DE4013660C2

DE4013660C2 -

Info

Publication number: DE4013660C2
Application number: DE4013660A
Authority: DE
Inventors: John B. Santa Rosa Calif. Us Taylor; Michael K. Rohnert Park Calif. Us Ellis
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-05-27
Also published as: US5065334A; JPH03205571A; DE4013660A1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Einrichtung zur Unterscheidung von kontinuierlichen Schmalbandsignalen von Breitbandsignalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 14.

Bei ihrer Überprüfung können elektrische Einrichtungen zu Umgebungsstörungen beitragen, die von dem Meßempfänger für elektromagnetische Störüberprüfungen aufgenommen werden. Beispielsweise erzeugen Einrichtungen mit schaltenden Stromversorgungseinheiten, die Impulse mit kurzen Anstiegszeiten erzeugen, häufig Breitbandstrahlungen. Bisherige Meßeinrichtungen zur elektromagnetischen Störüberprüfung können nicht zwischen Schmalbandsignalen und Breitbandstörsignalen oder Stoßstörungen unterscheiden. Da insbesondere mit einem Meßempfänger von der Art eines Spektralanalysators ein Frequenzbereich zur Signalmessung überstrichen wird, treten Signale bei verschiedenen Frequenzwerten in dem Frequenzspektrum auf. Jedoch kann sich die Frequenz der Signalübertragung wegen der Komplexizität der Abstrahlungen während der Überprüfung ändern. Ferner kann auch der Spektralanalysator Meßfehler erzeugen.

Bekannte Verfahren zum Unterscheiden von Schmalbandsignalen von Breitbandsignalen verwenden eine "Musterformanpassung". Eine Musterformanpassung wird im allgemeinen bei Mustererkennungssystemen verwendet, so wie die in der US-PS 48 02 231 beispielhaft angegeben. Die Musterformanpassung und die Mustererkennungssysteme, die in dieser Patentschrift geoffenbart sind, versuchen eine Fehlerverringerung, indem unabhängige Fehlermusterformen, die Mustern entsprechen, welche dazu neigen, irrtümlich angepaßt zu werden, und verbundene Fehlermusterformen erzeugt werden, die mit zum Vergleich gespeicherten, festgelegten Bezugsmusterformen verbunden werden. Beim Vergleich eines unbekannten Musters mit den Bezugsmusterformen, mit den unabhängigen Fehlermusterformen und mit den verbundenen Fehlermusterformen kann das unbekannte Muster als passend stets dann identifiziert werden, wenn seine Prüfungsform am engstens mit einer Bezugsmusterform übereinstimmt.

Weitere Verfahren zur Mustererkennung und Musterfeststellung unter Verwendung von Musterformanpassungsverfahren sind in der US-PS 47 97 941 geoffenbart. Diese Druckschrift offenbart den Vergleich eines Eingabewortes mit einem Wort, welches in einer Musterform-Speichereinrichtung gespeichert ist, derart, daß, wenn alle Eingaben "eins" sind, die von einer Signalverteilung festgelegten Mustereigenschaften einem Musterformwort entsprechen und die Feststellung des Musters erreicht ist. Das Verfahren wird mittels eines indexierten Adressenregisters wiederholt, um eine Reihe von Musterformwörtern herauszuholen, bis die Feststellung erreicht ist.

In der Fachveröffentlichung Audone B. und Franzini-Tibaldeo G., Broad-band and narrow-band measurements, IEEE Transactions on electromagnetic compatibility, Vol. EMC-15, May 1973, No. 2, S. 66 bis 71 werden die Schwierigkeiten erörtert, die bei der Unterscheidung zwischen Schmalbandsignalen und Breitbandsignalen auftreten. Eine generelle Lösung zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist nicht angegeben.

In einer anderen Fachveröffentlichung J. L. Wheeler, Frequenzy-Domain Interference Excising at Radio Frequencies, IEEE Transactions on electromagnetic compatibility, Vol. EMC-19, August 1977, No. 3, S. 132 bis 136 wird von einem Algorithmus berichtet, mit dem es möglich war, bei Störmessungen diskrete Schmalbandstörsignale aus breitbandigen Radiosignalen zu entfernen. Dabei wurden die Meßdaten einer schnellen Fourier-Transformation unterworfen und in den Frequenzbereich transformiert, aus dem Schmalbandstörsignale, die einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert überschritten hatten, ausgeschnitten wurden, indem sie Null gesetzt wurden. Die Bandbreite und der Energiewert der ausgeschnittenen Frequenzanteile wurde katalogisiert und verwendet, um statisch den erreichten Vorteil aufzeigen zu können.

