal ES in a mechano-electrical converter 11 for example a microphone.
Dieses elektrische Signal ES wird vorzugsweise dem einen Eingang EI der Amplitudenvergleichseinheit 2 direkt und dem anderen Eingang E2 erst nach der Mittelwertbildung im Mittelwertbildner 3 zum Vergleich zugeführt.This electrical signal ES is preferably one input EI the amplitude comparison unit 2 directly and the other input E2 only after the Averaging in the averaging unit 3 is supplied for comparison.
Die Vergleichseinheit 2 liefert dann ein Ausgangssignal SV, wenn der Eingangswert des einen Eingangs EI des Komparators um einen Detektionsabstand von Störsignal und störbehaftetem Knallsignal bestimmenden Wert überschreitet (Überschreitung des am anderen Eingang E2 anliegenden Schwellenwertes um einen vorgegebenen Wert). Aus der Zeitdauer des vorhandenen Ausgangssignals des Komparators 2 in einem vorgegebenen Zeitintervall läßt sich in vorteilhafter Weise dann in einer nachfolgenden Zeit-Meßeinheit 4 eine weitere Plausibilitätsprüfung ableiten, wenn die Länge des zu erfassenden Knallsignals bekannt ist. Der Knallsignal-Anfang ergibt sich dabei vorzugsweise aus der orsLRlaligol, Üborschroitung dos am anderen Eingang E2 des Komparators K2 anliegenden Schwellenwertes um einen vorgegebenen Wert, das Knallsignal-Ende beispielsweise aus dem Zeitpunkt der Unterschreitung des Schwellenwertes um einen vorgegebenen Wert innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls. Vorzugsweise wird die Dauer einer Halbwelle des Knallsignals ermittelt.The comparison unit 2 then provides an output signal SV when the Input value of one input EI of the comparator by a detection distance of Interfering signal and noisy bang signal exceeds the determining value (exceeded the threshold value applied to the other input E2 by a specified value). From the duration of the existing output signal of the comparator 2 in a predetermined The time interval can then advantageously be used in a subsequent time measuring unit 4 derive another plausibility check if the length of the Bang signal is known. The start of the bang signal is preferably the result from the orsLRlaligol, overriding dos at the other input E2 of the comparator K2 applied threshold value by a predetermined value, the end of the pop signal, for example from the point in time when the threshold value is not reached by a specified value Value within a specified time interval. Preferably the duration is one Half-wave of the bang signal determined.
In FIG. 2 ist eine im wesentlichen digitalisierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung darßestellt.In FIG. 2 is a substantially digitized embodiment the arrangement according to the invention is shown.
Das empfangene akustische Signal AS wird vorzùgsweise durch den mechano-elektrischen Wandler 1, beispielsweise mittels eines Mikrofons und einem nachfolgenden Verstärker, bandpaßgefiltert. Die Eckfrequenzen liegen beispielsweise bei 5 Hz und 100 Hz. Ein nachgeschalteter A/D-Wandler 5 tastet das elektrische Ausgangssignal des mechanoelektrischen Wandlers 1 mit seiner vorgegebenen Abtastfrequenz fT von vorzugsweise 512 Hz ab und stellt die Abtastwerte Xi beispielsweise mit einer Genauigkeit von 12 Bit parallel der folgenden Schaltungseinheit zur Verfügung.The received acoustic signal AS is preferably by the mechano-electrical Converter 1, for example by means of a microphone and a subsequent amplifier, band pass filtered. The corner frequencies are, for example, 5 Hz and 100 Hz. On downstream A / D converter 5 samples the electrical output signal of the mechanoelectric Converter 1 with its predetermined sampling frequency fT of preferably 512 Hz and puts the samples Xi in parallel with an accuracy of 12 bits, for example the following circuit unit is available.
Vorzugsweise werden die Abtastwerte Xi in einem Gleichrichter G vor der Mittelwert- und Vergleichsbildung im Komparator K5 gleichgerichtet.The samples Xi are preferably in a rectifier G before the mean value and comparison formation in the comparator K5 rectified.
Der parallel und in binärerer Form vorliegende momentane Ausgangswert X. des A/D-Wandlers 5 wird vorzugsweise zum einen direkt dem einen Eingang E3 des Komparators K1 und zum anderen über einen Mittelwertbildner 6, der im wesentlichen die Störsignalanteile erfaßt und die Knallsignalanteile unterdrückt und dessen Ausgangssignal ein Maß für den auftretenden Störsignalanteil darstellt, über seine (beispielsweise 12 Bit) Parallelausgänge dem anderen Eingang E4 des Komparators KI zugeführt.The current output value in parallel and in binary form X. of the A / D converter 5 is preferably on the one hand the one input E3 of the Comparator K1 and on the other hand via an averaging 6, which is essentially detects the interference signal components and suppresses the pop signal components and its output signal represents a measure for the occurring interference signal component, via its (for example 12 bit) parallel outputs are fed to the other input E4 of the comparator KI.
