DE4211549A1 - Verfahren zur rauschunterdrueckung, verwendung und adaptives filter zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur rauschunterdrueckung, verwendung und adaptives filter zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur rauschunterdrückenden
Signalverarbeitung eines niederfrequent
verrauschten Signals x(t).
Gegenstand der Erfindung sind auch zwei vorteilhafte Verwendungen
und ein adaptives Filter zur Durchführung eines solchen
Verfahrens, wie weiter unten noch näher erläutert.
Zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems
sei zunächst von einem Spezialfall ausgegangen. Zur Überwachung
der Reaktorleistung wird bei Druckwasserreaktoren die
Neutronenflußdichte gemessen, und zwar insbesondere außerhalb
des Reaktordruckbehälters. Die Meßsignale enthalten
einen Rauschanteil, der im Verlauf eines Abbrandzyklus der
in den Reaktorkern eingesetzten Brennelemente zunimmt. Im
Frequenzspektrum dieser fluktuierenden Signalkomponenten
liegt der Hauptrauschanteil bei niedrigen Frequenzen mit
einem Häufungsmaximum bei ca. 1 Hz.
Diese Neutronenflußsignale werden in einer Rechenschaltung
für die Reaktorleistung mit anderen Signalen zur sogenannten
kurzzeitkorrigierten thermischen Reaktorleistung derart verknüpft,
daß das "Neutronenflußrauschen" auch in den ungedämpften
Leistungssignalen enthalten ist.
Die Signale der kurzzeitkorrigierten thermischen Reaktorleistung
werden auf Grenzwertmelder geführt, die bei Überschreiten
von zulässigen Werten Leistungsreduktionen durch
die Begrenzungseinrichtungen und das Reaktorschutzsystem
einleiten. Aufgrund des überlagerten Rauschanteils kann es
ohne Grenzwerterhöhung aufgrund der auftretenden Signalspitzen
zu einem ungewollten Ansprechen der Grenzwertmelder und
damit zu Leistungsreduktionen kommen.
Es stellt sich deshalb die spezielle Aufgabe, ein ungewolltes
Ansprechen der Begrenzungseinrichtungen und des Reaktorschutzsystems
der Kernreaktoranlage zu vermeiden und hierzu
das Neutronenflußsignal so zu verarbeiten, daß
- - im stationären Betrieb der zeitliche Mittelwert gebildet wird,
- - bei schnellen, dynamischen Leistungsänderungen (Leistungssprünge) die Dynamik des Meßsignals erhalten bleibt.
Die vorstehend definiert spezielle Aufgabenstellung läßt
sich verallgemeinern, da sie unabhängig von den Neutronenflußsignalen
auf alle verrauschten Signale übertragen werden
kann. Die allgemeine Aufgabenstellung läßt sich also wie
folgt definieren:
Ein verrauschtes Signal soll breitbandig von seinem niederfrequenten
Rauschanteil befreit werden. Wenn das verrauschte
Signal bezüglich Grenzwertüberschreitungen überwacht wird,
so soll es so verarbeitet werden, daß die Wahrscheinlichkeit
für Fehlansprechen aufgrund des stochastischen Charakters
des Signals minimiert wird, ohne für unterstellte Störungen
an Dynamik zu verlieren. Hierzu soll das nach der Verarbeitung
erhaltene Signal, bis auf ein tolerierbares Restrauschen,
dem zeitlichen Mittelwert des verrauschten Signals entsprechen,
und das verarbeitete Signal soll praktisch keinen
Dynamikverlust im Vergleich zum verrauschten Signal haben.
Diese Aufgabenstellung bezieht sich vorzugsweise auf niederfrequent
verrauschte Signale im Frequenzband zwischen 0,1 Hz
und 100 Hz (bei einem Häufungsmaximum von ca. 1 Hz), ohne
jedoch auf diese Frequenzbereich beschränkt zu sein.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe besteht die Erfindung bei
einem Verfahren zur rauschunterdrückenden Signalverarbeitung
eines niederfrequenten verrauschten Signals x(t) darin,
- - daß mit einem ersten Regelkreis (Ro) die obere Einhüllende yo(t) des verrauschten Signals x(t) gebildet wird,
- - daß mit einem zweiten Regelkreis (Ru) die untere Einhüllende yu(t) des verrauschten Signals x(t) gebildet wird
- - und daß aus beiden Einhüllenden yo(t) und yu(t) der arithmetische Mittelwert ym(t)=1/2 · yo(t)+yu(t) gebildet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den
Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem
darin zu sehen, daß ein Rauschunterdrückungsverfahren geschaffen
worden ist, welches bei Rauschfrequenzbändern anwendbar
ist, bei welchen konventionelle Filterverfahren, die mit
Hochpaß, Tiefpaß oder Bandpaß arbeiten, nicht anwendbar sind
bzw. unbefriedigende Ergebnisse erbringen. Durch die Signalverarbeitung
gemäß der Erfindung bleibt das Signal in seinem
Aussagegehalt erhalten, es erleidet praktisch keinen Dynamikverlust,
es kann weitestgehend unabhängig von den Rauschamplituden
und Rauschfrequenzen verarbeitet werden und
schließlich kann das Verfahren nach der Erfindung mit unterschiedlichen
Gerätesystemen, wie z. B. mit analog verarbeitender
Operationsverstärkertechnik oder mit Digitaltechnik,
durchgeführt werden.
Besonders günstig ist es, wenn gemäß Anspruch 2
- - der erste und der zweite Regelkreis (Ro) bzw. (Ru) mit mehreren Stellgrößen-Änderungsgeschwindigkeiten arbeiten, deren Gradienten zumindest teilweise voneinander verschieden sind,
- - eine erste Gruppe von Gradienten (gP1, gP2; gM1, gM2) dem quasi-stationären Bereich des verrauschten Signals, dessen arithmetischer Mittelwert y(t) annähernd konstant bleibt, zugeordnet wird,
- - und eine zweite Gruppe von Gradienten dem transienten Bereich des verrauschten Signals zugeordnet wird, wobei der arithmetische Mittelwert y(t) des verrauschten Signals x(t) in diesem transienten Bereich z. B. rampenförmige oder sprunghafte Amplitudenänderungen durchläuft, die größer sind als die Rauschamplitude, und wobei die zweite Gruppe von Gradienten so gewählt wird, daß diese dem rampen- oder sprungförmigen Amplitudenänderungen folgen können.
Zur Verwirklichung dieses Verfahrens wird, wie gesagt, eine
obere und eine untere Einhüllende gebildet, wobei die obere
und untere Einhüllende zwischen sich das Rauschsignalband
einschließen und die Mittelwertkurve aufgrund der Bildung
des arithmetischen Mittelwerts aus der oberen und unteren
Einhüllenden gewonnen wird. Zur Bildung der oberen Einhüllenden
hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen,
- - daß die Geschwindigkeit gP1, mit der die obere Einhüllende yo(t) ansteigendem x(t) folgt, gewählt wird zu gP1≧dx/dt (erster Gradient)
- - daß die Geschwindigkeit, mit der die obere Einhüllende yo(t) abfallendem x(t) folgt, solange yo(t) größer ist als x(t) und x(t) seinerseits größer ist als yo(t)-PPo, gewählt wird zu |gP2||gP1| (zweiter Gradient)
- - und daß die Geschwindigkeit gBM, mit der die obere Einhüllende yo(t) abfallendem x(t) folgt, solange x(t) kleiner ist als yo(t)-PPo, gewählt wird zu gBM (dritter Gradient)
wobei durch die Differenz aus yo(t) und dem Pegelwert PPo
ein floatender Pegelgrenzwert definiert wird, bei dessen
Erreichen oder Unterschreiten durch das verrauschte Signal
x(t) eine Gradientenumschaltung von gP2 auf gBM erfolgt
und umgekehrt, wobei der Pegelwert PPo ein fester Wert oder
auch ein zur unteren Hüllkurve yu(t) proportionaler und
deshalb mit dieser Hüllkurve floatender Pegelwert sein kann.
Abgestimmt auf das vorstehend erläuterte Verfahren zur Bildung
der oberen Einhüllenden ist dasjenige zur Bildung der
unteren Einhüllenden, welches dadurch gekennzeichnet ist,
- - daß die Geschwindigkeit gM1, mit der die untere Einhüllende yu(t) abfallendem x(t) folgt, gewählt wird zu gM1≦dx/dt (vierter Gradient)
- - daß die Geschwindigkeit gM2, mit der die untere Einhüllende yu(t) ansteigendem x(t) folgt, solange yu(t) kleiner ist als x(t) und x(t) seinerseits kleiner ist als yu(t)+PPu, gewählt wird zu |gM2||gM1| (fünfter Gradient)
- - und daß die Geschwindigkeit gBP, mit der die untere Einhüllende yu(t) ansteigendem x(t) folgt, solange x(t) kleiner ist als yu(t)+PPu, gewählt wird zu gBP (sechster Gradient)
wobei durch die algebraische Summe aus dem Pegelwert PPu und
yu(t) ein floatender Grenzwert definiert wird, bei dessen
Erreichen oder Überschreiten durch das verrauschte Signal
x(t) eine Gradientenumschaltung von gM2 auf gBP erfolgt und
umgekehrt, wobei PPu ein fester Wert oder auch ein zur oberen
Hüllkurve yo(t) proportionaler und deshalb mit dieser Hüllkurve
floatender Pegelwert sein kann.