Weder die US-PS 47 97 941 noch die US-PS 48 02 231 beschreibt Verfahren, Vorrichtungen oder Systeme, die eine lange bestehende Notwendigkeit auf dem Gebiet der schnellen und wirkungsvollen Mustererkennung lösen. Die US-PS 47 97 941 und 48 02 231 geben auch keine Verfahren, Systeme oder Vorrichtungen zur Verringerung der Zeit an, die eine Bedienungsperson benötigt, um kontinuierliche Schmalbandsignale von Breitbandausstrahlungen oder Stoßstörsignalen bei einem Meßsystem zur elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung zu unterscheiden. Dieser Bedarf besteht auf dem Gebiet der Technik und ist durch keines der vorstehend beschriebenen Verfahren, durch keine der Vorrichtungen oder Systeme befriedigt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 14 angegebenen Gattung, derart weiterzubilden, daß auf zuverlässige und schnelle Weise Schmalbandsignale von Breitbandsignalen und stoßartigen Signalen unterschieden werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren bzw. einer gattungsgemäßen Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 14 durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 bzw. 14 angegebenen Merkmale gelöst.

Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren und eine Einrichtung an, um einer Bedienungsperson bei der Unterscheidung zwischen kontinuierlichen Schmalbandsignalen und Breitbandsignalen und stoßartigen Ausstrahlungen während elektromagnetischer Störüberprüfungen zu helfen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet kontinuierliche Schmalbandsignale von Breitbandausstrahlungen oder stoßartigen Störungen. Eine Ausführungsform gibt die Software an, welche auf Hewlett-Packard Tischcomputern vom Typ HP der Baureihen 200 oder 300 arbeitet, die das Softwarepaket HP 85864 D von Hewlett-Packard verwenden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A-Fig. 1B ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein beispielhaftes Frequenzspektrum, das von einem Frequenzanalysator in einem Meßsystem zur elektromagnetischen Störüberprüfung erhalten wird,

Fig. 3 eine Kurve für ein synchron abgestimmtes Bandfilter im Vergleich mit einer Parabelannäherung des synchron abgestimmten Bandfilters,

Fig. 4 ein potentielles Schmalbandsignal, das gemäß dem in den Fig. 1A bis 1B gezeigten Flußdiagramm gemessenen Spektrum abgetrennt worden ist, und

Fig. 5 ein System, um kontinuierliche Schmalbandsignale von Breitbandsignalen und stoßartigen Signalen zu unterscheiden.

Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und Vorrichtungen, um einer Bedienungsperson bei der Unterscheidung zwischen kontinuierlichen Schmalbandsignalen und Breitbandsignalen und stoßartigen Ausstrahlungen während elektromagnetischer Störüberprüfungen zu helfen. Die erfindungsgemäß angegebenen Verfahren und Systeme unterscheiden kontinuierliche Schmalbandsignale von Breitbandausstrahlungen oder stoßartigen Störungen. Eine Ausführungsform gibt die Software an, welche auf Hewlett-Packard-Tischcomputern vom Typ HP der Baureihen 200 oder 300 arbeitet, die das Softwarepaket HP 85864 D von Hewlett-Packard verwenden.

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen sich gleiche Bezugszahlen auf dieselben Teile beziehen. Fig. 1A-1B stellen ein Flußdiagramm dar, welches eine bevorzugte Ausführungsform des im Rahmen dieser Erfindung angegebenen Verfahrens beschreibt. Mit einem Meßempfänger oder Spektralanalysator wird ein Frequenzspektrum der Breitband- und Schmalbandsignale beim Schritt 20 erhalten. Bei bevorzugten Ausführungsformen können Hewlett-Packard-Spektralanalysatoren vom Typ HP 8566 B für 100 Hz bis 22 GHz oder vom Typ HP 8568 B für 100 Hz bis 1500 MHz verwendet werden, um das erwünschte Frequenzspektrum zu erhalten. Der Spektralanalysator umfaßt im allgemeinen ein Meßbandfilter, welches ein bekanntes Ansprechverhalten und eine bekannte Bandbreite aufweist. Da ein störungsfreies Schmalbandsignal der Frequenzkurve eines Meßbandfilters folgt, kann der Frequenzgang des Filters als ein Bezug genommen werden, wenn zwischen Schmalbandsignalen und Breitbandsignalen oder stoßartigen Störungen unterschieden werden soll. Eine Musterform wird beim Schritt 40 erzeugt, um eine Bezugsgröße zu schaffen, die die Dämpfungsfunktion des Meßbandfilters beschreibt. Die Musterform wird dann beim Schritt 60 durch eine Kurve, vorzugsweise ein Polynom zweiter Ordnung, angenähert werden, so daß eine Annäherung an den höchsten Wert der Frequenzkurve des Meßbandfilters erhalten werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Schritt 80 eine Spur des Frequenzspektrums, welches von dem Spektrum- Analysator oder Meßempfänger erhalten wird, aufgenommen, um die Schmalbandsignale in dem Spektrum zu finden, die "Schmalbandsignalkriterien" erfüllen und somit möglicherweise von kontinuierlichen Schmalbandsignalen in dem Spektrum herstammen. Für jedes potentielle Schmalbandsignal, das beim Schritt 80 die "Schmalbandsignalkriterien" erfüllt, kann beim Schritt 100 ein Integrationsschritt durchgeführt werden, so daß das Aspektverhältnis des potentiellen Schmalbandsignals bestimmt werden kann. Das Aspektverhältnis des potentiellen Schmalbandsignals ist definiert als die Fläche des potentiellen Schmalbandsignals dividiert durch die doppelte Abweichung von der Mittenfrequenz der Bandbreite des Meßbandfilters. Das Aspektverhältnis des potentiellen Schmalbandsignals wird mit dem Aspektverhältnis des Meßbandfilters gemäß der Annäherung beim Schritt 60 verglichen, um zunächst zu bestimmen, ob das potentielle Schmalbandsignal von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herstammt.

