DE3523972C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Unterdrücken von Störungen, die einem ersten Signal und einem mit diesem korrelierten zweiten Signal gemeinsam sind.

Geräte zum Messen der Kreuzkorrelationsfunktion zwischen zwei Signalen sind bekannt. Mit einem solchen Gerät wird die Kreuzkorrelationsfunktion für positive Zeitverzögerungen abgeschätzt. Diese Verfahrensweise weist jedoch den Nachteil auf, daß jede Gleichtaktstörung die Zeitverzögerung des Korrelationsspitzenwertes verschieben kann.

Zum Berechnen der Zeitverzögerung für den Spitzenwert der Kreuzkorrelationsfunktion wird gewöhnlich eine Anzal N vorausgegangener Schätzwerte der Kreuzkorrelationsfunktion summiert. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß nur ein Schätzwert der Verzögerungszeit für den Spitzenwert für jeweils N Schätzungen der Kreuzkorrelationsfunktion erhalten wird.

Bei der Auswertung der Kreuzkorrelationsfunktion von Daten, die mit mehr als einem einzelnen Bit Auflösung abgetastet worden sind, war es bislang üblich, mehrere Einzelbitkorrelatoren zu verwenden. Dies ist apparativ sehr aufwendig.

Aus dem Buch von Lange: "Signale und Systeme", Band 3, VEB Verlag Technik Berlin 1973, Seiten 179 bis 182, 259 bis 262 und 287 bis 289 ist bekannt, daß der Korrelationsempfang in der Ortungstechnik und in der störfesten Meßwert- und Datenübertragung angewendet wird, weil mit seiner Hilfe extrem schwierige technische Aufgaben, z. B. die Meßwert- und Bildübertragung von anderen Himmelskörpern befriedigend gelöst werden können, allerdings mit einem höheren apparativen Aufwand. Die Empfangsvorrichtungen enthalten Korrelationsdetektoren, beispielsweise Kreuzkorrelatoren, in welchen die zu korrelierenden Signale auf die Eingänge eines Multiplikators gegeben werden, dessen Ausgangssignal durch ein Integrationsfilter zu einem Anzeigeinstrument geleitet wird.

Aus dem "Supplement to The TTL Data Book for Design Engineers", Texas Instruments Inc., 1974, Seiten S-312 bis S-314 sind Differenzstufen bzw. Einrichtungen zum Erzeugen eines Differenzsignals aus zwei Signalpaaren bekannt, die somit geeignet sind, ggf. nach vorangehender Analog/Digital-Wandlung ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Differenz der eingegebenen Signale entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Unterdrücken von zwei korrelierten Signalen gemeinsamen Störungen anzugeben, die bzw. das im Vergleich zum Stand der Technik einen verringerten apparativen Einsatz erfordern.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 1, hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 9 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.

Wie aus dem vorgenannten Buch von Lange bekannt, ist die Kreuzkorrelationsfunktion keine gerade Funktion, so daß Ryx (T) nicht gleich Ryx (-T) ist. Bei der Erfindung wird die Differenz Ryx (T)-Ryx (-T) gebildet, um Störungen zu vermindern, die y (T) und x (T) gemeinsam sind, was ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist. Die Erfindung verwendet eine Funktion positiver Zeitverzögerung, eine Funktion negativer Zeitverzögerung und die Differenz der sich so ergebenden Signale. Das mathematische Äquivalent der genannten Differenz ist tatsächlich die Fouriertransformation des Imaginärteils des Kreuzspektrums. Die Störungen, die mit Hilfe der Erfindung beseitigt werden sollen, haben ein reelles Kreuzspektrum. Daß Störungen unterdrückt werden können, indem man den reellen Anteil des Kreuzspektrums unterdrückt und dann eine inverse Fouriertransformation ausführt, ist im Stand der Technik ohne Vorbild.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm, das die Anwesenheit von Gleichtakt­ störungen in korrelierten Realverarbeitungssig­ nalen darstellt;

Fig. 2 ein Diagramm, das eine typische unkorrigierte Kreuzkorrelationsfunktion und eine hinsichtlich Gleichtaktstörungen korrigierte Funktion dar­ stellt;

Fig. 3 ein positives Zeitverzögerungs-Kreuzkorrelations­ funktionssignal für Verarbeitungssignale;

Fig. 4 das Kreuzkorrelationsfunktionssignal von Fig. 3, hinsichtlich Gleichtaktstörungen nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren korrigiert;

Fig. 5 eine bevorzugte Ausführungsform eines Kreuzkorre­ lator-Vorverarbeitungskreises;

Fig. 6a und 6b ein Blockschaltbild eines Schaltkreises nach der Erfindung;

Fig. 7 einen vollständigen Schaltkreis einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Kreuzkorrelationsfunktion Ryx (T) von zwei Signalen y (t) und x (t) ist gegeben durch

worin T die Verzögerungszeit und M die Gesamtabtastzeit ist.