Im Rahmen der Lösung der allgemeinen Aufgabenstellung ist
Gegenstand der Erfindung auch die Verwendung des Verfahrens
nach den vorstehend erläuterten Verfahrensansprüchen 1 bis 4
zur rauschunterdrückenden Signalverarbeitung eines niederfrequent
verrauschten Signals, das ungefiltert zum Erreichen
oder Überschreiten von Signalgrenzwerten führen kann, die
das Signal x(t) ohne Rauschanteil nicht erreichen würde.
Eine sich dieser allgemeinen Verwendung unterordnende Verwendung
auf dem Gebiet der Kernreaktorregelungstechnik besteht
gemäß Anspruch 6 in der rauschunterdrückenden Signalverarbeitung
von Neutronenflußsignalen, die mittels die Neutronenflußdichte
messender Sonden an oder in Kernreaktordruckbehältern
gewonnen und zur Ermittlung der sogenannten kurzzeitkorrigierten
thermischen Reaktorleistung herangezogen werden. In der
Kernreaktortechnik oder in der Anlagentechnik allgemein können
auf diese Weise unnötige Abschaltmaßnahmen oder andere
unnötige Schalthandlungen (Verfügbarkeitseinschränkungen!)
vermieden werden, die bisher durch Rauschamplituden hervorgerufen
wurden, welche vorgegebene Grenzwerte erreicht haben.
Besonders vorteilhafte Methoden zur Verwirklichung des Verfahrens
nach der Erfindung auf dem Gebiet der Kernreaktormeß- und
-regelungstechnik sind in den Ansprüchen 7 und 8 angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein adaptives Filter zur
Durchführung des Verfahrens nach den vorstehend erwähnten
Ansprüchen 1 bis 8, welches dadurch gekennzeichnet ist,
- - daß das adaptive Filter aus zwei zueinander parallel geschalteten Reglern mit je einem Eingang für das verrauschte Signal x(t) besteht, und zwar einem ersten Regler zur Erzeugung der oberen Einhüllenden yo(t) des verrauschten Signals x(t) und einem zweiten Regler zur Erzeugung der unteren Einhüllenden yu(t) des verrauschten Signals x(t),
- - und daß den beiden Reglern ein Summator (MW) nachgeschaltet ist, der aus den seinen Summator-Eingängen zugeführten beiden Ausgangssignalen yo(t) und yu(t) den an seinem Ausgang abnehmbaren Mittelwert 1/2 · [yo(t)+yu(t)] bildet.
Vorteilhafte Weiterbildungen eines solchen adaptiven Filters
sind in den Ansprüchen 10 bis 18 angegeben, deren Gegenstände
ebenso wie diejenigen der Verfahrensansprüche anhand der folgenden
Beschreibung mehrerer in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt, teils in vereinfachter, schematischer
Darstellung:
Fig. 1 ein adaptives Filter zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung in prinzipieller Funktionsbaustein-Darstellung,
Fig. 2 ein adaptives Filter nach Fig. 1 in detaillierterer
Darstellung, wobei dieses adaptive Filter mit Analog-Bausteinen
im Echtzeit-Verfahren (real time) arbeitet,
Fig. 3 ein sinusförmig verrauschtes Signal, welches einen
rampenartigen Amplitudenabfall und einen sprungartigen Amplituden-Wiederanstieg
durchläuft, die zugehörige obere und
untere Einhüllende und den daraus gewonnenen arithmetischen
Mittelwert, dargestellt in einem Diagramm, auf dessen Ordinatenachse
die Signalspannung in Volt und auf dessen Abszissenachse
die Zeit in Sekunden aufgetragen ist,
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt des Diagramms nach
Fig. 3,
Fig. 5 ein mehr der Praxis entsprechendes, stochastisch
verrauschtes Neutronenflußsignal, welches ähnlich wie das
Rauschband nach Fig. 3 rampenförmige bzw. sprunghafte Änderungen
durchläuft, wobei die Ordinaten- und die Abszissenachse
die gleichen Maßstäbe tragen wie beim Diagramm nach
Fig. 3, und
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein adaptives
Filter, welches aufgrund allgemeiner, mathematischer
Beschreibung von Zustandsvariablen auch mit einer digitalen
Rechenschaltung verwirklicht werden kann.
Im folgenden wird zunächst das adaptive Filter nach der Erfindung
in seiner prinzipiellen Form nach Fig. 1 und sodann das
mit diesem adaptiven Filter durchführbare Verfahren anhand
von Fig. 3 und 4 erläutert. Ein spezielles Ausführungsbeispiel
für ein adaptives Filter, das zur Rauschunterdrückung
bei Neutronenflußmeßsignalen verwendet wird, wird dann anhand
von Fig. 2 im Zusammenhang mit dem speziellen Rauschunterdrückungsverfahren
unter Hinzuziehung der Fig. 3 bis
5 näher erläutert.
Gemäß Fig. 1 besteht das adaptive Filter aus zwei zueinander
parallel geschalteten Reglern Ro und Ru mit je zwei Eingängen
3; 5 für das verrauschte Signal x(t) und 4; 6 für das aufbereitete,
zurückgeführte Signal yo(t) bzw. yu(t), und zwar
einem ersten Regler Ro zur Erzeugung der oberen Einhüllenden
yo(t) für das verrauschte Signal x(t) und einem zweiten Regler
Ru zur Erzeugung der unteren Einhüllenden yu(t) für das
verrauschte Signal x(t). Beiden Reglern Ro, Ru ist ein Summator
MW nachgeschaltet, der aus den seinen beiden Summator-Eingängen
1, 2 zugeführten beiden Regler-Ausgangssignalen
yo(t) und yu(t) den an seinem Ausgang 28 abnehmbaren Mittelwert
y(t)=1/2 · [yo(t)+yu(t)] bildet.
Der erste Regler Ro weist ein erstes Vergleichsglied A1 auf,
in welchem ein Vergleich zwischen den Größen x(t) und der
zurückgeführten Größe yo(t) durchgeführt wird. Zu diesem
Zweck weist das erste Vergleichsglied A1 zwei Eingangsklemmen
3 und 4 auf. Dem ersten Vergleichsglied A1 ist eine Integrator-Einheit
IN1 nachgeschaltet. Wie es anhand eines Achsenkreuzes
im Feld der Integrator-Einheit IN1 angedeutet ist,
ist diese in der Lage, in drei verschiedenen Geschwindigkeiten
die Integration auszuführen, nämlich gP1 (erster
Gradient), gP2 (zweiter Gradient, dieser ist absolut genommen
wesentlich kleiner als der erste Gradient gP1) und einen
dritten Gradienten gBM, der - absolut genommen - größer
ist als der erste Gradient gP1 oder diesem gleich ist.
Die Ausgangsklemme der Integrator-Einheit IN1 ist mit 7 bezeichnet.
Der zweite Regler Ru zur Bildung der unteren Einhüllenden
yu(t) weist ein zum ersten Vergleichsglied A1 des
ersten Reglers Ro analoges zweites Vergleichsglied A2 auf
mit den beiden Eingangsklemmen 5 und 6 und eine diesem Vergleichsglied
A2 nachgeschaltete (zweite) Integrator-Einheit
IN2 mit der Ausgangsklemme 8. Auch hier sind in einem Achsenkreuz
die drei mittels der Integrator-Baueinheit IN2 erzeugbaren
Geschwindigkeiten (bzw. Gradienten) dargestellt und
mit gM1 (vierter Gradient), gM2 (fünfter Gradient, absolut
genommen wesentlich kleiner als gM1) und gBP (sechster
Gradient, absolut genommen größer als der vierte Gradient
gM1 oder gleich diesem) bezeichnet.