Der Komparator K1 liefert vorzugsweise dann ein Ausgangsrrigiral AK7 wenll dor Singallgswor t ani einen Eingang 63 don gemittelten Störslgnalpegel-Eingangswert am anderen Eingang E4 des Komparators um einen vorgegebenen den den Detektionsabstand von Störsignal und störbehafteten Knallsignalpegel bestimmenden Wert überschreitet.The comparator K1 then preferably supplies an output trigger AK7 if the singallgsword ani an input 63 of the averaged interference signal level input value at the other input E4 of the comparator by a predetermined detection distance of the interfering signal and the noisy bang signal level exceeds the determining value.
Zur Unterscheidung der echten Knallsignale von den unechton wird vorzugsweise die zeitliche Länge desJjKnallsignals zusätzlich ermittelt. Der Beginn eines Knalls ist durch einen schnellen Signalanstieg gekennzeichnet, d.h. in einem gewissen Zeitintervall liegt das Empfangssignal deutlich über der Schwelle, die sich am Störsignal (Untergrundgeräusch) orientiert.To distinguish the real bang signals from the false ones is preferred the length of the bang signal is also determined. The beginning of a bang is characterized by a rapid increase in the signal, i.e. in a certain time interval the received signal is well above the threshold that is reflected in the interference signal (background noise) oriented.
Es wird in vorteilhafter Weise mittels der Zeitmeßeinheit 7 ein Zeitintervall betrachtet, das der Dauer der ersten Halbwelle eines zu erfassenden Knallsignals angepaßt ist.A time interval is advantageously established by means of the time measuring unit 7 considered that the duration of the first half-wave of a bang to be detected is adapted.
Wenn beispielsweise die zeitliche Länge der Halbwelle des empfangenen Knallsignals eine vom zu erfassenden Knallsignal abhängigen vorgegebene Zeit at lang auftitt, so wird das empfangene Signal als echtes Knallsignal interpretiert.For example, if the length of time of the half-wave of the received Bang signal a predetermined time at which is dependent on the bang signal to be detected occurs for a long time, the received signal is interpreted as a real bang signal.
Um eine genaue Erfassung des Knallsignal-Anfangs und des Knallsignal-Endes durchführen zu können, wird der die Störsignalanteile auszumittelnde Mittelwertbildner 6 in Form eines Medianwertbildners 60 realisiert (siehe FIG. 3a und 3b). Bei dieser Mittelwertbildung werden kurzzeitige, hohe Signalanteile nicht erfaßt, so daß der gebildete Medianwert im wesentlichen ein Maß für die empfangenen Störsignalanteile in dem vorgegebenen Zeitintervall darstellt. Hierbei wird in vorteilhafter Weise der Median der Beträge der Abtastwerte gesucht. Ein gebräuchliches Verfahren beruht darauf, die Beträge der Abtastwerte eines geeigneten Zeitraumes af der Größe nach zu ordnen. Ein Schätzwert des Medians wird dann der in der Mitte der Folge stehende Abtastwert gewählt (Sortierverfahren). In vorteilhafter Weise wird der ermittelte Medianwert so lange am anderen Eingang E4 des Komparators K1 anliegen bis der im darauffolgenden Zeitintervall t0 neue Median-0 wert ermittelt ist.To ensure an accurate detection of the start and end of the bang signal to be able to carry out, the averaging signal components averaging becomes 6 implemented in the form of a median value generator 60 (see FIGS. 3a and 3b). At this Averaging short-term, high signal components are not recorded, so that the The median value formed is essentially a measure of the received interference signal components represents in the given time interval. This is done in an advantageous manner the median of the values of the samples is sought. A common procedure is based on the magnitudes of the samples of a suitable time period af according to size assign. An estimate of the median is then that in the middle of the sequence Sampling selected (sorting method). The determined The median value is present at the other input E4 of the comparator K1 until the im subsequent time interval t0 new median 0 value is determined.
Zur Ermittlung des Knallsignal-Anfangs und des Knallsignal-Endes ist die Zeitmeßeinheit 7 mit zwei D»tektionseinheiten 8 und 9 und beispielsweise einer nachfolgenden Torschaltung 10 ausgestattet.To determine the start and end of the pop signal is the time measuring unit 7 with two detection units 8 and 9 and, for example, one subsequent gate circuit 10 equipped.