Die beiden derart bestimmten Aspektverhältnisse werden beim Schritt 120 verglichen, ob sie innerhalb eines vorbestimmten Toleranzwertes ε liegen, so daß, wenn das Aspektverhältnis für das Signal innerhalb ε des Bandfilters ist, das Signal anfangs als ein potentielles Schmalbandsignal beim Schritt 140 klassifiziert wird. Wenn das Aspektverhältnis des potentiellen Schmalbandsignals nicht innerhalb ε liegt, wird das Signal von dem Frequenzspektrum beim Schritt 160 entfernt, da es von einem Breitbandsignal herstammt.

Für jedes auf diese Weise anfangs als potentielles Schmalbandsignals eingeordnete Signal wird ein Polynom zweiter Ordnung beim Schritt 180 bestimmt, um die Form potentiellen Schmalbandsignals anzunähern. Eine zweite Bestimmung kann dann vorgenommen werden, um endgültig das potentielle Schmalbandsignal in dem Spektrum als entweder von einem Schmalbandsignal oder Breitbandsignal herstammend einzuordnen, indem beim Schritt 200 die von dem angenäherten potentiellen Schmalbandsignal bestimmte Bandbreite mit der Bandbreite des Meßbandfilters, die von der Näherung zweiter Ordnung des Bandfilters bestimmt wurde, als eine Bezugsgröße zu vergleichen. Dieser Vergleich wird innerhalb einer prozentualen Differenz ε′ vorgenommen, so daß, wenn die Bandbreite des angenäherten potentiellen Schmalbandsignals nicht innerhalb ±ε′ liegt, das potentielle Schmalbandsignal als ein von einem Breitbandsignal herstammendes bezeichnet wird. Im anderen Fall wird das potentielle Schmalbandsignal eingeordnet. Die Schritte 100-220 werden für jedes potentielle Schmalbandsignal wiederholt, von dem beim Schritt 80 bestimmt wurde, daß es anfangs die Schmalbandkriterien erfüllte.

Es wird auf die Fig. 2 Bezug genommen, in der eine typische Kurvenspur eines Signals von einer sich in Prüfung befindenden Einrichtung aufgezeichnet ist, das von einem Meßsystem zur elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung erfaßt worden ist. Die Frequenz ist auf der x-Achse und die Intensität in dB auf der y-Achse angegeben. Ein Spektralanalysator oder abgestimmter Wobbelempfänger liefert typischerweise einen solchen Kurvenverlauf. Die verschiedenen Schmalbandsignale 240 in dem Signal können durch die im Rahmen dieser Erfindung angegebenen Verfahren und Systeme als Schmalband- oder Breitbandsignale eingeordnet werden.