Zurück zum ersten Regler Ro: Dieser weist ein drittes Vergleichsglied
A3 auf, welches wenigstens drei Eingänge 9, 10,
11 für die Größen x(t), yo(t) und PPo hat. Das erste Vergleichsglied
A1 gibt an seinem Ausgang 12 (zugleich Eingang
von IN1) ein Signal mit zwei verschiedenen Schaltzuständen
ab, und zwar einen ersten UO1, wenn x(t) größer ist als y(t)
oder einen zweiten Schaltzustand UO2, wenn x(t) kleiner ist
als yo(t). Das dritte Vergleichsglied A3 führt demgegenüber
einen Vergleich zwischen seinen drei Eingangsgrößen x(t),
yo(t) und PPo durch und gibt an seinem Ausgang 13 (zugleich
Eingang von IN1) nur dann ein drittes (konstantes) Ausgangssignal
UO3 ab, wenn x(t) kleiner ist als yo(t)-PPo, das
heißt, daß das Signal -x(t) das quasi-stationäre Rauschband,
welches in Fig. 3 und 4 mit RB bezeichnet ist,
unterschreitet oder verläßt. PPo ist dabei ein zur unteren
Einhüllenden yu(t) proportionaler und deshalb mit dieser
Hüllkurve floatender Pegelwert. Der am Ausgang der Integrator-Einheit
IN1 befindliche Verzweigungspunkt 19 führt also
das Signal für die obere Hüllkurve yo(t), welches von diesem
Verzweigungspunkt auch der Klemme 11 des dritten Vergleichsglieds
A3 und der Klemme 4 des ersten Vergleichsglieds A1
zugeführt wird. Das verrauschte Signal x(t), welches über
Leitung 22 ankommt, wird vom Verzweigungspunkt 21 an über
zwei Zweigleitungen 23, 24 dem oberen bzw. dem unteren Regler
Ro, Ru zugeführt, und zwar ab dem Verzweigungspunkt 20
über die beiden Zweigleitungen 23a, 23b zur Klemme 9 des
dritten Vergleichsglieds A3 bzw. zur Klemme 3 des ersten
Vergleichsglieds A1. Die Ausgangsleitung 25 des oberen Reglers
Ro geht von dem die drei Zweigleitungen 25a, 25b, 25c
verbindenden Verzweigungspunkt 19 aus und führt zum ersten
Summator-Eingang 1. Die Zweigleitungen 25a-25 sind an die
Klemmen 4 des ersten Vergleichsglieds A1, 7 der Integrator-Einheit
IN1 und 11 des dritten Vergleichsglieds A3 angeschlossen.
Entsprechend zum oberen Regler Ro sind beim unteren Regler
Ru die Eingangsklemmen des vierten Vergleichsglieds A4 mit
14 bis 16 bezeichnet, die Ausgangsklemme des zweiten Vergleichsglieds
A2 mit 17, diejenige des vierten Vergleichsglieds
mit 18. Die Ausgangsleitung, welche das Signal für
die untere Hüllkurve yu(t) führt, ist mit 26 bezeichnet, sie
geht von dem die drei Zweigleitungen 26a-26c verbindenden
Verzweigungspunkt 27 aus und führt zum zweiten Summator-Eingang
2. Die Zweigleitung 26a ist angeschlossen an die Eingangsklemme
6 des zweiten Vergleichsglieds A2, die Zweigleitung
26b an die Ausgangsklemme 8 der Integrator-Einheit
IN2 und die Zweigleitung 26c an die Eingangsklemme 16 des
vierten Vergleichsglieds A4.
Die Integrator-Einheit IN1 umfaßt, wie anhand des Ausführungsbeispiels
von Fig. 2 weiter unten noch näher erläutert,
einen summierenden Integrator (A5 in Fig. 2) mit wenigstens
zwei Integratorzweigen, wobei der erste Integrator-Zweig zur
Bildung eines ersten Gradienten gP1 aktivierbar ist, wenn am
Eingang 12 der Integrator-Einheit IN1 das erste Ausgangssignal
UO1 von z. B. -10 V (oder normiert: -1) ansteht. Der zweite
Integrator-Zweig ist zur Erzeugung eines zweiten Gradienten
gP2 aktivierbar, wenn am Eingang der Integrator-Einheit
IN1 (es sei unterstellt, daß die Ausgangsklemme 12 des ersten
Vergleichsglieds A1 identisch sei mit dem Eingang der Integrator-Einheit
IN1) das zweite Ausgangssignal UO2 von z. B. -10 V
(oder normiert: -1) ansteht. Der erste und der zweite Integrator-Zweig
sind gemeinsam zur Erzeugung eines dritten Gradienten
gBM aktivierbar, wenn am Eingang der Integrator-Einheit
IN1 sowohl das zweite Ausgangssignal UO2 (Klemme 12) als auch
das dritte Ausgangssignal UO3 (Klemme 13) anstehen.
In entsprechender Weise weist der zweite Regler Ru ein zweites
Vergleichsglied A2 auf, in welchem ein Vergleich zwischen
den Größen x(t) und yu(t) durchgeführt wird und welches an
seinem Ausgang 17 (=Eingangsklemme der Integrator-Einheit
IN2) ein Signal mit zwei verschiedenen Schaltzuständen abgibt,
und zwar einen vierten oder einen fünften Schaltzustand
UO4, wenn x(t)<y(t), bzw. UO5, wenn x(t)<y(t).
Der zweite Regler Ru weist ferner ein viertes Vergleichsglied
A4 auf, welches wenigstens drei Eingänge 14, 15, 16
für die Größen x(t), PPu und yu(t) hat und welches an seinem
Ausgang 18 (=Eingang von IN2) nur dann ein sechstes Ausgangssignal
UO6 von z. B. +10 V (bzw. normiert: +1) abgibt,
wenn x(t)<yu(t)+PPu, das heißt das Signal x(t) verläßt
das quasi-stationäre Rauschband. PPu ist dabei ein zur
oberen Einhüllenden yo(t) proportionaler und deshalb mit
dieser Hüllkurve floatender Pegelwert.
Dem zweiten und dem vierten Vergleichsglied A2 bzw. A4 ist
die Integrator-Einheit IN2 nachgeschaltet, welche in ihrem
Inneren einen summierenden Integrator (A6 in Fig. 2) mit
wenigstens zwei dritten und vierten Integrator-Zweigen enthält.
Der in Fig. 1 nicht dargestellte dritte Integrator-Zweig
ist zur Erzeugung eines vierten Gradienten gM1 aktivierbar,
wenn am Eingang der Integrator-Einheit IN2 das
vierte Ausgangssignal UO4 ansteht. Der vierte Integrator-Zweig
ist zur Erzeugung eines fünften Gradienten gM2 aktivierbar,
wenn am Eingang der Integrator-Einheit IN2 das fünfte
Ausgangssignal UO5 ansteht. Weiterhin sind der dritte und
der vierte Integrator-Zweig der Integrator-Einheit IN2 gemeinsam
zur Erzeugung eines sechsten Gradienten gBP aktivierbar,
wenn am Eingang 18 (=Ausgang von A4) der Integrator-Einheit
IN2 sowohl das fünfte Ausgangssignal UO5 (Klemme
17) als auch das sechste Ausgangssignal UO6 (Klemme 18)
anstehen.
Mit dem adaptiven Filter nach Fig. 1 und 2 wird ein Verfahren
zur rauschunterdrückenden Signalverarbeitung eines
niederfrequent verrauschten Signal x(t) verwirklicht, wozu
im folgenden auf Fig. 1 sowie Fig. 3 und 4 bezug genommen
wird. In Fig. 3 und 4 erkennt man das niederfrequent
verrauschte Signal x(t), dessen quasi-stationäres Rauschband
mit RB bezeichnet ist. Zum besseren Verständnis ist in Fig. 3
und 4 ein sinusförmig verrauschtes Signal dargestellt,
das man sich in die Zeitabschnitte oder Intervalle t01 bis
t05 unterteilt denken kann. Im Zeitabschnitt t01 befindet
sich das verrauschte Signal x(t) im quasi-stationären Zustand,
d. h. sein arithmetischer Mittelwert y(t) ändert sich praktisch
nicht. Im Zeitabschnitt t02 fällt das Signal x(t)
rampenförmig ab, gerät also außerhalb bzw. unterhalb des
Rauschbandes RB. Im Zeitabschnitt t03 ist der arithmetische
Mittelwert y(t) des Signals x(t) wieder quasi-stationär,
jedoch ist das Rauschband RB′ proportional zum arithmetischen
Mittelwert y(t) verkleinert. Während des folgenden
Zeitabschnitts t04 setzt ein schlagartigeer sprungförmiger
Anstieg des Signals x(t) ein, der dieses Signal wieder in
den ursprünglichen Signalzustand mit dem Rauschband RB, in
dem sich das Signal x(t) während des Zeitabschnitts t01 befand,
zurückkehren läßt, und an den Zeitabschnitt t04
schließt sich wieder ein quasi-stationärer Zustand während
des Zeitabschnitts t05 an, dessen Ende offen ist, weil hier
die Kurvendarstellung unterbrochen wurde.
Die Regler Ro und Ru werden - soweit sie verfahrensmäßig beschrieben
werden - als Regelkreise Ro und Ru bezeichnet. Man
erkennt bei Betrachtung von Fig. 1, 3 und 4, daß mit dem
adaptiven Filter nach Fig. 1 ein Verfahren verwirklicht
wird, bei dem mit einem ersten Regelkreis Ro die obere Einhüllende
yo(t) des verrauschten Signals x(t) gebildet wird.