Vorzugsweise ist der Ausgang des Komparators K1 einerseits mit der der Knallsignal-Anfang bestimmenden Detektionseinheit 8 und andererseits mit der das Knallsignal-Ende bestimmenden Detektionseinheit 9 verbunden.The output of the comparator K1 is preferably on the one hand with the the detection unit 8 determining the start of the bang signal and on the other hand with the the detection unit 9 determining the end of the bang signal is connected.
Wenn beispielsweise der Störsignalpegel am einen Eingang E4 des Komparators K1 von mehreren Abtastwerten Y. überschritten wird, so liefert der Komparator K1 eine der Anzahl der Überschreitungen entsprechende Zeitlang ein Ausgangssignal für die eine Detektionseinheit 8, die dann einen Setzimpuls für die nachgeschaltete Torschaltung 10 liefert. Das Rücksetzsignal für die Torschaltung 10 liefert die andere Detektionseinheit 9, wenn das Signal-Ende aufgetreten ist. Das abhängig von der Signaldauer auftretende Ausgangssignal AZ der Torschaltung 10 wird dann vorzugsweise einer Recheneinheit RE zur Weiterverarbeitung zugeführt. Anstelle der Torschaltung 10 kann ein Zähler verwendet werden, der durch das Ausgangssignal der einen Detektionseinheit 8 zurückgesetzt wird und durch das Ausgangssignal der anderen Detektionseinheit 9 durch Unterbrechung des Zähltaktes angehalten wird. Der zum Zeitpunkt der Unterbrechung vorliegende Wert im Zähler entspricht der zeitlichen Länge des empfangenen Knallsignals.If, for example, the interference signal level at an input E4 of the comparator K1 is exceeded by several samples Y., the comparator supplies K1 an output signal for a time corresponding to the number of exceedances the one detection unit 8, which then sends a setting pulse for the downstream Gate circuit 10 supplies. The reset signal for the gate circuit 10 provides the another detection unit 9 when the signal end has occurred. That depends on The output signal AZ of the gate circuit 10 occurring during the signal duration is then preferably fed to a computing unit RE for further processing. Instead of the gate switch 10, a counter can be used, which is determined by the output signal of one detection unit 8 is reset and by the output signal of the other detection unit 9 is stopped by interrupting the counting cycle. The one at the time of the interruption The present value in the counter corresponds to the length of the received bang signal.
FIG. 3a zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des Medianwertbildners 60. Da, wie oben beschrieben, der Sortiervorgang aufwendig und rechenzeitintensiv ist, wird vorzugsweise der aktuelle Medianwert Mi aus dem vorigen Wert Mi-r durch Multiplikation mit einem Korrekturfaktor F=1-6 berechnet nach der Vorschrift ji Aus Gründen der Rechenzeitersparnis wird der Korrekturschritt vorzugsweise nur mit jedem r-ten Abtastwert jXi ausgeführt, beispielsweise r=8. Der aktuelle ermittelte Medianwert ändert sich jedoch innerhalb des r-ten Abtastintervalls nach der oben angegebenen Vorschrift (1), abhängig von der Verarbeitungszeit des Medianwertbildners 60.FIG. 3a shows an advantageous embodiment of the median value generator 60. Since, as described above, the sorting process is complex and computationally time-intensive, the current median value Mi is preferably calculated from the previous value Mi-r by multiplication with a correction factor F = 1-6 according to the rule ji In order to save computing time, the correction step is preferably only carried out with every r-th sample value jXi, for example r = 8. However, the currently determined median value changes within the r-th sampling interval according to the rule (1) given above, depending on the processing time of the median value generator 60.
Vorzugsweise ist der Mittelwertbildner 60 mit möglichst geringer Verarbeitungszeit ausgebildet, beispielsweise derart, daß er die binären Empfangssignale möglichst parallel verarbeitet. Diese Verarbeitungszeit ist bei der Zeitkonstantenwahl des Mittelwertbildners mit zu berücksichtigen. Der mit diesem rekursiven Verfahren geschätzte Medianwert M. folgt Pegeländerungen mit einer Zeitkonstante von etwa r/ Abtastperioden. Die Zeitkonstante wird beispielsweise ca. i sec gewählt. Ist das Eingangssignal gaußverteilt und dekorreliert, erhält man die Signalleistung aus dem Median durch Multiplikation mit dem Faktor 1,483.Preferably, the averager 60 has the shortest possible processing time designed, for example, in such a way that it receives the binary received signals as much as possible processed in parallel. This processing time is when the time constant is selected Averaging to be taken into account. The estimated using this recursive method Median value M. follows level changes with a time constant of approximately r / sampling periods. The time constant is chosen, for example, to be about 1 sec. Is the input signal Gaussian distributed and decorrelated, the signal power is obtained from the median Multiplication by the factor 1.483.