Wenn y (t) der Ausgang eines linearen Systems mit dem Ein­ gang x (t) und der Impulsantwort h (T) ist, dann gilt auch die Faltungsbeziehung:

In einer Realverarbeitung kann eine Gleichtaktstörung n (t) vorhanden sein, wie in Fig. 1 gezeigt.

Wenn die Verarbeitung eine reine Laufzeitverzögerung (L) ist, dann wird h (T) ein Einheitsimpuls mit der Zeitver­ zögerung L, und

Ryx (T) = Rxx (T - L) + Rnn (T).

Da alle Autokorrelationsfunktionen, beispielsweise Rnn (T) um T symmetrisch sind, d. h. Rnn (T) = Rnn (-T), gilt

Ryx (T) - Ryx (-T) = Rxx (T - L) - Rxx (-T - L).

Um L genau zu bestimmen, müssen die Signale x(t) und y(t) eine Bandbreite haben, die ausreichend groß ist, um si­ cherzustellen, daß h(T) eine schmale Spitze mit der Ver­ zögerungszeit L ist und daß daher Rxx (T) für | T| < L sehr klein ist. Daher ist

Ryx (T) - Ryx (-T) = Rxx (T - L),

was die Kreuzkorrela­ tionsfunktion frei von Störungen n(t) ist.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer typischen Kreuzkorre­ lationsfunktion zwischen zwei Verarbeitungssignalen, die im Spektralinhalt gleich sind, von denen jedoch ein Sig­ nal (y(t)), das als das Abströmsignal bezeichnet wird, in bezug auf das andere Signal (x(t)) zeitlich verzögert ist. Die Signale sind als Funktion der Verzögerung T dar­ gestellt. Kurve 1 zeigt die unkorrigierte Kreuzkorrela­ tionsfunktion Ryx (T). Kurve 2 zeigt die Gleichtaktstö­ rung (Autokorrelationsfunktion) Rnn (T). Kurve 3 zeigt die für Gleichtaktstörungen korrigierte Funktion. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Spitzenwert der Kreuzkorre­ lationsfunktion sowohl in der Zeit (Verzögerung) als auch in der Amplitude durch Gleichtaktstörungen verschoben werden.

Jede Störung, die beiden Kanälen gemeinsam ist, kann aus der Kreuzkorrelationsfunktion eliminiert werden, indem man den Korrelationswert bei negativen Zeitverzögerungen von jenem bei entsprechenden positiven Zeitverzögerungen abzieht.

Fig. 3a bis 3c zeigen Kreuzkorrelationsfunktionen für positive Zeitverzögerung für gemessene Verarbeitungssignale mit variierenden Pegeln einer 120 Hz-Sinusstörwelle, die bei­ den Kanälen hinzuaddiert ist. Das obere Diagramm gemäß Fig. 3a zeigt die Ergebnisse für ein störungsfreies Sig­ nal. Das zweite Diagramm nach Fig. 3b zeigt die Ergebnis­ se für ein Signal/Störungsverhältnis von 4 : 1 und das drit­ te Diagramm nach Fig. 3c zeigt die Ergebnisse nur für die Störung. Fig. 3c zeigt die unkorrigierte Kreuzkorrela­ tionsfunktion für einen gemessenen Prozeß, wobei eine 120 Hz-Störung hinzuaddiert ist, 7,8 ms pro Horizontal­ teilung, und zeigt die perfekte Korrelation am oberen Rand des Schirms und die perfekte negative Korrelation am un­ teren Rand des Schirmes. Die Verschiebung in der Spitzen­ lage zwischen den Fig. 3a und 3b ist augenscheinlich.