Weiterhin wird mit dem zweiten Regelkreis Ru die untere Einhüllende
yu(t) des verrauschten Signals x(t) gebildet. Diese
beiden Einhüllenden, welche wie das verrauschte Signal x(t)
selbst zeitabhängige Funktionen darstellen, liefern durch
Bildung des arithmetischen Mittelwertes die Kurve y(t), die
dementsprechend gleichfalls zeitabhängig ist und ein von
seinem Rauschanteilen praktisch befreites Signal x(t) repräsentiert.
Dieses Mittelwertsignal y(t) kann am Ausgang 28
des Summators MW (Fig. 1) abgegriffen werden. Die Bildung
der beiden Einhüllenden yo(t) und yu(t), die man auch als
Hüllkurven bezeichnen kann, wird grundsätzlich dadurch ermöglicht,
daß der erste und zweite Regelkreis Ro bzw. Ru mit
mehreren Stellgrößen-Änderungsgeschwindigkeiten arbeiten,
deren Gradienten zumindest teilweise voneinander verschieden
sind. So erkennt man, daß zur Bildung der oberen Einhüllenden
yo(t) die beiden Gradienten gP1 und gP2 innerhalb des quasi-stationären
Bereichs des verrauschten Signals x(t) herangezogen
werden. Im Falle der Bildung der unteren Einhüllenden
yu(t) sind die beiden Gradienten gM1 und gM2 maßgebend und
durch Schaltungsmittel in der Integrator-Einheit IN2 verwirklicht,
wie dies für die beiden Gradienten gP1 und gP2
bei der Integrator-Einheit IN1 des oberen Reglers bzw. des
oberen Regelkreises Ro verwirklicht ist.
Ein zweite Gruppe von Gradienten gBM und gBP wird nun
(außer den Gradienten gP2 und gM2) dem transienten Bereich
des verrauschten Signals x(t) zugeordnet. Dieser transiente
Bereich, in Fig. 3 während der Zeitabschnitte t02 und t04,
ist durch derart große Änderungen des verrauschten Signals
x(t) charakterisiert, daß dieses Signal das Rauschband RB
des quais-stationären Zustands (oberes Rauschband) oder das
untere Rauschband RB′ verläßt aufgrund von z. B. rampenförmigen
Signaländerungen (Bereich t02) oder sprunghafter Signaländerungen
(Bereich t04). In diesem Fall sind die Amplitudenänderungen
größer als die Rauschamplitude. Damit die Einhüllenden
yo(t) und yu(t) diesen transienten Signaländerungen
folgen können, sind die entsprechenden Gradienten der zweiten
Gruppe gBM und gBP wesentlich steiler verlaufend als die
Gradienten der ersten Gruppe.
In Fig. 4 ist verdeutlicht, siehe vergrößerte Detaildarstellung
X, daß innerhalb des quasi-stationären Bereichs und für
die Bildung der oberen Einhüllenden yo(t) die beiden Gradienten
gP1 und gP2 herangezogen werden, der erstgenannte Gradient
nähert einen kurzes Stück der Anstiegsflanke der Kurve x(t)
kurz vor und bis zu ihrem Maximum an und schmiegt sich dieser
Kurve an, der zweitgenannte Gradient gP2 ist für einen größeren
Zeitbereich maßgebend, nämlich vom jeweiligen Maximum
bis zu einem Punkt kurz vor dem darauf folgenden Maximum.
Für die Bildung der unteren Einhüllenden yu(t) gilt das Entsprechende
wie für die Bildung der oberen Einhüllenden yo(t):
Das letzte Stück der abfallenden Flanke des verrauschten
Signals x(t) wird mit dem Gradienten gM1 in ein entsprechendes
Stück der Hüllkurve umgesetzt, welche sich an das Signal
x(t) anschmiegt bzw. sich mit diesem weitgehend deckt. Der
Gradient gM2 ist für den Zeitbereich zwischen dem jeweiligen
Minimum und einem Punkt kurz vor dem darauffolgenden
Minimum maßgebend.
Für den Zeitabschnitt t02 gilt: In dem Augenblick, da das
verrauschte Signal x(t) jeweils das Rauschband RB verläßt,
findet eine Gradientenumschaltung statt, und zwar zur Bildung
der oberen Einhüllenden vom Gradienten gP2 auf den
Gradienten gBM. In dem Moment, da das verrauschte Signal x(t)
in das Rauschband (begrenzt durch die obere und untere Einhüllende)
wieder eintritt, erfolgt eine Gradientenumschaltung
von gBM für gP2, so daß sich die obere Einhüllende
yo(t) als Treppenkurve, wie dargestellt, ergibt. Die untere
Einhüllende wird, wie oben beschrieben, durch die Gradienten
gM1 und gM2 bestimmt, woraus sich eine untere Treppenkurve
ergibt. Dies gilt für eine das Rauschband nach unten überschreitende,
also transiente Änderung des Signals x(t).
Kommt dieses Signal bei einem unteren Signal-Mittelwert
wieder zur Ruhe, d. h. geht in den quasi-stationären Zustand
über, wie es innerhalb des Zeitabschnitts t03 in Fig. 3
dargestellt ist, so erfolgt wieder eine Umschaltung auf die
erste Gruppe von Gradienten.
Erfolgt jedoch aus diesem quasi-stationären Zustand mit dem
Rauschband RB′ eine transiente Änderung des Signals x(t) in
Richtung auf größere Signalwerte, wie es im Bereich t04 in
Fig. 3 dargestellt ist, so erfolgt wieder eine Gradientenumschaltung,
und zwar in diesem Fall auf den Gradienten gBP der
zweiten Gruppe von Gradienten, der bei einer transienten Signaländerung
in Richtung auf größere Signalwerte maßgebend ist.
Der Gradient gBP der zweiten Gruppe ist im transienten Bereich
bei der dargestellten sprunghaften, sehr steilen Signaländerung
für die Bildung der unteren Einhüllenden yu(t)
maßgebend. Zur Bildung der oberen Einhüllenden yo(t) ist
hier der Gradient gP1 maßgebend.
Sobald sich das verrauschte Signal x(t) im Zeitabschnitt t05
"beruhigt hat" und innerhalb des quasi-stationären Rauschbands
RB verbleibt, erfolgt eine Umschaltung vom Gradienten
gBP auf die Gradienten der ersten Gruppe, und zwar auf gP1
und gP2 zur Bildung der oberen Einhüllenden yo(t) und auf
die Gradienten gM1 und gM2 zur Bildung der unteren Einhüllenden
yu(t).
Das Diagramm nach Fig. 5 unterscheidet sich von denjenigen
nach Fig. 3 und 4 dadurch, daß ein Neutronenflußsignal
x(t) dargestellt ist, welches nicht sinusförmig, sondern
stochastisch (statistisch unregelmäßig) verrauscht ist. Wie
man erkennt, führt die Anwendung des Filterprinzips nach der
Erfindung auch bei solchen Signalen zu einer "realistischen"
Mittelwertbildung, bei der einerseits die unerwünschten Signalspitzen
beseitigt sind, andererseits der abgeleitete Mittelwert
y(t) die Dynamik des Ursprungssignals x(t) ausreichend
gut wiedergibt. Das in Fig. 5 dargestellte verrauschte
Signal x(t) ist, wie gesagt, ein Neutronenflußsignal, das
in einer Druckwasser-Kernreaktoranlage gewonnen wurde. Das
beschriebene Filter ist eine bevorzugte und für den Betrieb
von Druckwasserreaktoren sehr vorteilhafte Anwendung, weil
auf diese Weise das unnötige Ansprechen von Begrenzungs-Schutzeinrichtungen
vermieden werden kann. In analoger Weise
kann aber das Verfahren nach der Erfindung allgemein zur
rauschunterdrückenden Signalverarbeitung eines niederfrequent
verrauschten Signals angewendet werden.
Bei der Signalverarbeitung von Neutronenflußmeßsignalen wird
die Tatsache, daß es sich um Flußsignale handelt, zweckmäßigerweise
durch entsprechende Formelgrößen zum Ausdruck gebracht,
weshalb in Fig. 5 neben die Signale für yo(t), x(t), yu(t)
und y(t) die entsprechenden Flußsignals Φ M(t), Φ A(t), Φ P(t)
und Φ D(t) geschrieben sind. Diese Bezeichnung ist auch im
Schaltbild nach Fig. 2 für ein adaptives Filter nach der
Erfindung zugrundegelegt, welches im folgenden erläutert wird.
Gleiche Teile zu Fig. 1 tragen auch gleiche Bezugszeichen.
In dem hier angeführten Beispiel ist das Eingangssignal x(t)
ein Signal mit negativem Vorzeichen x(t)=-Φ A(t). Daraus
ergeben sich für die obere Einhüllende yo(t) das negative
Signal -Φ M(t) und für die untere Einhüllende yu(t) das
negative Signal -Φ P(t). In Fig. 2 sind diese Vorzeichen
berücksichtigt, in Fig. 5 wegen beabsichtigter Allgemeingültigkeit
dagegen nicht. So würden sich z. B. die Vorzeichen
in Fig. 5 umkehren, wenn die Kurve um die Abszissenachse
gespiegelt würde. Das adaptive Filter nach der Erfindung
kann sowohl positive als auch negative Werte verarbeiten.