Aus zwei grunde ist es sinnvoll, den Medianwert nicht unter eine gewisse Schranke Mmin absinken zu lassen.There are two reasons why it makes sense not to keep the median value below a certain level To lower the barrier Mmin.
Erstens kann für das Nutzsignal eine Mindesthöhe vorausgesetzt werden, weil das Quantisierungsrauschen andernfalls eine weitere Auswertung verfälschen würde. Das hat zur Folge, daß für den Störpegel immer ein gewisser Mindest- wert angenommen werden kann, ohne die Signaldetektion zu erschweren. Der zweite Grund betrifft das Einschwingverhalten der Medianwertermittlung, wenn das Untergrundgeräusch nach einer längeren Phase der Ruhe schnell auf einen mittleren Wert ansteigt. Würde man zulassen, daß der Medianschätzwert auf einen sehr kleinen Wert absinken darf, können sich unnötig lange Einschwingzeiten ergeben.Firstly, a minimum height can be assumed for the useful signal, because otherwise the quantization noise will falsify a further evaluation would. The consequence of this is that there is always a certain minimum value can be accepted without complicating the signal detection. The second reason concerns the transient behavior of the median value determination when the background noise quickly rises to a medium value after a long period of rest. Would the median estimate is allowed to decrease to a very small value, unnecessarily long settling times can result.
Beispielsweise wird für die Störleistung ein Mindestwert von etwa 10 angesetzt, d.h. der Medianwert Mmin sinkt nicht unter 6,74.For example, a minimum value of about 10, i.e. the median value Mmin does not fall below 6.74.
Realisiert wird die Medianwertermittlung der innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls t auftretenden Abtastwerte vorzugsweise mit Hilfe zweier Komparatoren K2,K3, einem Kodierer Ko und einem (n+m)-Bit-Multiplizierer M1 (siehe FIG. 3).The median value is determined within a specified Samples occurring at the time interval t preferably with the aid of two comparators K2, K3, an encoder Ko and an (n + m) -bit multiplier M1 (see FIG. 3).
In vorteilhafter Weise wird zur Rechenzeitverkürzung beispielsweise nur jeder r-te Abtastwert der Abtastwerte Yi einem Eingang des Komparators K2 in 12 Bit paralleler Form zugeführt. Dieser Wert liegt vorzugsweise r Takte lang am Eingang an bis zur nächsten r-ten Abtastung. Am anderen Eingang des Komparators K2 liegt der im vorherigen Rechentakt, auftretende ermittelte Medianwert an. Dieser Wert entspricht dem Ausgangswert des Mittelwertbildners 60. Wenn der r-te Abtastwert am einen Eingang größer als dor vorhor ermittelte Medianwert ist, liefert der Komparator K2 ein Ausgangssignal "i", für den umgekehrten Fall "0t'. Dementsprechend wird der dem Komparator K2 nachgeschaltete Kodierer Ko so aktiviert, daß er einen Ausgangswert F = 1-g, vorzugsweise in paralleler binärer Form liefert, wenn der r-te Abtastwert |Xi| lxii r Mir ist und F = 1+6 liefert, wenn der Betrag frii> Mi r ist. Nachträglich wird dieser Ausgangswert mit dem vorherig ermittelten Medianwert M.Advantageously, for example, to shorten the computation time only every r-th sample of the samples Yi to an input of the comparator K2 in 12 bits supplied in parallel form. This value is preferably r clocks on Input on until the next r-th sample. At the other input of the comparator K2 is the median value that occurred in the previous computing cycle. This Value corresponds to the output value of the averaging unit 60. If the r-th sample value at one input is greater than the median value previously determined, the comparator delivers K2 an output signal "i", in the opposite case "0t". Accordingly, the the comparator K2 downstream encoder Ko activated so that it has an output value F = 1-g, preferably in parallel binary form, if the r-th sample | Xi | lxii r Mir and yields F = 1 + 6, if the amount is frii> It is ... with me. This starting value is subsequently changed to the previously determined median value M.
i-r in einem (n+m)-Bit-Multiplizierer Ml multipliziert. Das Ergebnis entspricht dem neuen Medianwert M. für die nächste Medianwertbildung. Der aktuelle Abtastwert am einen Eingang des Komparators K2 bleibt innerhalb von r Abtastungen hierbei konstant. i-r multiplied in an (n + m) -bit multiplier Ml. The result corresponds to the new median value M. for the next median value formation. The current Sampling value at one input of the comparator K2 remains within r samples here constant.