Fig. 4a bis 4c zeigen den Ausgang des verbesserten Kreuzkorrelator­ kreises nach der vorliegenden Erfindung. Die Kreuzkorrela­ tionsfunktion ist für Gleichtaktstörungen unter den glei­ chen Bedingungen, wie in Fig. 3, korrigiert. Man erkennt, daß die Verzögerungszeit des Spitzenkorrelationswertes nun durch die Störung verschoben ist und daß die Störung nicht mehr vorhanden ist.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann man Ryx (T) - Ryx (-T) durch Zeitmultiplexen der seriellen Ein­ gänge zum Korrelator so auswerten, daß jeder zweite Ab­ tastwert beider Eingänge -Ryx (-T) darstellt und jeder an­ dere Abtastwert beider Eingänge Ryx (T) darstellt.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird die Differenz Ryx (T) - Ryx (-T) bei jeder Zeitverzögerung (T) exponentiell mit Hilfe von Kreisen geglättet, die folgen­ de Schritte ausführen:

• (1) Speichern eines exponentiell geglätteten Wertes einer jeden Differenz;
• (2) Berechnen einer Funktion der Verzögerungszeit, nach­ folgend als A definiert, durch Teilen eines jeden gespeicherten Wertes durch einen Faktor 2;
• (3) Berechnen einer Funktion der Verzögerungszeit, die nachfolgend als B definiert ist, durch Teilen eines jeden neuen Differenzwertes durch den gleichen Fak­ tor 2;
• (4) Berechnen einer Funktion der Verzögerungszeit, die nachfolgend als C definiert ist, durch Auswerten der "Zweierkomplemente" eines jeden Wertes von A;
• (5) Berechnen der Summe von B und C;
• (6) Berechnen einer Korrekturfunktion, die nachfolgend als Summe von B und C geteilt durch einen weiteren einstellbaren Faktor 2 definiert ist, um eine ein­ stellbare Zeitkonstante für die exponentiell ge­ glätteten Werte zu erhalten;
• (7) Addieren der Korrekturfunktion zu den gespeicherten Werten, wodurch die gespeicherten Werte aktualisiert werden.

Gewünschte Ausführungsformen der exponentiell geglätteten gespeicherten Werte, die eine Funktion einer positiven Ver­ zögerungszahl sind, ergeben einen Ausgang, der proportio­ nal dem Mittelwert der Verzögerungszeit des größten Wer­ tes der gespeicherten Funktion ist, durch:

• (1) Kreise, die die Verzögerungszeit, hier als L be­ zeichnet, des größten Wertes der gespeicherten Funktion bestimmen;
• (2) Erhöhen des Ausgangs, wenn der Wert von L größer als der Ausgang ist;
• (3) Vermindern des Ausgangs, wenn der Wert von L klei­ ner als der Ausgang ist.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die zwei Eingangssignale hinsichtlich ihrer Nulldurch­ gangsrichtung ermittelt (es wird ihnen ein Wert von 0 oder 1 gegeben, je nachdem, ob sie kleiner oder größer als Null sind). Signale mit mehr als 1 Bit Auflösung werden durch einen gegebenenfalls vorhandenen Addierkreis aufbereitet, von dem eine bevorzugte Ausführungsform detailliert in Fig. 5 dargestellt ist. Die bevorzugte Ausführungsform er­ zielt eine 2 Bit-Auflösung durch Zeitmultiplexen von drei Eingangssignalkonfigurationen an einem Einzelbitkorrela­ tor. Die drei Eingangskonfigurationen sind:

• (a) Korrelation des höchstwertigen Bits des zuströmen­ den Signals mit dem höchstwertigen Bit des abströ­ menden Signals.
• (b) Korrelation des höchstwertigen Bits des zuströmen­ den Signals mit dem geringstwertigen Bit des ab­ strömenden Signals.
• (c) Korrelation des geringstwertigen Bits des zuströ­ menden Signals mit dem höchstwertigen Bit des ab­ strömenden Signals.

Die gleichzeitige Korrelation dieser drei gemultiplexten Eingangskonfigurationen ist äquivalent zu Addierergebnis­ sen von drei getrennten Einzelbitkorrelatoren. Es ist be­ kannt, daß dies eine genaue statistische Gewichtung der beschriebenen Wertigkeit der Bits ergibt. Mit abströmendem Signal wird hier das Signal bezeichnet, in welchem die be­ nötigte Information in bezug auf die gleiche Information in dem anderen Signal zeitverzögert ist. Dieses andere Signal wird hier als das zuströmende Signal bezeichnet.