Durch einen Vergleich zwischen der Darstellung in Fig. 1
und Fig. 2 erkennt man, daß die beiden Integrator-Einheiten
IN1 und IN2, welche durch eine gestrichelte Umrandungslinie
hervorgehoben sind, detaillierter dargestellt sind; auf sie
wird weiter unten noch eingegangen. Die beiden Verzweigungspunkte
19 und 27 aus Fig. 1 sind auf die drei Verzweigungspunkte
19a, 19b und 19c bzw. 27a, 27b und 27c aufgeteilt,
was im Zusammenhang damit steht, daß die beiden Schaltungszweige
29 und 30 zur Erzeugung der floatenden Pegelgrenzwerte
P1 · Φ P(t) (Zweig 29) und P2 · Φ M(t) (Zweig 30) dargestellt
sind. Zu diesen beiden Zweigen führen die Leitungsstücke 26d
bzw. 25d. Der floatende Pegelgrenzwert P1 · Φ P(t) entspricht
PPo nach Fig. 1 und der floatende Pegelgrenzwert P2 · Φ M(t)
entspricht PPu nach Fig. 1 (aus neutronenphysikalischen Gründen
ist auch hierbei eine Umbenennung vorgenommen worden).
Die Schaltungselemente, die zum oberen Regler Ro und diejenigen,
die zum unteren Regler Ru gehören, sind in Fig. 2
durch strichpunktierte Umrandung hervorgehoben.
Im ersten Vergleichsglied A1 des ersten Reglers Ro wird ein
Vergleich zwischen den Größen -Φ A(t) und -Φ M(t) durchgeführt.
Das erste Vergleichsglied A1 gibt an seinem Ausgang
12 zwei verschiedene Signale ab, ein erstes oder ein zweites
Ausgangssignal, und zwar UO1=-1 oder UO2=+1, je nach dem,
ob |Φ A(t)|<|Φ M(t)| oder |Φ A(t)|<|Φ M(t)|. Bei den
Werten -1 oder +1 handelt es sich um normierte Werte; zweckmäßigerweise
wird mit einem Signalpegel von -10 V oder +10 V
gearbeitet. Dieses erste Vergleichsglied A1 ist ebenso wie
das zweite Vergleichsglied A2 des zweiten Reglers Ru als
Kippverstärker ausgebildet.
Der erste Regler Ro weist ein drittes Vergleichsglied A3 auf,
welches wenigstens drei Eingänge 9, 10, 11 für die Größe
-Φ A(t), -Φ M(t) und P1 · Φ P(t) hat und welches an seinem
Ausgang 13 nur dann ein drittes Ausgangssignal UO3 abgibt,
wenn |-Φ A(t)|<|Φ M(t)+P1 · Φ P(t)|, das heißt, das Signal
|-Φ A(t)| das quasi-stationäre Rauschband RB bzw. RB′
(vgl. Fig. 3 bis 5) unterschreitet oder verläßt, wobei
P1 · Φ P(t) ein zur unteren Einhüllenden -Φ P(t) proportionaler
und deshalb mit dieser Hüllkurve floatender Pegelwert
und P1 ein einstellbarer Proportionalitätsfaktor sind. Dem
ersten und dem zweiten Vergleichsglied A1, A3 ist die Integrator-Einheit
IN1 mit einem summierenden Integrator A5
nachgeschaltet, der wenigstens zwei Integrator-Zweige 31 und
32 mit einem gemeinsamen Kapazitätszweig 33 aufweist. Der
erste Integrator-Zweig 31 ist zur Bildung eines ersten Gradienten
aktivierbar, wenn am Eingang des Integrators A5 das
erste Ausgangssignal UO1 ansteht. Der zweite Integrator-Zweig
32 ist zur Erzeugung eines zweiten Gradienten aktivierbar,
wenn am Eingang des Integrators A5 das zweite Ausgangssignal
UO2 ansteht. Der erste und der zweite Integrator-Zweig
31, 32 sind gemeinsam zur Erzeugung eines dritten Gradienten
aktivierbar, wenn am Eingang des Integrators A5 sowohl das
erste Ausgangssignal UO1 als auch das dritte Ausgangssignal
UO3 anstehen. Das dritte Vergleichsglied A3 (und auch das
vierte Vergleichsglied A4 des zweiten Reglers Ru) sind vorzugsweise
als sogenannte Idealdioden mit jeweils drei Eingängen
ausgebildet. Dem ersten Vergleichsglied A1 sind zwei
antiparallel geschaltete Dioden D11, D12 nachgeschaltet,
wovon die eine Diode D11 mit dem Integratorzweig 31 des
summierenden Integrators A5 in Reihe geschaltet ist und die
zweite Diode D12 an den einen von zwei Eingängen 34, 35
eines Summierverstärkers A13 gelegt ist, an dessen zweiten
Eingang 35 der Ausgang 13 des zweiten Vergleichsglieds A3
gelegt ist. Der Ausgang des Summierverstärkers A13 ist in
Reihe mit dem zweiten (32) der zwei Integrator-Zweige 31, 32
des Integrators A5 geschaltet. Im ersten Integrator-Zweig 31
ist in Reihe zur Diode D11 ein Widerstand R11 und seriell
dazu ein Potentiometer G11 geschaltet. Im zweiten Integrator-Zweig
32 befindet sich der Ohmsche Widerstand RB.
Zwischen Eingang und Ausgang des Integrators A5 ist der
Kapazitäts-Zweig 33 mit der Kapzität C geschaltet, welcher
beiden Integrator-Zweigen 31, 32 gemeinsam ist. Es werden
also drei verschiedene R-C-Kombinationen gebildet, je nach
dem, ob die Kapazität C in Reihe mit einem der beiden Integrator-Zweige
31 oder 32 liegt oder in Reihe zur Parallelschaltung
aus diesen beiden Zweigen. Der Ausgang des Integrators
A5 ist über einen invertierenden Verstärker A7 an
die Ausgangsleitung 25 von Ro gelegt, so daß auf dieser
Leitung das invertierte Signal -Φ M(t) für die obere
Hüllkurve ansteht.
Zur Bildung der Pegelwerte P1 · Φ P(t) oder P2 · Φ M(t) wird
entweder das Hüllkurvensignal -Φ P(t) abgegriffen und über
Leitung 26d der Reihenschaltung aus einem Potentiometer PP1
und einem invertierenden Verstärker A9 zugeführt, welch letzterer
sein Signal der Eingangsklemme 10 des zweiten Vergleichsglieds
A3 zuleitet. Oder es wird (im Falle des zweiten
Reglers Ru) das Hüllkurvensignal -Φ M(t) abgegriffen und
über Leitung 25d der Serienschaltung aus dem Potentiometer
PP2 und dem invertierenden Verstärker A10 zugeführt, von
dessen Ausgang dieser Pegelwert dem Eingang 15 des vierten
Vergleichsglieds A4 zugeleitet wird.
Der Aufbau des zweiten Reglers Ru ist gleichartig zu demjenigen
des ersten Reglers Ro: Er weist die folgenden elektronischen
Bausteine auf, die auch beim ersten Regler Ro vorhanden
sind: Dioden D21, D22, Potentiometer G12 und Widerstand R12
im Integratorzweig 36, ein zweites Vergleichsglied A2, ein
viertes Vergleichsglied A4, einen Summierverstärker A24,
einen summierenden Integrator A6 mit nachgeschaltetem invertierenden
Verstärker A8, erste und zweite Integrator-Zweige
36, 37 mit Kapazitätszweig 38. Am Ausgang des Summators MW
wird das Mittelwertsignal Φ D(t) gebildet, wie prinzipiell
schon anhand von Fig. 1 erläutert. Von einer weiteren
näheren Erläuterung des Aufbaus des zweiten Reglers Ru kann
abgesehen werden, weil dieser prinzipiell so aufgebaut ist
und funktioniert wie der erste Regler Ro, abgesehen davon,
daß sich hinsichtlich der Vorzeichen der einzelnen Signale
Änderungen ergeben.
Zur Erläuterung der Funktion der Schaltung nach Fig. 2 wird
im folgenden abschnittsweise die Bildung der einzelnen aufbereiteten
Neutronenflußsignale, wie sie für das Verfahren
nach der Erfindung charakteristisch ist, erläutert. Dabei
wird, wo es nicht zum Verständnis erforderlich ist, die
Zeitbeziehung (t) der Signale nicht mitgeschrieben, wenngleich
es sich versteht, daß Φ A, Φ M, Φ P, Φ D bedeuten
soll: Φ A(t), Φ M(t), Φ P(t), Φ D(t).