Vorzugsweise wird der neue Medianwert in einen nachfolgenden (n+m)-Bit-Pufferspeicher 12 (beispielsweise 16 Bit) geschoben (siehe FIG. 3b). Der in diesem Pufferspeicher 12 gespeicherte Medianwert M. wird dann vorzugsweise von dort für die nächste Medianwertbildung abgerufen. Der Ausgang des Pufferspeichers 12 wird deshalb vorzugsweise direkt mit dem anderen Eingang der Komparatoren K2,K3 und mit dem anderen Eingang des Multiplizierers Ml verbunden. Damit der Medianwert nicht unter eine gewisse Schranke fällt, insbesondere für den Fall kurz nach der Aktivierung der Anordnung, wird in einem weiteren Komparator K3 der vorgegebene minimale Medianwert Mmin mit dem momentanen Medianwert M. verglichen (FIG. 3b). Ein Reset-Signal R dient vorzugsweise dazu, die gesamte Anordnung in einem definierten Anfangs zustand zu versetzen, insbesondere dem Pufferspeicher 12 einen vorgegebenen Anfangswert einzuspeichern, der mindestens so groß gewählt ist wie der minimale Medianwert Mmin. Dadurch werden unnötig lange Einschwingzeiten bei der Berechnung der Medianwertbildung verhindert. Vorzugsweise sind die Komparatoren K2 und K3 über ein ODER-Gatter mit dem Eingang des Kodierers K 0 verbunden. Zur Erzeugung einer mitlaufenden Schwelle und für die genaue Ermittlung von Signal-Anfang und Signal-Ende wird der momentane zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stehende Medianwert M. in einer weiteren Multiplika- tionsstufe M2 mit einem den Detektionsabstand von Stör-und Knallsignalen bestimmenden Faktor a multipliziert und dieser Wert dem anderen Eingang E4 des Komparators K1 zugeführt. Den Faktor a erhält man durch Abwägen von Falschalarm und Detektionswahrscheinlichkeit, beispielsweise a=5.The new median value is preferably stored in a subsequent (n + m) -bit buffer memory 12 (for example 16 bits) shifted (see FIG. 3b). The one in this buffer 12 stored median value M. is then preferably used from there for the next median value formation retrieved. The output of the buffer memory 12 is therefore preferably directly with the other input of the comparators K2, K3 and the other input of the multiplier Ml connected. So that the median value does not fall below a certain limit, in particular in the event that the arrangement is activated shortly after it is activated, a further comparator is used K3 the specified minimum median value Mmin is compared with the current median value M. (FIG. 3b). A reset signal R is preferably used to restore the entire arrangement to put a defined initial state, in particular the buffer memory 12 to store a predetermined initial value that is chosen to be at least as large is like the minimum median value Mmin. This leads to unnecessarily long settling times prevented when calculating the median value. Preferably the comparators are K2 and K3 connected to the input of the encoder K 0 via an OR gate. To the Generation of a concurrent threshold and for the exact determination of the start of the signal and signal end is the current one available for further processing Median value M. in a further multiplication tion level M2 with a multiplied by the factor a determining the detection distance of interfering and popping signals and this value is fed to the other input E4 of the comparator K1. The factor a is obtained by weighing false alarms and detection probability, for example a = 5.
Für den Fall, daß der alte und der neue Medianwert annähernd gleich sind, wird zur Erhöhung der Einschwingzeit in vorteilhafter Weise die Multiplikation in M1 mit so vielen Nachkommastellen durchgeführt, daß der neue Wert immer vom alten verschieden ist. Das ist z.B. dann erfüllt, wenn die Anzahl der Nachkommastellen bei Ml und 12 so groß ist wie beim Kodierausgang K 0 Ein neuer für die Medianwertbildung zugrunde liegender Eingangswert des Mittelwertbildners ergibt sich erst wieder bei der nächsten r-ten Abtastung von Xi Die Zeitkonstante (Einschwingzeit) dieses (siehe FIG. 3) rekursiven Verfahrens zur Medianwertbildung muß entsprechend an das zeitliche Verhalten des Störsignalanteils angepaßt werden.In the event that the old and the new median value are approximately the same are, the multiplication is advantageously used to increase the settling time carried out in M1 with so many decimal places that the new value is always based on the old one is different. This is fulfilled, for example, if the number of decimal places at Ml and 12 is as large as at the coding output K 0 A new one for the formation of the median value the underlying input value of the averaging unit is only obtained again at of the next r-th sample of Xi The time constant (settling time) of this (see FIG. 3) the recursive method for the formation of the median value must correspond to the temporal Behavior of the interference signal component can be adapted.
Denkbar natürlich wäre auch, daß die zu erwartenden Knallsignalanteile durch entsprechende Wahl der Zeitkonstante mittels einer solchen Medianwertbildung erfaßt werden.It would, of course, also be conceivable that the pop signal components to be expected by appropriate choice of the time constant by means of such a median value formation can be detected.