Vorzugsweise wird ein einzelner digitaler integrierter Kreuzkorrelationskreis verwendet, der die Eingänge zweimal in rascher Folge (verglichen mit der Abtastrate) abtastet, die zuerst normal und dann mit umgekehrten Eingängen und mit einem umgekehrten Eingang verbunden werden, d. h., der Eingang, der normal mit dem zuströmenden Signal verbunden ist, wird mit dem abströmenden Signal verbunden und der Eingang, der normalerweise mit dem abströmenden Signal verbunden ist, wird mit dem invertierten zuströmenden Sig­ nal verbunden. Bei einer weniger bevorzugten Ausführungs­ form werden zwei digitale integrierte Kreuzkorrelatorkrei­ se verwendet. Der zweite der digitalen integrierten Kreuz­ korrelatorkreise wird mit den umgekehrten Eingängen ver­ bunden, d. h., der Eingang, der zur Verbindung mit dem zu­ strömenden Signal bestimmt ist, wird mit dem abströmenden Signal verbunden und der Eingang, der zur Verbindung mit dem abströmenden Signal bestimmt ist, wird invertiert und mit dem zuströmenden Signal verbunden. Auf diese Weise wird der Ausgang der digitalen Kreuzkorrelatoren zu dem Ausgang des zweiten addiert. Es versteht sich, daß dies mathematisch äquivalent der Zuführung der ersten und nicht­ invertierten zweiten Signale zu entsprechenden ersten und zweiten Anschlüssen des zweiten digitalen Korrelators und einer Differenzbildung der Ausgänge ist.

Die Erfindung wird nun, nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 erläutert. Komponenten sind in den Figuren mit Zahlen bezeichnet und Daten durch eine Zeitfunktion, z. B. A (t) oder einen Buchstaben. Datenfluß ist durch Pfeile eingezeichnet. Die Zahl von physikali­ schen Leitungen in einer Datenvielfachleitung ist durch einen Schrägstrich und eine hinzugefügte Ziffer bezeich­ net.

Fig. 5 zeigt einen Vorverarbeiter für den Kreuzkorrelator, der zwei 2-Bit-A/D-Wandler und einen zeitgesteuerten Mul­ tiplexer enthält, der eine richtige Gewichtung, die jedem Bit der digitalisierten Daten zukommt, auf Zeitversatzba­ sis ermöglicht. Dieser Schaltkreis bildet einen auf Wunsch verwendbaren Zusatz zusätzlich zu dem gleichtakt-korrigier­ ten Korrelatorkreis nach Fig. 6a.

Die A/D-Wandler sin dso gestaltet, daß sie sich automa­ tisch auf den vollen Meßbereich entsprechend der Eingangs­ signalamplitude einstellen.

Fig. 6a zeigt einen gleichtakt-korrigierten Korrelator, der eine Zahl zwischen 0 und 64 abgibt, die den Korrela­ tionspegel zwischen den zwei Eingängen in jedem Abtastin­ tervall darstellt.

Diese Einrichtung tastet die zwei Eingänge U (t) und D (t) durch Nulldurchgangspolaritätserfassung ab. Die störungs­ korrigierte Kreuzkorrelation wird teilweise durch einen in integrierter Schaltkreistechnik ausgeführten Korrela­ tor vom Typ TRW 1023J erzielt. Beim Abschluß einer jeden Aufzeichnung (Periode von 256 Abtastungen) werden die letz­ ten 64 binären Abtastungen, die man aus den letzten 32 zu­ strömenden Abtastungen alternierend mit den letzten 32 in­ vertierten abströmenden Abtastungen erhält, in einen Hal­ tekreis geladen, wie in Fig. 6a mit 1 und 2 bezeichnet. Bei jeder der nächsten 256 Abtastungen wertet die Schal­ tung TRW 1023J eine 7-Bit-Korrelation zwischen dem gehal­ tenen Wert und dem letzten Inhalt des B-Schieberegisters aus.

Vorteilhafterweise ist der Korrelatorausgang, der von 0 bis 64 reicht, auf 0 bis 63 begrenzt, um einen Überlauf in den nachfolgenden Kreis zu verhindern (4).

Das Ergebnis ist eine Korrelation, die für Gleichtaktstö­ rungen korrigiert worden ist. Diese Gleichtaktstörungskor­ rekturtechnik wird mit dem Schaltkreis nach Fig. 7 er­ reicht. Dieser ist so aufgebaut, daß er Stift für Stift kompatibel mit einem einzelnen TRW 1023J-Korrelator über einen Anschlußstecker (5) ist, so daß vorhandene Kreuz­ korrelatoranordnungen mittels einer Steckverbindung gegen höherwertige ausgetauscht werden können.