Die Differenz (-Φ A)-(Φ M) steuert den Kippverstärker A1,
der für positive Werte dieser Differenz eine konstante,
positive Spannung UO=+1 (+10 V) und für negative Werte
dieser Differenz eine konstante, negative Spannung UO=-1
(-10 V) am Ausgang abgibt. Ist die Differenz (-Φ A)-(-Φ M)
=0, dann gibt der Kippverstärker am Ausgang die Spannung
UO=0 (0 V) ab. Die Schaltung bleibt in diesem Zustand,
solange (-Φ A)-(-Φ M)=0 ist. Dies realisiert den
stationären Fall entsprechend der Gleichung:
Φ M(t)=Φ M(0) für Φ A(t)=Φ M(t) (1.01)
Die negative Ausgangsspannung UO=-1 des Kippverstärkers A1
wird durch die Diodenkombination D11/D12 dem Potentiometer
G11 zugeführt und dort auf den Wert -G11 heruntergeteilt.
Dieses konstante Signal -G11 wird dann vom Integrator A5
(einschließlich seiner Beschaltung 31, 32, 33) mit einer
Integrationskonstanten
integriert, so daß am Ausgang des Integrators A5 das Signal
ansteht.
Der Gradient von Φ M ist
Es gilt
Durch Vergleich mit Gleichung (1.11) ergibt sich
Die im Gradienten g11 enthaltene Integrationskonstante
K11=1/(R11 C) kann durch festverdrahtete Programmierung
des Eingangswiderstands R11 variiert werden und dient zur
Grobeinstellung von g11. Mit dem Potentiometer G11 wird dann
der Gradient so eingestellt, daß
gilt.
Die positive Ausgangsspannung UO=1 des Kippverstärkers A1
wird durch die Diodenkombination D11/D12 dem
Summierverstärker A13 mit dem Verstärkungsfaktor +1
zugeführt. Das Ausgangssignal von A13 wird dann vom
Integrator IN1 mit der Integrationskonstanten
integriert, so daß am Ausgang des Integrators A5 das Signal
ansteht.
Es gilt:
Φ M=Φ A für Φ A gegen Werte <Φ M (1.22)
Unter der Bedingung, daß
ist, gilt entsprechend (1.21) und (1.22) Φ M=Φ A. Aus
diesem Grund wird für den Gradienten 1/(RB · C) der mit
dem Integrator IN1 maximal mögliche Gradient gewählt.
Die Differenz (-Φ A)-(-Φ M)-P1 (-Φ P) steuert die
Idealdiode A3 (zweites Vergleichsglied). Solange der Wert
der Differenz <0 ist, sperrt die Idealdiode, und für
[(-Φ A)-(Φ M)-P1 (-Φ P)]<0 (d. h. sobald (-Φ A) das
Rauschband, z. B. RB - siehe Fig. 3 und 4, überschreitet),
schaltet die Idealdiode A3 eine Spannung von ca. -1 (-10 V)
auf einen Eingang des Summierverstärkers A13 mit dem Verstärkungsfaktor
+1. Das Ausgangssignal -1 von A13 wird vom
Integrator A5 mit der Integrationskonstanten
integriert.
Da auch (-Φ M)< (-Φ A) gilt, liefert der Verstärker A1 an
seinem Ausgang ein Signal UO=-1, das über die
Diodenkombination D11/D12 und dem Potentiometer G11 als Wert
-G11 dem Integrator A5 zugeführt wird und mit der
Integrationskonstanten
integriert wird.
Das Ausgangssignal -Φ M des Integrators A5 ergibt sich zu
solange die Differenz [(-Φ A)-(-Φ M)-P1 · (-Φ P)]<0
ist.
Da festgesetzt wird, daß
Φ M=Φ A-P1 · Φ P für Φ A gegen Werte <Φ M+P1 · Φ P (1.32)
so gilt unter der Bedingung, daß
ist, entsprechend
-Φ M=-Φ A-P1 · (-Φ P).
Aus diesem Grund wird für den Gradienten 1/(RB · C) der mit
dem Integrator A5 maximal mögliche Gradient gewählt. Aus
Maßgründen wird das Ausgangssignal -Φ M des Integrators A5
mit dem Verstärker A7 invertiert und dann auf den mittelwertbildenden
Summator MW gegeben.
Zur Einstellung des Wertes -P1 · (-Φ P) wird das Ausgangssignal
(-Φ P) des Verstärkers A6 mit dem Potentiometer PP1
bewichtet und auf einen invertierenden Eingang des Verstärkers
A9 mit dem Verstärkungsfaktor 1/5 geführt. Somit liegt
am Ausgang des Verstärkers A9 ein Signal entsprechend
-1/5 PP1 · (-Φ P)=-P1 · (-Φ P) vor, das auf einen nichtinvertierenden
Eingang 10 der Idealdiode A3 (drittes Vergleichsglied)
geschaltet wird.
Die Differenz (-Φ A)-(-Φ P) steuert den Kippverstärker
A2, der für positive Werte dieser Differenz eine konstante,
positive Spannung UO=+1 (+10 V) und für negative Werte
dieser Differenz eine konstante, negative Spannung UO=-1
(-10 V) am Ausgang abgibt. Ist die Differenz (-Φ A)-(-Φ
P)=0, dann gibt der Kippverstärker am Ausgang die Spannung
UO=0 (0 V) ab. Die Schaltung bleibt in diesem Zustand,
solange
(-Φ A)-(-Φ P)=0
ist. Dies realisiert den stationären
Fall entsprechend der Gleichung:
Φ P(t)=Φ A(0) für Φ A(t)=Φ A(0).
Die positive Ausgangsspannung UO=+1 des Kippverstärkers A2
wird durch die Diodenkombination D21/D22 dem Potentiometer
G12 zugeführt und dort auf den Wert G12 heruntergeteilt.
Dieses konstante Signal G12 wird dann vom Integrator A6
(einschließlich seiner Beschaltung 36, 37, 38) mit einer
Integrationskonstanten
integriert, so daß am Ausgang des Integrators A6 das Signal
ansteht.
Der Gradient von Φ P ist
Es gilt
Durch Vergleich mit Gleichung (2.11) ergibt sich
Die im Gradienten g12 enthaltene Integrationskonstante
K12=1/(R12 · C) kann durch festverdrahtete Programmierung
des Eingangswiderstandes R12 variiert werden und dient zur
Grobeinstellung von g12. Mit dem Potentiometer G12 wird dann
der Gradient so eingestellt, daß
gilt.
Die negative Ausgangsspannung UO=-1 des Kippverstärkers A2
wird durch die Diodenkombination D21/D22 dem Summierverstärker
A24 mit dem Verstärkungsfaktor +1 zugeführt. Das Ausgangssignal
von A24 wird dann vom Integrator A6 mit der Integrationskonstanten
integriert, so daß am Ausgang des Integrators das Signal
ansteht.
Es gilt
Φ P=Φ A für Φ A gegen Werte <Φ P. (2.22)
Unter der Bedingung, daß
ist, gilt entsprechend (2.21) und (2.22) Φ P=Φ A. Aus
diesem Grund wird für den Gradienten 1/(RB · C) der mit dem
Integrator A6 maximal mögliche Gradient gewählt.
Die Differenz (-Φ A)-(-Φ P)+P2 (-Φ M) steuert die
Idealdiode A4 (viertes Vergleichsglied). Solange der Wert
der Differenz <0 ist, sperrt die Idealdiode A4 und für
(-Φ A)-(-Φ P)+P2 (-Φ M)<0 (d. h. sobald (-Φ A) das
Rauschband überschreitet) schaltet die Idealdiode A4 eine
Spannung von ca. +1 (+10 V) auf einen Eingang des Summierverstärkers
A24 mit dem Verstärkungsfaktor +1. Das Ausgangssignal
+1 von A24 wird vom Integrator A6 mit der Integrationskonstanten
integriert.
Da auch (-Φ P)<(-Φ A) gilt, liefert der Verstärker A2 an
seinem Ausgang ein Signal UO=+1, das über die Diodenkombination
D21/D22 und das Potentiometer G12 als Wert G12 dem
Integrator A6 zugeführt wird und mit der Integrationskonstanten
integriert wird.
Das Ausgangssignal -Φ P des Integrators A6 ergibt sich zu
solange die Differenz [(-Φ A)-(-Φ P)+P2 · (-Φ M)]<0
ist.
Da festgesetzt wird, daß
Φ P=Φ A+P2 · Φ M für Φ A gegen Werte <Φ P-P2 · Φ M (2.32)
so gilt unter der Bedingung, daß
ist, entsprechend
-Φ P=-Φ A+P2 · (-Φ M),
Aus diesem Grund wird für den Gradienten 1/(RB · C) der mit
dem Integrator A6 maximal mögliche Gradient gewählt.