Eine genaue Vorkenntnis des Knallsignalspektrums und Zeitdauer wäre hierzu notwendig.Precise prior knowledge of the bang signal spectrum and duration would be necessary for this.
In vorteilhafter Weise sind die den Signal-Anfang und Signal-Ende bestimmenden Detektionseinheiten 8, 9 in Form von binären Integratoren realisiert (siehe FIG. 4). Beispielsweise enthält der eine binäre Integrator BI einen mit einem Takt T arbeitenden Zähler, der bitweise die Schwellwertüberschreitungen (Ausgangssignal kK) des empfangenen Knallsignals über seinen Reset-Eingang erhält und ein entsprechendes Ausgangssignal dem Komparator 15 zuführt (siehe FIG. 4). Wird die vorgegebene Mindestanzahl Smin, die am anderen Eingang des Komparators 15 vorliegt, überschritten, so wird ein als Signal-Anfang zu interpretierendes Ausgangssignal vom Komparator 15 erzeugt.These are advantageously the beginning and end of the signal determining detection units 8, 9 implemented in the form of binary integrators (see FIG. 4). For example, the one binary integrator BI contains one with a clock T working counter, which bit by bit the exceeding of the threshold value (output signal kK) of the received bang signal via its reset input and a corresponding one The output signal is fed to the comparator 15 (see FIG. 4). Will the specified minimum number Smin, which is present at the other input of the comparator 15, is exceeded an output signal to be interpreted as the beginning of the signal is generated by the comparator 15.
Das Ende eines Knallsignals wird beispielsweise dadurch erkannt, daß in einem gewissen Zeitintervall das Empfangssignal hinreichend selten eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Da die Ausläufer eines Knallsignals langsam und mit schwankender Amplitude im Untergrundgeräusch verschwinden können, muß ein längeres Zeitintervall beobachtet werden als bei der Detektion des Signalsbeginns.The end of a bang signal is recognized, for example, in that in a certain time interval the received signal seldom a predetermined one Exceeds threshold. Since the tail of a bang signal slowly and with fluctuating Amplitude can disappear in the background noise, must be a longer time interval can be observed than when the start of the signal is detected.
Vorzugsweise wird ein Intervall von beispielsweise 128 Abtastperioden, entsprechend 250 ms untersucht. Die in dieser Zeit auftretenden Schwellwertunterschreitungen (Ausgangssignal AK) werden in vorteilhafter Weise im Speicher 16 eines binären Integrators registriert, beispielsweise in einem m-Bit Schieberegister mit m=128. Wenn ihre Summe einen gewissen vorgegebenen Wert 5max unterschreitet, gilt das Signal-Ende als erkannt. Vorzugsweise wird die Summe mit Hilfe eines nachgeschalteten Addierers ADD ermittelt, dessen Eingänge mit den jeweiligen m Bitausgängen verbunden sind. Der Ausgang des Addierers ADD liegt beispielsweise direkt am einen Eingang eines nachgeschalteten Komparators 17, der dann ein der Erkennung des Knallsignal-Endes entsprechendes Ausgangssignal liefert, wenn der vorgegebene am anderen Eingang des Komparators 17 anliegende Wert Smax unterschritten ist.Preferably, an interval of, for example, 128 sampling periods, examined according to 250 ms. The underflow of the threshold value occurring during this time (Output signal AK) are advantageously stored in the memory 16 of a binary integrator registered, for example in an m-bit shift register with m = 128. If your If the sum falls below a certain predetermined value 5max, the signal end applies as recognized. The sum is preferably calculated with the aid of a downstream adder ADD determines whose inputs are connected to the respective m bit outputs. The output of the adder ADD is, for example, directly at an input of a downstream comparator 17, which is then one of the detection of the end of the pop signal provides the corresponding output signal when the specified at the other input of the Comparator 17 applied value Smax is below.
Bei Knallen, die durch längere Pausen getrennt sind, ist vorzugsweise ein kleinerer Wert 5 zu wählen. Bei hohem max Signalaufkommen ist aber ein größerer Wert notwendig, weil sonst in den erfaßten Intervallen mehrere Knalle liegen können. Diese gegenläufigen Forderungen lassen sich vereinbaren, in dem man Smax mit zunehmender Zeit seit der Erfassung ansteigen läßt.For bangs separated by longer pauses is preferred to choose a smaller value 5. With a high maximum signal volume, however, there is a larger one Value necessary because otherwise there may be several bangs in the recorded intervals. These contradicting demands can be reconciled by comparing Smax with increasing Increases the time since acquisition.