Bisher würde eine Bedienungsperson auf den Bildschirm des Analysators blicken und von Hand die Schmalbandsignale 240 als entweder Schmalband- oder Breitbandsignale in Abhängigkeit von besonderen Kriterien klassifizieren. Typischerweise wird ein Breitbandsignal als ein Signal definiert, welches ein Frequenzverhalten zeigt, dessen Bandbreite größer als die Bandbreite des Meßbandfilters des Analysators oder abgestimmten Wobbelempfängers ist. Ähnlich wird ein Schmalbandsignal als ein Signal definiert, welches ein Frequenzverhalten mit einer Bandbreite erzeugt, die nicht über die Frequenzbandbreite des Meßbandfilters hinausgeht. Typischerweise besitzt ein kontinuierliches Wellensignal eine unendlich schmale Bandbreite und wird als eine Spektrallinie bei der Frequenz f₀ bezeichnet. Solche Handverfahren zum Bestimmen, ob ein Signal breitbandig oder schmalbandig ist, sind äußerst mühsam und zeitaufwendig und beanspruchen Stunden der Zeit einer Bedienungsperson. Somit erfüllen diese Handverfahren nicht die seit langem bestehende Notwendigkeit auf diesem Gebiet der Technik nach wirkungsvollen und schnellen Verfahren, um kontinuierliche Schmalbandsignale von Breitbandsignalen oder stoßartigen Störungen zu unterscheiden.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird ein Frequenzbereich 260 derart gewählt, daß das Verhältnis der Frequenzspanne zu der Bandbreite des Meßbandfilters kleiner oder gleich 75 ist. Dies stellt sicher, daß ausreichend viele Meßpunkte 280 überstrichen werden, um genau die Form des Bandpaßfilters zu beschreiben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden ungefähr 1000 Meßpunkte überstrichen, um sicherzustellen, daß der Form des Bandfilters richtig gefolgt wird.

Der Frequenzgang des Bandfilters kann im allgemeinen mit einem Formmuster der folgenden Art beschrieben werden:

Δ = n 10 log₁₀ [(1 + (2^1/n - 1) Ω²]

worin Δ die Dämpfung ausgehend von dem Höchstwert des Meßbandfilters bedeutet. Ferner ist

Hierbei ist n die Ordnung des Filters und RBW die Bandbreite des Meßbandfilters.

Im allgemeinen ist K eine Konstante gleich 1 für ein normales Meßbandfilter und ungefähr 1,6 für ein Stoßbandbreite- Meßbandfilter. Δω bedeutet die Abweichung von der Filtermittenfrequenz.

Somit kann der Dämpfungsverlauf oder die Form des Meßbandfilters durch das obengenannte Formmuster beschrieben werden. Jedoch kann bei bevorzugten Ausführungsformen Δ durch ein Polynom zweiter Ordnung der folgenden Form angenähert werden:

Δ = C₀ + C₁ (Δω) + C₂ (Δω)²

Die Bandbreite BW kann dann aus der Näherung zweiter Ordnung berechnet werden zu:

Nähert man den Verlauf mit einem Polynom zweiter Ordnung an, so kann eine äquivalente, rechteckförmige Bandbreite für das Meßbandfilter erhalten werden.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung von Δ für das Formmuster und Δ für die Näherung zweiter Ordnung, wobei eine Zentrierung um die Filtermittenfrequenz f_c bei 300 vorliegt. Die tatsächliche Form des Filters, welche von dem Formmuster beschrieben wird, folgt einer typischen Gauß-Kurve 320. Die Polynomnäherung zweiter Ordnung für die Bandbreite des Meßbandfilters folgt einer Parabelform 340, die die Dämpfung ausgehend von dem Höchstwert des Meßbandfilters Δ bei 360 eng annähert. Die Abweichung von der Mittenfrequenz Δω ist allgemein bei 380 angegeben.

Wenn der Kurvenverlauf bzw. die Signalspur von dem Analysatorbildschirm beim Schritt 80 abgelesen wird, wird ein erster Durchgang durch den Frequenzbereich vorgenommen, um festzustellen, bei welchen der bestimmten Frequenzen in dem Spektrum möglicherweise kontinuierliche Schmalbandspitzen vorliegen. Bei diesem ersten Durchgang durch zum Beispiel 1000 Punkte in dem Frequenzspektrum wird bei jeder diskreten Frequenz 280, die in Fig. 2 gezeigt ist, der vorliegende Signalamplitudenwert mit zwei benachbarten Signalamplitudenwerten verglichen, um zu bestimmen, ob eine vorbestimmte Änderung bzw. ein vorbestimmter Unterschied zwischen Signalamplitudenwerten bei den diskreten Frequenzen vorliegt. Dadurch läßt sich ein Hinweis dafür erhalten, welche der Signalamplitudenwerte bei den diskreten Frequenzen ein potentielles Schmalbandsignal aus einem schmalbandigen, kontinuierlichen Wellensignal in dem Frequenzspektrum festlegen.