Aus Meßgründen wird das Ausgangssignal -Φ P des Integrators
A6 mit dem Verstärker A8 invertiert und dann auf den
mittelwertbildenden Summator MW gegeben.
Zur Einstellung des Wertes P2 · (-Φ M) wird das Ausgangssignal
(-Φ M) des Verstärkers A7 mit dem Potentiometer PP2 bewichtet
und auf einen invertierenden Eingang des Verstärkers A10
mit dem Verstärkungsfaktor 1/5 geführt. Somit liegt am Ausgang
des Verstärkers A10 ein Signal entsprechend
-1/5 PP2 · (-Φ M) vor, das auf einen invertierenden
Eingang der Idealdiode A4 (viertes Vergleichsglied)
geschaltet wird.
Die Signale -Φ M und -Φ P werden auf invertierende Eingänge
des Summators MW geschaltet, dessen Ausgang auf einen weiteren,
nicht dargestellten internen invertierenden Eingang
rückgekoppelt wird. Für das Ausgangssignal Φ D gilt somit
die Beziehung
Φ D=-(Φ M)-(-Φ P)-Φ D
Daraus ergibt sich die Gleichung
Zur Bestimmung der Potentiometereinstellung für
- - PP1 wird das Rauschband P1 · Φ P benötigt. Dieser Wert liegt zwischen 0% und ca. 20% Reaktorleistung und wird durch Messung im Anlagenbetrieb bestimmt. Mit dem Wert P1 kann man den Einstellfaktor z. B. wählen zu PP1=5 · P1Speziell für P1 · Φ P=10% und Φ P=105% ergibt sich P1=0,0952 und damit PP1=0,476.
- - PP2 wird das Rauschband P2 · Φ M benötigt. Dieser Wert liegt zwischen 0% und ca. 20% der Reaktorleistung und wird durch Messung im Anlagenbetrieb bestimmt. Mit dem Wert P2 kann man den Einstellfaktor z. B. wählen zu PP2=5 · P2Speziell für P2 · Φ M=10% und Φ M=95% ergibt sich P2=0,1053 und damit PP2=0,526.
Zur Bestimmung der Integrationskonstanten werden die
Gradienten i [%]/[s] und k[%]/[s] benötigt.
Diese Werte liegen beispielsweise bei
Mit PE=125% ergibt sich aus dem Ansatz
und aus dem Ansatz
Dementsprechend wird für die Gradienten i/PE und k/PE der Eingang
beider Integratoren mit den Zeitkonstanten 1/(R11 · C)=1/1000 s
und 1/(R12 · C)=1/1000 s gewählt. Mit den Potentiometern
G11 und G12 werden dann
und
eingestellt. Für die Potentiometer G11 und G12 ergeben sich
damit die Einstellwerte
G11=0,4
und
G12=0,4
Die Gradienten für die Begrenzungskonstante 1/(RB · C)
werden größtmöglich zu
1/(RB · C)=1/1 s
gewählt.
Mit dem adaptiven Filter nach Fig. 6 wird ein Verfahren zur
rauschunterdrückenden Signalverarbeitung eines niederfrequent
verrauschten Signals in allgemeiner, mathematischer Darstellung
mit Zustandsvariablen beschrieben. Dies ermöglicht die
Verwirklichung sowohl in Analogtechnik als auch in Digitaltechnik
(z. B. durch Programmierung von Rechnern).
Die Eingangsvariable x(t) - im folgenden vereinfachend mit x
bezeichnet (auch bei den übrigen zeitabhängigen Zustandsvariablen
wird soweit als möglich diese vereinfachende Schreibweise
verwendet) wird gleichermaßen einem Regelkreis RU und
einem Regelkreis RO zugeführt. Der Regelkreis RU liefert die
Ausgangsvariable yu, und der Regelkreis RO liefert die
Ausgangsvariable yo. Die Variablen yu und yo werden beide
einem eine Mittelwertfunktion verwirklichenden Baustein MW
zugeführt, der aus den Variablen yu und yo das arithmetische
Mittel y mit
bildet. Die Mittelwertfunktion des Bausteins MW liefert also
an ihrem Ausgang die Variable y.
Die Funktion des Regelkreises RU läßt sich folgendermaßen
beschreiben: Die Eingangsvariable x und die Ausgangsvariable
yu werden einer Vergleichsfunktion UV1 (bzw. einem entsprechenden
Baustein) zugeführt, welche die Ausgangsvariable xuw
mit der Eigenschaft
xuw=x-yu,
liefert. Die Ausgangsvariable xuw ist gleichzeitig die
Eingangsvariable für eine Schaltfunktion US1, die die
Zustandsvariablen Au und Bu in Abhängigkeit vom Zustand der
Eingangsvariablen xuw bildet. Im Fale, daß xuw größer als 0
ist, sind Au=1 und Bu=0; im Falle daß xuw kleiner als 0
ist, sind Au=0 und Bu=1. Für den Fall, daß xuw den
Zustand =0 annimmt, sind Au=0 und Bu=0.
Eine weitere Funktion UT liefert die Ausgangsvariable zu,
die sowohl eine Konstante als auch eine Funktion der
Ausgangsvariablen yo mit der Eigenschaft
zu=f(yo)
sein kann. In Fig. 6 ist nur die letztgenannte Möglichkeit
dargestellt.
Die Ausgangsvariable zu wird zusammen mit der Eingangsvariablen
x und der Ausgangsvariablen yu der Vergleichsfunktion
UV2 zugeführt, welche die Ausgangsvariable zuw mit der
Eigenschaft
zuw=x-(yu+zu)
liefert. Die Ausgangsvariable zuw ist gleichzeitig die
Eingangsvariable für eine Schaltfunktion US2, welche die
Zustandsvariable Cu in Abhängigkeit vom Zustand der Eingangsvariablen
zuw bildet. Im Falle, daß zuw größer als 0 ist,
ist Cu=1; im Falle, daß zuw kleiner oder gleich 0 ist, ist
Cu=0.
Die Zustandsvariablen Au, Bu und Cu sind gleichzeitig Eingangsvariable
für die Integrierfunktion UI, welche die
Ausgangsvariable yu in Abhängigkeit von den Eingangsvariablen
Au, Bu und Cu sowie in Abhängigkeit von den Integranten
gmin, gmax und von der Zeit t bildet. Im Falle, daß Au=1,
Bu=0 und Cu=0 sind, wird die Ausgangsvariable yu
ausgehend von einem Anfangswert yu(0) durch die Funktion
yu=yu(0)+gmin · t
gebildet. Dabei ist gmin charakterisiert durch die Eigenschaft,
daß |gmin||dx/dt| ist. Im Falle, daß Au=0,
Bu=1 und Cu=0, wird die Ausgangsvariable yu ausgehend
von einem Anfangswert yu(0) durch die Funktion
yu=yu(0)-gmax · t
gebildet. Dabei ist gmax charakterisiert durch die Eigenschaft,
daß |gmax||dx/dt| ist. Im Falle, daß Au=1,
Bu=0 und Cu=1, wird die Ausgangsvariable yu ausgehend
von einem Anfangswert yu(0) durch die Funktion
yu=yu(0)+(gmin+gmax) · t
gebildet. Dabei sind gmin und gmax charakterisiert durch die
Eigenschaft, daß |gmin||dx/dt| und |gmax||dx/dt|.
Im Falle, daß Au=0, Bu=0 und Cu=0, wird die Ausgangsvariable
yu gebildet durch die Funktion
yu=yu(0).
Das heißt, die Ausgangsvariable yu nimmt in diesem Fall den
Anfangswert yu(0) an.
Die Funktion des Regelkreises RO läßt sich sinngemäß
folgendermaßen beschreiben: Die Eingangsvariable x und die
Ausgangsvariable yo werden einer Vergleichsfunktion OV1
(bzw. einem entsprechenden Schaltungsbaustein) zugeführt,
die die Ausgangsvariable xow mit der Eigenschaft
xow=x-yo
liefert. Die Ausgangsvariable xow ist gleichzeitig die
Eingangsvariable für eine Schaltfunktion OS1, welche die
Zustandsvariablen Ao und Bo in Abhängigkeit vom Zustand der
Eingangsvariablen xow bildet. Im Falle, daß xow kleiner als 0
ist, sind Ao=1 und Bo=0; im Falle, daß xow größer als 0
ist, sind Ao=0 und Bo=1. Für den Fall, daß xow den
Zustand gleich 0 annimmt, sind Ao=0 und Bo=0.
Eine weitere Funktion OT liefert die Ausgangsvariable zo,
die sowohl eine Konstante als auch eine Funktion der
Ausgangsvariablen yu mit der Eigenschaft
zo=f(yu)
sein kann. In Fig. 6 ist nur die letztgenannte Möglichkeit
dargestellt.