Vorzugsweise wird ein Signal-Anfang als der Beginn derjenigen Halbwelle definiert, die zur Detektion des Knallsignalanfangs geführt hat, denn besonders störend wirken sich Windgeräusche aus, die durch Verwirbelung am Mikrofon beispielsweise entstehen. Ein Windschutzball kann die Geräusche reduzieren, aber nicht ganz unterdrücken. Da die Spektren von Windgeräusch und Nutzsignal sich überlappen, bringt auch das Vorschalten eines Filters keine wesentliche Verbesserung. Die zum Zeitpunkt der Detektion anstehende Halbwelle insbesondere die Dauer der ersten Halbwelle wird deshalb zur Ursachenfindung des Geräusches verwendet. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Halbwellenmessers 18 durchgeführt werden. Somit kann man innerhalb kurzer Zeit prüfen, ob es sich um ein echtes Nutzknallsignal handelt oder nicht. Im ersten Fall wird die Detektion des Signal-Anfangs bestätigt, im zweiten Fall wird sie verworfen. Zur Erkennung eines echten Knallsignals werden deshalb vorzugsweise die Abtastwerte Xi des A/D-Wandlers 5 einem Komparator 19 zugeführt, der dann ein Ausgangssignal 1 liefert, wenn die empfangenen Abtastwerte X. positiv sind und ein Ausgangssignal 0 liefert, wenn die Abtastwerte Xi negativ sind. Vorzugsweise wird der Ausgang des Komparators 19 mit dem Eingang eines nachfolgenden Zählers 20 verbunden, der entsprechend der Zeitdauer der auftretenden aufeinanderfolgenden Abtastwerte gleichen Vorzei- chens bzw. der Halbwellendauer ein entsprechendes beispielsweise n-Bit Ausgangssignal liefert. Eiz nachgeschalteter Zweischwellenkomparator 24 liefert dann ein als echtes Knallsignal zu interpretierendes Ausgangssignal, wenn der vom Zähler empfangene Wert (n-Bit) innerhalb der zwei vorgegebenen Schwellenwerten S1 und S2 liegt. Die Vorgabe der zwei Schwellenwerte S1 und S2 hängt ab von der zu erwartenden Halbwellendauer der echten Knallsignale. In vorteilhafter Weise wird mittels eines Zwischenspeichers 21, beispielsweise eines dem Komparator 19 nachgeschalteten Flip-Flops 21 und einem Komparator 22, dessen einer Eingang mit dem Eingang des Flip-Flops und damit auch mit dem Komparatorausgang 19 und dessen anderer Eingang mit dem Q-Ausgang des Flip-Flops verbunden sind, der Zähler 20 durch den Vorzeichenwechsel der empfangenen Abtastwerte Xi (Änderung des Ausgangssignals des Komparators 19, wenn die Halbwelle des empfangenen Knallsignals beendet ist), zurückgesetzt. Zuvor wird in vorteilhafter Weise der ermittelte Halbperiodenwert aus dem Zähler 20 ausgelesen und in einen Zwischenspeicher 23 geschoben. Ist der Wert größer als S2, so handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um ein Windgeräusch oder um ein anderes niederfrequentes Störsignal. Ist der Wert kleiner als S1i handelt es sich um einen Geschoßknall oder ein anderes hochfrequentes.Störsignal. In vorteilhafter Weise wird der Zähler 20 bei Betriebsbeginn zurückgesetzt. Der Zwischenspeicher 23 liegt vorzugsweise zwischen Komparator 24 und Zähler 20.A signal start is preferably used as the start of that half-wave defined, which led to the detection of the start of the bang, because special Wind noise, for example caused by turbulence on the microphone, has a disruptive effect develop. A windbreak ball can reduce the noise, but not completely suppress it. Since the spectra of wind noise and useful signal overlap, that is also beneficial Adding a filter upstream is no significant improvement. The at the time of Detection of pending half-wave in particular the duration of the first half-wave therefore used to find the cause of the noise. This can be done with, for example Using a half-wave knife 18 can be carried out. So you can within a short Time to check whether it is a real useful bang signal or not. In the first In this case, the detection of the start of the signal is confirmed, in the second case it is discarded. The sampled values are therefore preferably used to detect a real bang signal Xi of the A / D converter 5 is fed to a comparator 19, which then has an output signal 1 supplies if the received sample values X. are positive and an output signal Returns 0 if the samples Xi are negative. Preferably the output of the Comparator 19 connected to the input of a subsequent counter 20, which accordingly the duration of the successive sampling values that have the same sign chens or the half-wave duration a corresponding, for example, n-bit output signal supplies. Eiz downstream two-threshold comparator 24 then supplies a real one Output signal to be interpreted, if the signal received by the counter Value (n-bit) lies within the two predetermined threshold values S1 and S2. the The specification of the two threshold values S1 and S2 depends on the expected half-wave duration the real bang signals. Advantageously, by means of a buffer 21, for example a flip-flop 21 connected downstream of the comparator 19 and a Comparator 22, one input of which is connected to the input of the flip-flop and thus also with the comparator output 19 and its other input with the Q output of the flip-flop are connected, the counter 20 by changing the sign of the received samples Xi (change in the output signal of the comparator 19 when the half-wave of the received Bang has ended), reset. Previously, the The half-period value determined is read out from the counter 20 and stored in a buffer 23 pushed. If the value is greater than S2, it is very likely wind noise or some other low-frequency interference signal. Is the value smaller than S1i it is a projectile bang or another high-frequency interference signal. The counter 20 is advantageously reset at the start of operation. Of the The intermediate memory 23 is preferably located between the comparator 24 and the counter 20.