Die Taktquelle in Fig. 6b (6) erzeugt:

• 1. Einen Abtastintervalltakt, der einstellbar ist.
• 2. Eine Verzögerungszahl, die nach jedem Abtastinter­ vall um 1 erhöht wird.
• 3. Einen Impuls nach dem 256sten Abtastintervall (wenn die Verzögerungszahl auf 0 zurückgesetzt wird). Die­ ser Impuls wird auch dazu verwendet, den Multibit- Zeitmultiplexer (Fig. 5) zu steuern.

In Fig. 6b enthält der Exponentialglättungskreis folgen­ de Einrichtungen:

• 1. Eine Einrichtung zum Berechnen des exponentiell ge­ glätteten Wertes der korrigierten Kreuzkorrelations­ funktion bei jeder Verzögerungszahl.
• 2. Einen RAM (7) zum Speichern der 256 geglätteten kor­ rigierten Korrelationswerte. Die 7-Bit-korrigierte Korrelation wird mit 32 multipliziert, um eine 12-Bit- Zahl (C(T) in Fig. 6b (8) zu ergeben. C(T) ist be­ grenzt auf 2047 für eine vollständige Korrelation und 0 für eine vollständige negative Korrelation. A(T) ist der Wert der Adressenvielfachleitung und ist be­ kannt als die Verzögerungszahl. Wenn die Eingangssig­ nale von den Zufallsprozessen abgeleitet werden, dann kann die Genauigkeit einer gegebenen Verzögerungszahl durch Glättung verbessert werden. Jeder der 256 Werte wird exponentiell geglättet, wobei 256 geglättete Wer­ te in dem RAM (7) gespeichert werden.

Wenn G(T) in Fig. 6 geglättet ist, ist die störungskorri­ gierte Korrelationsfunktion und C(T, N) der Wert von C(T), der aus N vorausgehenden Aufzeichnungen erhalten wird. Dann gilt:

worin k die Glättungszeit bei den Aufzeichnungen ist und k ist eine Potenz von 2.

Der geglättete korrigierte Korrelationswert für die Ver­ zögerung T wird auf folgende Weise aktualisiert. J (T) wird errechnet aus:

J (T) = -G (T)/32 (9) (2),

wobei das arithmetische Zweierkomplement verwendet wird. D (T) wird dann berechnet als:

D (T) = C (T)/32 + J (T) = C (T)/32 - G (T)/32 (3).

D (T) repräsentiert eine negative Zahl, wenn ihr höchstwer­ tiges Bit gesetzt ist, d. h., sie liegt in Zweierkomple­ mentgestalt vor.

Wenn beispielsweise k = 64, dann wird D (T) durch zwei (11) geteilt und E (T) wird:

E (T) = C (T)/64 - G (T)/64 (4).

E (T) stellt die Einstellung dar, die zu G (T) addiert wer­ den muß, um G (T) zu aktualisieren. E (T) liegt in seiner Zweierkomplementform vor. G (T) ist stets eine positive Zahl und liegt in absoluter Binärform vor.

Die Einstellung E (T) wird zu G (T) in (12 und 13) addiert, um den aktualisierten Wert zu ergeben:

G (T) aktualisiert = (C (T)/64) + (1 - 1/64) G (T) (5).

Diese rekursive Formel kann man lesen als eine exponen­ tiell geglättete Version von C (T).

In Fig. 6b liefert der Spitzendetektorkreis:

1. Die Verzögerungszahl (Adresse) des größten geglätte­ ten korrigierten Korrelationswertes, der während der lau­ fenden Aufzeichnung von 256 Abtastungen gefunden wurde. Dieser wird in der Verriegelungsschaltung (14) gehalten. Der Ausgang wird am Ende einer Aufzeichnung verriegelt (15).

Am Beginn einer Aufzeichnungsverriegelung (16) wird L gelöscht. Der Wert von K (T) wird mit L (17) verglichen. Wenn K (T) < L und wenn T größer als ein vorbestimmtes Minimum ist, das durch (18) und (19) bestimmt ist, dann wird nach der näch­ sten Abtastprüfung der Takt L gleich K (T) und der Wert von T wird in (14) verriegelt. Am Ende der Aufzeichnung ent­ hält L den größten korrigierten Korrelationswert und (14) enthält die Verzögerungszahl des größten korrigierten Kor­ relationswertes.

2. Eine Einrichtung, um sicherzustellen, daß, wenn der spitzenwertkorrigierte Korrelationswert zu niedrig ist, der Ausgang dann nicht aktualisiert wird (20 bis 22).