Es wird auf die Fig. 4 Bezug genommen, in der in beispielhafter Weise ein Höchstwert 240 in dem Frequenzspektrum dargestellt ist. Indem der Signalamplitudenwert bei der diskreten Frequenz 400 mit den Signalamplitudenwerten bei den anschließenden Nachbarfrequenzen bei 420 und 440 verglichen wird, kann eine Bestimmung erfolgen, ob der Höchstwert bei 240 möglicherweise von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herstammt. Wenn die Änderungen der Signalamplitudenwerte längs der y-Achse zwischen diskreten Frequenzen 400 und 420 und zwischen diskreten Frequenzen 400 und 440 größer als ein vorbestimmter Schwellenwert sind, dann kann man sagen, daß der Höchstwert 240 möglicherweise von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herstammt. Die Änderungen sind allgemein bei 460 dargestellt. Wenn die vorbestimmte Änderung 10 dB zwischen den Signalamplitudenwerten bei den diskreten Frequenzen 400 und 420 und den diskreten Frequenzen 400 und 440 beträgt, dann wird durch den Erstdurchgang durch das Frequenzspektrum bei einer bevorzugten Ausführungsform der Höchstwert 240 als möglicherweise von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herstammend eingeordnet.

Für jeden Höchstwert in dem Frequenzspektrum, der als möglicherweise von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal stammend aufgefunden worden ist, wird eine Anfangsbestimmung vorgenommen, ob der Höchstwert von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herstammt. Die beim Schritt 100 durchgeführte Anfangsbestimmung vergleicht das "Aspektverhältnis" des potentiellen Schmalbandsignals mit dem Aspektverhältnis für die Näherung zweiter Ordnung des Meßbandfilters. Ein Aspektverhältnis kann für eine Kurve G(f) berechnet werden, indem die Kurve über einen Frequenzbereich gemäß der folgenden Beziehung integriert wird:

worin A die Fläche unter der Kurve darstellt.

Die Fläche A wird dann durch 2Δω dividiert, wodurch als Aspektverhältnis für die Kurve festlegt wird:

Auf diese Weise können das Aspektverhältnis für das potentielle Schmalbandsignal mit dem Höchstwert 240 und das Aspektverhältnis des Meßbandfilters berechnet werden. Ein Vergleich der beiden Aspektverhältnisse kann durchgeführt werden, um festzustellen, ob das potentielle Schmalbandsignal mit dem Höchstwert 240 zunächst als ein potentielles kontinuierliches Schmalbandsignal eingeordnet werden sollte. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Vergleich der beiden Aspektverhältnisse derart durchgeführt, daß:

worin ε einen vorbestimmten Toleranzwert bedeutet. Wenn die vorstehende Gleichung erfüllt ist, wird zunächst das Signal mit dem Höchstwert 240 als von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herstammend angeordnet. Sowohl Δω als auch ε besitzen vorbestimmte Werte, welche durch das jeweilige Meßbandfilter in dem Spektralanalysator oder dem Meßempfänger festgelegt sind.

Der Aspektverhältnis-Test liefert somit eine Anfangsbestimmung, ob die Signale mit den jeweiligen Höchstwerten von kontinuierlichen Schmalbandsignalen herstammen. Jedoch mögen stoßartige Signale, die im allgemeinen nicht von der Art von Schmalbandsignalen herstammen, die man bei Messungen der elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung identifizieren möchte, den Aspektverhältnis-Test bestehen, da ihre integrierten Flächen die vorherige Gleichung erfüllen mögen. Somit werden stoßartige Störsignale typischerweise anfangs als potentielle Schmalbandsignals eingeordnet, obgleich sie Breitbandsignale geringer Dauer sind. Jedoch schließt der Aspektverhältnis-Test wirkungsvoll Breitbandstörungen von dem Spektrum aus.

Es ist somit wünschenswert, einen zweiten Test bei den verbleibenden potentiellen Schmalbandsignalen in dem Spektrum durchzuführen, welche den Aspektverhältnis-Test erfüllt haben, um festzustellen, ob sie tatsächlich von kontinuierlichen Schmalbandsignalen herstammen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dieser zweite Test eine beim Schritt 180 durchgeführte Kurvenanpassung. Jedes potentielle Schmalbandsignal, das den Aspektverhältnis-Test bestanden hat, wird dabei mit einem Polynom zweiter Ordnung mit einer ähnlichen Form wie bei der Polynomnäherung zweiter Ordnung beim Höchstwert bei dem Meßbandfilter angenähert. Die äquivalente, rechteckförmige Bandbreite für jedes potentielle Schmalbandsignal kann dann berechnet werden zu:

Die Bandbreite des Meßbandfilters, die durch das Polynom zweiter Ordnung angenähert worden ist, und die äquivalente Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals, die durch ein Polynom zweiter Ordnung angenähert worden ist, können innerhalb einer prozentualen Differenz verglichen werden, um an zweiter Stelle zu bestimmen, ob das potentielle Schmalbandsignal auf ein kontinuierliches Schmalbandsignal zurückzuführen ist. Der Vergleich wird gemäß der folgenden Beziehung durchgeführt:

BW_Filter + ε′ < BW_{pot.Schmalb.sig.} < BW_Filter - ε′

wenn die obengenannte Beziehung erfüllt wird, dann kann das Signal an zweiter Stelle als ein potentielles Schmalbandsignal eingeordnet werden. Sonst wird das potentielle Schmalbandsignal von dem Spektrum ausgeschlossen. Schmalbandsignale, die den Aspektverhältnis-Test durchlaufen, jedoch von stoßartigen Störsignalen herrühren, verfehlen den Kurvenanpassungs- Test, weil sie nicht durch Polynomnäherungen zweiter Ordnung angenähert werden können, das heißt, diese passen nicht zu der Kurvenform für die Bandbreite.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Polynomkurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Quadrate. Ein Polynom zweiter Ordnung liefert eine wirkungsvolle Kurvenanpassung innerhalb von 10 dB des Filterhöchstwerts. Anpassungen vierter Ordnung dehnen diesen Bereich auf 20 dB aus, jedoch vervierfacht sich die Rechenzeit. Demgemäß wird die Kurvenanpassung vorzugsweise durchgeführt, indem man den üblichen normalen Gleichungen für die kleinsten Quadrate folgt:

ist der Vektor der Beobachtungen bzw. Messungen,
ist der Koeffizientenvektor,
A ist die Matrix.

Diese Matrix kann allgemein gekennzeichnet sein wie folgt:

Die Analyse nach der Methode der kleinsten Quadrate ist erfolgt, wenn ein gefunden ist, so daß ∥∥₂ minimiert ist. Lösungen für die Gleichungen der kleinsten Quadrate bestehen somit, wenn:

Bei der Kurvenanpassung mit einem Polynom zweiter Ordnung kann der Koeffizient C₂ im allgemeinen als ein Krümmungsmaß betrachtet werden, während C₀ ein Maß für den Höchstwert ist. Für die Polynom-Kurvenanpassung ist es erforderlich, ein Entscheidungsmerkmal anzuwenden, um zu bestimmen, ob die Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals innerhalb der Bandbreite des Bandfilters liegt. Bei bevorzugten Ausführungsformen sollte die Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals innerhalb von 35% der Bandbreite des Filters liegen, damit das potentielle Schmalbandsignal als ein von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herrührendes bestimmt werden kann. Die zulässige 35prozentuale Änderung stellt ±10% spezifischen Filterbandbreitenfehler in Rechnung und läßt ungefähr 25% Zufallsmodulation zu, die bei dem empfangenen Signal auftreten kann. Die Toleranz für den Filterfehler könnte entfernt werden, wenn man eine tatsächliche Kurve für das Verhältnis der gegebenen Bandbreite des Meßbandfilters und des Frequenzbereichs von der Anzeige des Spektralanalysators erhält. Auf diese Weise könnten Kurvenanpassungswerte als Bezugsgröße statt des Formmusters als Bezugsgröße verwendet werden.

Es wird auf die Fig. 5 Bezug genommen, in der ein System bzw. eine Einrichtung zur Unterscheidung von kontinuierlichen Schmalbandsignalen von Breitbandsignalen und stoßartigen Signalen dargestellt ist. Ein Signal 480 wird einem Spektralanalysator oder einem abgestimmten Wobbelempfänger 500 zur elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung zugeführt. Der Empfänger analysiert das Signal und erhält ein Frequenzspektrum über einen erwünschten Frequenzbereich derart, daß der Frequenzbereich/die Bandbreite des Meßbandfilters (BW) kleiner als oder gleich 75 ist. Diese Zahl hängt von der Anzahl der Spannungsmessungen in dem Frequenzbereich ab. Der Spektralanalysator oder der Meßempfänger geben das Frequenzspektrum 520 einer Meßeinrichtung 540 ein, um eine diskrete Anzahl von Höchstwerten in dem Frequenzspektrum zu bestimmen. Die Meßeinrichtung hält vorzugsweise ungefähr 1000 diskrete Frequenzen, um zu bestimmen, ob bei diesen eine Änderung der Signalamplitudenwerte von 10 dB in Bezug auf die Signalamplitudenwerte der angrenzenden Nachbarfrequenzen vorliegt. Wenn eine Änderung von 10 dB zwischen Signalamplitudenwerten diskreter Frequenzen auftritt, dann legen diese Signalamplitudenwerte bei den diskreten Frequenzen möglicherweise ein kontinuierliches Schmalbandsignal in dem Frequenzspektrum fest.

Jedes auf diese Weise durch die Meßeinrichtung 540 bestimmte potentielle Schmalbandsignal wird über einen Bus 560 einer Integrationseinrichtung 580 zugeführt, die einen Aspektverhältnis- Test durchführt, um eine Anfangsbestimmung zu machen, ob jedes der potentiellen Schmalbandsignale in dem Spektrum von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herrührt. Jedes potentielle Schmalbandsignal, das anfangs als von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herrührend bei 580 bestimmt worden ist, wird über einen Bus 600 der Kurvenanpassungseinrichtung 620 zugeführt.