Mit Hilfe beispielsweise einer UND-Verknüpfung liefert die eine Detektionseinheit 8 dann ein vor gegebenes Ausgangssignal, wenn der Knallsignal-Anfang (Komparatorausgang 15), der Vorzeichenwechsel (beispielsweise positiv Halb- welle beendet und Komparatorausgang 22 liefert vorgegebenes Ausgangssignal) detektiert sind und die Dauer der Halbwelle einem echten Knallsignal entspricht (Zweischwellenkomparator 24 liefert vorgegebenes Ausgangssignal). In vorteilhafter Weise wird dieses Ausgangssignal der einen Detektionseinheit 8 als Setzsignal für ein der Zeitmeßeinheit 4 nachgeschaltetes Flip-Flop 25 und das Ausgangssignal der anderen Detektionseinheit 9 als Rücksetzsignal für das Flip-Flop 25 verwendet.With the help of an AND link, for example, the one detection unit delivers 8 then a given output signal when the start of the bang signal (comparator output 15), the sign change (e.g. positive half- wave terminated and the comparator output 22 supplies a predetermined output signal) detected and the duration of the half-wave corresponds to a real bang signal (two-threshold comparator 24 supplies the specified output signal). This output signal is advantageously the one detection unit 8 as a setting signal for a downstream of the time measuring unit 4 Flip-flop 25 and the output signal of the other detection unit 9 as a reset signal used for the flip-flop 25.
Vorzugsweise ist der Ausgang des Komparators 15 über den Setzeingang eines weiteren Pufferspeichers P mit dem Flip-Flop 25 verbunden. Beispielsweise kann der Pufferspeicher P dann bei Signalende durch das Ausgangssignal der Detektionseinheit 9 zurückgesetzt werden.The output of the comparator 15 is preferably via the set input a further buffer memory P is connected to the flip-flop 25. For example the buffer memory P can then at the end of the signal by the output signal of the detection unit 9 must be reset.
Aus der zeitlichen Länge des auftretenden Ausgangssignals des Flip-Flops 25 und den Verarbeitungszeiten in der Knallsignalanordnung, insbesondere die für die Detektion des Signal-Anfangs und des Signal-Endes benötigte Zeit, läßt sich mit einer Recheneinheit RE beispielsweise der genaue Zeitpunkt des Knallsignal-Anfangs und des Knallsignal-Endes ermitteln. Damit ist eine eindeutige Zuordnung der in einem Register RG fortlaufend gespeicherten, vom A/D-Wandler erzeugten Abtastwerte X. mit dem zugehörigen echten Knallsignal möglich.From the temporal length of the output signal of the flip-flop that occurs 25 and the processing times in the pop signal arrangement, in particular those for the detection of the signal start and the signal end required time can be with a computing unit RE, for example, the exact time of the start of the pop signal and determine the end of the bang. This means that the in Samples generated by the A / D converter and continuously stored in a register RG X. possible with the associated real bang signal.
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Claims (22)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843427010 DE3427010A1 (en) | 1984-07-21 | 1984-07-21 | Method for detecting and evaluating acoustic detonation signals, and an arrangement for carrying out the method |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19843427010 DE3427010A1 (en) | 1984-07-21 | 1984-07-21 | Method for detecting and evaluating acoustic detonation signals, and an arrangement for carrying out the method |
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE3427010A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3511249A1 (en) * | 1985-03-28 | 1986-10-02 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Method for determining acoustic report signals and arrangement for carrying out the method |
DE3511248A1 (en) * | 1985-03-28 | 1986-10-02 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Method for determining acoustic report signals and arrangement for carrying out the method |
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1984
- 1984-07-21 DE DE19843427010 patent/DE3427010A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3511249A1 (en) * | 1985-03-28 | 1986-10-02 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Method for determining acoustic report signals and arrangement for carrying out the method |
DE3511248A1 (en) * | 1985-03-28 | 1986-10-02 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Method for determining acoustic report signals and arrangement for carrying out the method |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8130 | Withdrawal |