Sowohl die Verzögerungszahl A (T) und die korrigierten Kor­ relationswerte K (T) sind als analoge Ausgänge verfügbar, die dazu verwendet werden können, das "Korrelogramm" auf einem Oszilloskop (23 und 24) darzustellen.

In Fig. 6b enthält die Verriegelung (15) die Verzögerungs­ zahl des spitzenkorrigierten Korrelationswertes. Der Mit­ telwert des Inhalts von (15) über mehrere Aufzeichnungen wird vorzugsweise durch einfache Mittelwertbildung erhal­ ten, da der Mittelwert gegen Störungen weniger empfindlich ist.

Das Prinzip des mittleren Verzögerungsfolgers ist wie folgt:

Wenn Q der Ausgang des Folgers und P der Eingang ist, dann wird am Ende jeder Aufzeichnung Q (Ausgang des Zählers (25)) um 1 erhöht, wenn P < Q oder um 1 vermindert, wenn P < Q (wie durch (26) bestimmt).

Eine detailliertere Beschreibung der bevorzugten Ausfüh­ rungsform wird nachfolgend gegeben.

Zwei schnelle Taktimpulse schieben zwei Werte in jedes der Zuström- und Abströmregister des TDC1023J-Kreises (Fig. 6a). Diese Taktimpulse werden in (3) erzeugt und beim er­ sten Taktimpuls wird der Schalter (2) nach links gestellt und beim zweiten Taktimpuls wird der Schalter (2) nach rechts gestellt.

Das 7-Bit-Korrelationsergebnis wird um fünf Bits verscho­ ben, um eine 12-Bit-Zahl zu ergeben (C (T) in Fig. 6). Die­ se wird zu einer 16-Bit-Zahl (J (T) in Fig. 6) addiert, die aus der Datenvielfachleitung gewonnen wird. Die Datenviel­ fachleitung wird durch 32 durch Verschiebung durch fünf Bits geteilt. Die fünf höchstwertigen Bits sind Nullen zu­ geordnet. Das Zweierkomplement wird genommen, indem alle 16 Bits invertiert und 1 hinzugezählt wird. Die fünf höchstwertigen Bits von J (T) sind daher sämtlich Einser. Die fünf geringstwertigen Bits von C (T) sind sämtlich Nul­ len. C (T) werden nun addiert.

Da alle Bits, die eine 2 bezüglich der Potenz (12 bis 15) in J (T) darstellen, Einser sind und alle gleichwertigen Bits von C (T) Nullen sind, besteht die Addierstufe für die vier höchstwertigen Bits aus einem einzelnen Inverter, der von dem Trägerausgang von IC 3 abgeleitet ist.

Diese Zweierkomplementzahl kann dann durch 1, 2, 4, 8 oder 16 geteilt werden, je nach der benötigten exponentiellen Glättungszeit. (32, 64, 128, 256 oder 512 mal die maxima­ le Korrelationszeit darstellend). Die Addiererausgänge werden in einer 16-Bit-Verriegelungsschaltung gespeichert.

Die Verriegelungsausgänge werden in einem Speicher an den Adressen gespeichert, die durch die Verzögerungszahl an­ gegeben sind. Der Speicher besteht aus zwei 2 K × 8 CMOS statischen RAM-Chips (5), die als 16-Bit-breiter Spei­ cher angeordnet sind. Nur 256 Speicheradressen werden ver­ wendet.

Zwei D/A-Wandler, (in Fig. 6b die Elemente 23 und 24) stel­ len analoge Ausgänge der Datenvielfachleitung und der Ver­ zögerungszahlvielfachleitung zur Verfügung. Diese ermög­ lichen, daß das letzte Korrelogramm auf einem Oszilloskop in Realzeit dargestellt wird.

Am Beginn einer Aufzeichnung wird die Spitzenkomparator­ verriegelung (16) gelöscht. Bei jedem Abtasttakt werden die acht höchstwertigen Bits der Datenvielfachleitung ver­ riegelt, wenn sie eine Zahl repräsentieren, die größer als die in der Verriegelungsschaltung augenblicklich verrie­ gelte Zahl ist. Diese Verriegelung hält daher den höch­ sten korrigierten Korrelationswert für die laufende Auf­ zeichnung fest.