Die Kurvenanpassungseinrichtung 620 stellt eine Polynomnäherung zweiter Ordnung für das Meßbandfilter und eine Polynomnäherung zweiter Ordnung für die Höchstwerte fest und vergleicht die Bandbreiten, ob sie innerhalb einer vorbestimmten prozentualen Differenz liegen, um schließlich festzustellen, ob die Höchstwerte von kontinuierlichen Schmalbandsignalen herrühren. Höchstwerte, die den Aspektverhältnis- Test, der von der Integrationseinrichtung 580 durchgeführt wird, und die Kurvenanpassungstest erfüllen, der von der Kurvenanpassungseinrichtung 620 durchgeführt wird, werden bei 640 als kontinuierliche Schmalbandsignale eingeordnet. Dieses Signalerkennungsverfahren ist besonders zweckmäßig bei gemäß MIL-STD-461-B abgeschirmtem Raum für Messungen zur elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung.

Der Durchschnittsfachmann erkennt, daß das in Fig. 5 dargestellte System bei einem digitalen Microcomputer in Bezug auf Hardware und Firmware oder bei irgendeinem üblichen Digitalcomputer eingesetzt werden kann, der Software ausführen kann, um die in dem in den Fig. 1A-1B gezeigten Flußdiagramm beschriebenen Schritte ausführen zu können. Der vorliegenden Beschreibung folgt nun ein beispielhaftes Computerprogramm, welches von einem Microprozessor ausgeführt werden kann, um eine Ausführungsform dieser Erfindung durchzuführen.

Claims

1. Verfahren zum Unterscheiden von kontinuierlichen Schmalbandsignalen von Breitbandsignalen, wobei die kontinuierlichen Schmalbandsignale ein stabiles Frequenzspektrum über einem Frequenzbereich aufweisen, der von einem Meßbandfilter abgeleitet ist und eine Vielzahl von diskreten Frequenzen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

- von einem zu untersuchenden Signal ein Frequenzspektrum in einem erwünschten Frequenzbereich erstellt wird,
- in diesem Frequenzbereich für eine vorbestimmte Anzahl diskreter Frequenzwerte die Signalamplitudenwerte und jeweils die Unterschiede zwischen benachbarten Signalamplitudenwerten bestimmt werden,
- ein Signalamplitudenwert dann als ein potentielles Schmalbandsignal eingeordnet wird, wenn der Unterschied zwischen dem Signalamplitudenwert und jedem seiner beiden benachbarten Signalamplitudenwerte ein erstes Kriterium erfüllt,
- die Fläche unter dem jeweiligen potentiellen Schmalbandsignal und daraus die Bandbreite einer äquivalenten Rechteckfläche bestimmt wird, und
- die derart bestimmte Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals mit einer vorbestimmten Bandbreite verglichen wird, und, wenn das Vergleichsergebnis ein zweites Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als Schmalbandsignal klassifiziert wird, und, wenn das Vergleichsergebnis das zweite Kriterium nicht erfüllt, es als Breitbandsignal klassifiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Anzahl diskreter Frequenzwerte in dem Frequenzbereich ungefähr 1000 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kriterium erfüllt ist, wenn die Unterschiede zwischen einem Signalamplitudenwert und den beiden benachbarten Signalamplitudenwerten jeweils ungefähr 10 dB betragen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Bandbreite gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines Toleranzwertes im wesentlichen die Bandbreite des Meßbandfilters ist, und daß das zweite Kriterium erfüllt ist, wenn die Bandbreite der äquivalenten Rechteckfläche des potentiellen Schmalbandsignals kleiner als die derart festgelegte Bandbreite des Meßbandfilters ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich, in dem für eine vorbestimmte Anzahl diskreter Frequenzwerte die Signalamplitudenwerte und jeweils die Unterschiede zwischen benachbarten Signalamplitudenwerten bestimmt werden, so bemessen ist, daß das Frequenzspektrum eine dem Meßbandfilter zugeordnete Form beschreiben kann.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Frequenzbereiches zu der Bandbreite des Meßbandfilters kleiner oder gleich 75 ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des potentiellen Schmalbandsignals, das bei Erfüllung des zweiten Kriteriums erhalten wird, durch eine Funktion angenähert und mittels dieser Funktion näherungsweise die Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals bestimmt wird,
daß die näherungsweise bestimmte Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals mit einer vorbestimmten Bandbreite verglichen wird, und, wenn das Vergleichsergebnis ein drittes Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als definitives Schmalbandsignal klassifiziert wird, und
daß das dritte Kriterium erfüllt ist, wenn der Näherungswert für die Bandbreite des jeweiligen potentiellen Schmalbandsignals von der vorbestimmten Bandbreite um mehr als einen vorgegebenen prozentualen Unterschiedswert abweicht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Näherungsfunktion für die Frequenzkurve des Meßbandfilters und daraus näherungsweise die Bandbreite des Meßbandfilters bestimmt wird und daß diese näherungsweise bestimmte Bandbreite die vorbestimmte Bandbreite ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungsfunktion für die Frequenzkurve des Meßbandfilters ein Polynom zweiter Ordnung der Form ist: Δ = C₂ (Δω)²mit
Δ der Näherung der Frequenzkurve des Meßbandfilters;
C₂ einem Maß für die Krümmung der Frequenzkurve des Meßbandfilters;
Δω der Abweichung von der Mittenfrequenz des Meßbandfilters.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite BW der angenäherten Frequenzkurve des Meßbandfilters durch die folgende Beziehung festgelegt wird:

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungsfunktion für ein potentielles Schmalbandsignal ein Polynom zweiter Ordnung ist.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem prozentualen Unterschied ein Fehler der Bandbreite des Meßbandfilters und eine zufällige Signalmodulation berücksichtigt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Unterschied ungefähr 35% beträgt.

14. Einrichtung zum Unterscheiden von kontinuierlichen Schmalbandsignalen von Breitbandsignalen, wobei die kontinuierlichen Schmalbandsignale ein stabiles Frequenzspektrum in einem von einem Meßbandfilter abgeleiteten Frequenzbereich aufweisen, der eine Vielzahl von diskreten Frequenzen enthält, gekennzeichnet durch

- eine erste Einrichtung (500),
mit der von einem zu untersuchenden Signal ein Frequenzspektrum (520) in einem erwünschten Frequenzbereich erzeugbar ist,
- eine zweite Einrichtung (540),
mit der in diesem Frequenzbereich für eine vorbestimmte Anzahl diskreter Frequenzwerte die Signalamplitudenwerte und jeweils die Unterschiede zwischen benachbarten Signalamplitudenwerten bestimmbar sind, und mit der ein Signalamplitudenwert dann als ein potentielles Schmalbandsignal klassifizierbar ist, wenn der Unterschied zwischen dem Signalamplitudenwert und jedem seiner beiden benachbarten Signalamplitudenwerte ein erstes Kriterium erfüllt, und
- eine dritte Einrichtung (580),
mit der die Fläche unter dem jeweiligen potentiellen Schmalbandsignal und daraus die Bandbreite einer äquivalenten Rechteckfläche bestimmbar ist, und mit der die derart bestimmte Bandbreite mit einer vorbestimmten Bandbreite vergleichbar ist, und wenn das Vergleichsergebnis ein zweites Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als Schmalbandsignal klassifizierbar ist, und, wenn das Vergleichsergebnis das zweite Kriterium nicht erfüllt, es als Breitbandsignal klassifizierbar ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Frequenzbereiches (260) zu der Bandbreite des Meßbandfilters kleiner oder gleich 75 ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich ungefähr 1000 diskrete Frequenzwerte aufweist.

17. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit der zweiten Einrichtung (540) das zweite Kriterium als erfüllt feststellbar ist, wenn die Unterschiede zwischen einem Signalamplitudenwert und den beiden benachbarten Signalamplitudenwerten jeweils ungefähr 10 dB betragen.

18. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch

- eine vierte Einrichtung (620),
mit der die Form des potentiellen Schmalbandsignals, das bei Erfüllung des zweiten Kriteriums erhalten wird, durch eine Funktion annäherbar ist und aus dieser Näherungsfunktion die Näherungsbandbreite des potentiellen Schmalbandsignals bestimmbar ist, und mit der die Näherungsbandbreite des potentiellen Schmalbandsignals unter Berücksichtigung von Toleranzwerten mit der Bandbreite des Meßbandfilters vergleichbar ist, und, wenn das Vergleichsergebnis ein drittes Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als definitives Schmalbandsignal klassifizierbar ist, wobei mit der vierten Einrichtung (620) eine Polynomnäherung zweiter Ordnung für die Bandbreite des Meßbandfilters und eine Polynomnäherung zweiter Ordnung für die Bandbreite der jeweiligen potentiellen Schmalbandsignale durchführbar ist und das jeweilige potentielle Schmalbandsignal als ein definitives Schmalbandsignal klassifizierbar ist, wenn der Näherungswert für die Bandbreite des jeweiligen potentiellen Schmalbandsignals von dem Näherungswert für die Bandbreite des Meßbandfilters um weniger als einen vorgegebenen prozentualen Unterschiedswert abweicht.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Unterschiedswert weniger als ungefähr 35% beträgt.