Die Verzögerungszahl wird verriegelt (14) bei einem Über­ gang des Abtasttaktes, vorausgesetzt, daß der Spitzenkompa­ rator (17) anzeigt, daß dies der größte geglättete korri­ gierte Korrelationswert für diese Aufzeichnung ist und vorausgesetzt, daß die Verzögerungszahl größer als das Mi­ nimum ist, das am Schalter (19) eingestellt ist.

Der Abwärtsübergang des höchstwertigen Bits der Verzöge­ rungszahl A (t) signalisiert das Ende einer Aufzeichnung (256 Abtastungen).

Die Verriegelungsschaltung (14) enthält soweit die Verzö­ gerungszahl der spitzenkorrigierten Korrelation für diese Aufzeichnung. Am Ende einer Aufzeichnung wird diese Zahl in das Ende der Aufzeichnungsverriegelung (15) verriegelt. Diese Verreigelung hält die Verzögerungszahl der korri­ gierten Korrelationsspitze und wird nach Abschluß jeder Aufzeichnung aktualisiert, vorausgesetzt, daß die Amplitu­ de der korrigierten Korrelationsspitze größer als ein durch den Schalter (22) eingestelltes Minimum ist.

Am Ende einer Aufzeichnung wird der Auf/Abwärtszähler (25) mit einer gegebenenfalls vorhandenen parallelen Last um 1 erhöht, um 1 erniedrigt oder belassen, wie er ist, wenn der Ausgang des Endes der Aufzeichnung größer, gleich bzw. kleiner als der Ausgang des Auf/Abwärtszählers ist, wie durch (26) ermittelt. Dies bildet die Verzögerungs- Mittelwertberechnung.

Der Digitalausgang (Q) ist die Verzögerungszahl der spit­ zenkorrigierten Kreuzkorrelation, d. h., eine Schätzung der Zeitverzögerung zwischen den zwei Eingangssignalen. Diese Ausführung der Erfindung schafft auch einen multi­ plizierenden D/A-Wandler (27), der so verbunden ist, daß

• i der Digitalwert, der die Verzögerungszeit der Spitze der korrigierten Kreuzkorrelationsfunktion ist, mit dem Digitaleingang des multiplizierenden D/A-Wandlers (27) verbunden ist:
• ii der Ausgang des multiplizierenden D/A-Wandlers von einer 1 Volt-Bezugsspannung abgezogen und das Ergeb­ nis dieser Subtraktion dann verstärkt wird (28). Die­ ses verstärkte Signal wird dem Spannungsbezugseingang des multiplizierenden D/A-Wandlers zugeleitet:
• iii der Ausgang wird von der Bezugsspannung genommen, die dem multiplizierenden D/A-Wandler zugeführt wird. Wenn die Erfindung dort angewendet wird, wo die Eingangs­ signale die Eigenschaften eines strömenden Materials, das durch zwei in einem bekannten Abstand angeordnete Sensoren gemessen wird, angeben, dann ist der Ausgang proportional der Geschwindigkeit des Materials.

Ein vollständiges Schaltbild ist in Fig. 7 offenbart.

Man erkennt, daß Ryx (T) - (Ryx (-T) mathematisch äquivalent der inversen Fouriertransformation des Imaginärteils des komplexen Kreuzpotenzspektrums von Y (T) und X (T) ist.

Dieses Verfahren zur Gewinnung der benötigten Funktion könnte mit einem Mikroprozessor ausgeführt werden, der ge­ genwärtige Stand der Technik macht dies jedoch unpraktisch (hohe Kosten und langsamer Betrieb).

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Unterdrücken von Störungen, die einem ersten Signal und einem mit diesem korrelierten zweiten Signal gemeinsam sind, enthaltend: eine Korrelatorein­ richtung (1, 4) zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das für die Differenz zwischen der Kreuzkorrelation der ersten und zweiten Signale als eine Funktion positiver Zeitverschiebung des ersten Signals gegenüber dem zwei­ ten Signal und der Kreuzkorrelation der ersten und zwei­ ten Signale als eine Funktion negativer Zeitverschiebung des ersten Signals gegenüber dem zweiten Signal kenn­ zeichnend ist, wobei die Korrelatoreinrichtung (1, 4) enthält: einen Signalkorrelator (1, 4) mit einem ersten Schaltungseingang U (t) und einem zweiten Schaltungsein­ gang D (t), der ein Signal erzeugt, das für die Kreuzkor­ relation der den beiden Eingängen zugeführten Signale als eine Funktion der Zeitverschiebung des einen Ein­ gangssignals gegenüber dem anderen Eingangssignal kenn­ zeichnend ist, und eine Einrichtung (2) zum Umschalten der Eingänge zwischen einer Betriebsart positiver Zeit­ verschiebung und einer Betriebsart negativer Zeitver­ schiebung, wobei die Umschalteinrichtung (2) in der Betriebsart positiver Zeitverschiebung das erste Signal dem ersten Eingang U (t) und das zweite Signal dem zwei­ ten Eingang D (t) zuführt und in der Betriebsart negati­ ver Zeitverschiebung das erste Signal dem zweiten Ein­ gang D (t) und das zweite Signal dem ersten Eingang U (t) zuführt, und die Korrelatoreinrichtung (1, 4) eine Ein­ richtung (32) zum Invertieren eines der zugeführten Eingangssignale in einer der Betriebsarten aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (7) zum Speichern der Differenz zwischen dem Ausgangssignal, das man in der Schaltstel­ lung positiver Zeitverschiebung erhält, und dem Aus­ gangssignal, das man in der Schaltstellung negativer Zeitverschiebung erhält, enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Korrelator ein digitalter Korrelator ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelator ein Einzelbitkorrelator ist und wei­ terhin eine Einrichtung (2, 3) zum Zeitmultiplexieren der Eingangssignale aufweist.

5. Vorrichtung nachh einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite Abtastwert des Ausgangs die Kreuzkorrelation des ersten Signals gegenüber dem zweiten Signal bei negativer Zeitverschiebung darstellt und jeder andere Abtastwert des Ausgangssignals die Kreuzkorrelation der genannten Signale bei positiver Zeitverschiebung darstellt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Speichereinrichtung (7) zum Speichern von Signalen enthält, die exponentiell geglättete Schätzwerte der Ausgangssignale bei verschie­ denen Zeitverschiebungswerten darstellen, sowie Einrich­ tungen (6, 8-13) zum Aktualisieren der Speichereinrich­ tung (7) mit einer Rate, die gleich der Abtastrate der ersten und zweien Eingangssignale ist, aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Datenverarbeitungsein­ richtung (25, 26) verbunden ist zur Auswertung des Mit­ telwertes der Zeitverschiebung entsprechend dem positi­ ven Maximalwert einer korrigierten Kreuzkorrelations­ funktion.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Einrichtung (29) zur Digitalisierung der ersten und zweiten Eingangssignale jeweils mit 2-Bit-Auflösung und mit einer Einrichtung (30 A, 30 B, 31) zum Zeitmultiplexieren ausgewählter Kom­ binationen der sich ergebenden 4 Bits kombiniert ist, um die korrigierten Kreuzkorrelationsfunktionen der Eingänge mit 2-Bit-Auflösung auszuwerten.

9. Verfahren zum Unterdrücken von Störungen, die einem ersten Signal und einem damit korrelierten zweiten Sig­ nal gemeinsam sind, enthaltend die folgenden Schritte:
Verarbeiten der ersten und zweiten Signale miteinander, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das für die Differenz zwischen der Kreuzkorrelation der ersten und zweiten Signale als Funktion einer positiven Zeitverschiebung des ersten Signals gegenüber dem zweiten Signal und der Kreuzkorrelation der ersten und zweiten Signale als Funktion einer negativen Zeitverschiebung des ersten Signals gegenüber dem zweiten Signal kennzeichnend ist, wobei die Verarbeitung die beiden Signale umfaßt:
Umschalten der ersten und zweiten Signale zwischen posi­ tiver Zeitverschiebung, in der das erste Signal einem ersten Schaltungseingang und das zweite Signal einem zweiten Schaltungseingang eines Kreuzkorrelators zugeführt werden, und negativer Zeitverschiebung, in der das erste Signal dem zweiten Schaltungseingang und das zweite Signal dem ersten Schaltungseingang des Kreuzkor­ relators zugeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Ausgangssignal, das man im Betriebszustand positiver Zeitverschiebung erhält, und dem Ausgangssignal, das man im Betriebszustand nega­ tiver Zeitverschiebung erhält, gespeichert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale vor dem Kor­ relieren digitalisiert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelator ein Einzelbit-Korrelator ist und die Eingangssignale ihm in zeitmultiplexierter Weise zugeführt und in ihm Bit für Bit miteinander korreliert werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale, die exponentiell geglättete Schätzwerte des Ausgangssignals bei verschie­ denen Zeitverschiebungswerten sind, gespeichert und mit einer Rate aktualisiert werden, die gleich der Abtastra­ te der ersten und zweiten Eingangssignale ist.