Die Ausgangsvariable zo wird zusammen mit der Eingangsvariablen
x und der Ausgangsvariablen yo der Vergleichsfunktion OV2
zugeführt, welche die Ausgangsvariable zow mit der Eigenschaft
zow=x-(yo-zo)
liefert. Die Ausgangsvariable zow ist gleichzeitig die Eingangsvariable
für eine Schaltfunktion OS2, welche die Zustandsvariable
Co in Abhängigkeit vom Zustand der Eingangsvariablen
zow bildet. Im Falle, daß zow kleiner als 0 ist,
ist Co=1; im Falle, daß zow größer oder gleich 0 ist, ist
Co=0.
Die Zustandsvariablen Ao, Bo und Co sind gleichzeitig Eingangsvariable
für die Integrierfunktion OI, welche die Ausgangsvariable
yo in Abhängigkeit von den Eingangsvariablen
Ao, Bo und Co sowie in Abhängigkeit von den Integranten
gmin, gmax und von der Zeit t bildet.
Im Falle, daß Ao=1, Bo=0 und Co=0 sind, wird die Ausgangsvariable
yo ausgehend von einem Anfangswert yo(0) durch
die Funktion
yo=yo(0)-gmin · t
gebildet. Dabei ist gmin charakterisiert durch die Eigenschaft,
daß |gmin||dx/dt| ist. Im Falle, daß Ao=0, Bo=1 und
Co=0, wird die Ausgangsvariable yo ausgehend von einem Anfangswert
yo(0) durch die Funktion
yo=yo(0)+gmax · t
gebildet. Dabei ist gmax charakterisiert durch die Eigenschaft,
daß |gmax||dx/dt| ist. Im Falle, daß Ao=1, Bo=0 und
Co=1, wird die Ausgangsvariable yo ausgehend von einem
Anfangswert yo(0) durch die Funktion
yo=yo(0)+(gmin+gmax) · t
gebildet. Dabei sind gmin und gmax charakterisiert durch die
Eigenschaft, daß |gmin||dx/dt| und |gmax||dx/dt| sind.
Im Falle, daß Ao=0, Bo=0 und Co=0, wird die Ausgangsvariable
yo gebildet durch die Funktion
yo=yo(0)
das heißt, die Ausgangsvariable yo nimmt in diesem Falle den
Anfangswert yo(0) an.
Claims (22)
1. Verfahren zur rauschunterdrückenden Signalverarbeitung
eines niederfrequent verrauschten Signals x(t),
dadurch gekennzeichnet,
- - daß mit einem ersten Regelkreis (Ro) die obere Einhüllende yo(t) des verrauschten Signals x(t) gebildet wird,
- - daß mit einem zweiten Regelkreis (Ru) die untere Einhüllende yu(t) des verrauschten Signals x(t) gebildet wird
- - und daß aus beiden Einhüllenden yo(t) und yu(t) der arithmetische Mittelwert ym(t)=1/2 · yo(t)+yu(t) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der erste und der zweite Regelkreis (Ro) bzw. (Ru) mit mehreren Stellgrößen-Änderungsgeschwindigkeiten arbeiten, deren Gradienten zumindest teilweise voneinander verschieden sind,
- - daß eine erste Gruppe von Gradienten (gP1, gP2; gM1, gM2) dem quasi-stationären Bereich des verrauschten Signals, dessen arithmetischer Mittelwert y(t) annähernd konstant bleibt, zugeordnet wird,
- - und daß eine zweite Gruppe von Gradienten (gBM, gP2; gBP, gM2) dem transienten Bereich des verrauschten Signals zugeordnet wird, wobei der arithmetische Mittelwert y(t) des verrauschten Signals x(t) in diesem transienten Bereich z. B. rampenförmige oder sprunghafte Amplitudenänderungen durchläuft, die größer sind als die Rauschamplitude, und wobei die zweite Gruppe von Gradienten so gewählt wird, daß diese dem rampen- oder sprungförmigen Amplitudenänderungen folgen können.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Geschwindigkeit, mit der die obere Einhüllende yo(t) ansteigendem x(t) folgt, gewählt wird zu gP1≧dx/dt (erster Gradient)
- - daß die Geschwindigkeit, mit der die obere Einhüllende yo(t) abfallendem x(t) folgt, solange yo(t) kleiner ist als x(t) und x(t) seinerseits größer ist als yo(t)-PPo, gewählt wird zu |gP2||gP1| (zweiter Gradient)
- - und daß die Geschwindigkeit, mit der die obere Einhüllende yo(t) abfallendem x(t) folgt, solange x(t) kleiner ist als yo(t)-PPo, gewählt wird zu gBM (dritter Gradient)
wobei durch die Differenz aus yo(t) und dem Pegelwert PPo
ein floatender Pegelgrenzwert definiert wird, bei dessen
Erreichen oder Unterschreiten durch das verrauschte Signal
x(t) eine Gradientenumschaltung von gP2 auf gBM erfolgt
und umgekehrt, wobei PPo ein fester als auch ein zur
unteren Hüllkurve yu(t) proportionaler und deshalb mit
dieser Hüllkurve floatender Pegelwert sein kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Geschwindigkeit gM1, mit der die untere Einhüllende yu(t) abfallendem x(t) folgt, gewählt wird zu gM1≦dx/dt (vierter Gradient)
- - daß die Geschwindigkeit gM2, mit der die untere Einhüllende yu(t) ansteigendem x(t) folgt, solange yu(t) kleiner ist als x(t) und x(t) seinerseits kleiner ist als yu(t)+PPu, gewählt wird zu |gM2||gM1| (fünfter Gradient)
- - und daß die Geschwindigkeit gBP, mit der die untere Einhüllende yu(t) ansteigendem x(t) folgt, solange x(t) größer ist als yu(t)+PPu, gewählt wird zu gBP (sechster Gradient)
wobei durch die algebraische Summe aus dem Pegelwert PPu und
yu(t) ein floatender Grenzwert definiert wird, bei dessen Erreichen
oder Überschreiten durch das verrauschte Signal x(t)
eine Gradientenumschaltung von gM2 auf gBP erfolgt und umgekehrt,
wobei PPu ein fester Wert oder auch ein zur oberen Hüllkurve
yo(t) proportionaler und deshalb mit dieser Hüllkurve
floatender Pegelwert sein kann.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
4, zur rauschunterdrückenden Signalverarbeitung eines
niederfrequent verrauschten Signals, das ungefiltert zum Erreichen
oder Überschreiten von Signalgrenzwerten führen kann,
die das Signal x(t) ohne Rauschanteil nicht erreichen würde.
6. Verwendung nach Anspruch 5 zur rauschunterdrückenden
Signalverarbeitung von Neutronenflußsignalen, die mittels
die Neutronenflußdichte messender Sonden an oder in
Kernreaktordruckbehältern gewonnen und zur Ermittlung der
sogenannten kurzzeitkorrigierten thermischen Reaktorleistung
herangezogen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Geschwindigkeit, mit der die obere Einhüllende Φ M(t) einem ansteigenden verrauschten Flußsignal Φ A(t) folgt, gewählt wird zu
- - daß die Geschwindigkeit, mit der die obere Einhüllende Φ M(t) einem abfallenden verrauschten Flußsignal Φ A(t) folgt, solange -Φ M(t)<-Φ A(t) und solange -Φ A(t)<-Φ M(t)-P1 · Φ P(t), gewählt wird zu
- - und daß die Geschwindigkeit, mit der die obere Einhüllende
Φ M(t) einem abfallenden verrauschten Flußsignal Φ A(t)
folgt, solange
-Φ A(t)<-Φ M(t)-P1 · Φ P(t)gewählt wird zu
wobei
RB=erster ohmscher Widerstand
C=Kapazität
R11=zweiter ohmscher Widerstand
G11<1=durch Spannungsteiler gegebener Faktor
P1 · P(t)=ein zur unteren Einhüllenden Φ P(t) proportionaler und deshalb mit dieser Hüllkurve floatender Pegelwert und
P1=einstellbarer Proportionalitätsfaktor
und wobei durch |-Φ M(t)-P1 · Φ P(t)| ein floatender Pegelgrenzwert
definiert wird, bei dessen Erreichen oder Unterschreiten
durch das verrauschte Flußsignal -Φ A(t) eine
Gradientenumschaltung von gP2 auf gBM erfolgt und umgekehrt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Geschwindigkeit, mit der die untere Einhüllende -Φ P(t) einem abfallenden verrauschten Signal -Φ A(t) folgt, gewählt wird zu
- - daß die Geschwindigkeit, mit der die untere Einhüllende Φ P(t) einem ansteigenden verrauschten Flußsignal Φ A(t) folgt, solange |-Φ P(t)|<|-Φ A(t)| und solange |-Φ A(t)|<|-Φ P(t)+P2 · Φ M(t)|, gewählt wird zu
- - und daß die Geschwindigkeit, mit der die untere Einhüllende
-Φ P(t) einem ansteigenden verrauschten Flußsignal -Φ A(t)
folgt, solange |-Φ A(t)|<|-Φ P(t)+P2 · Φ M(t)|,
gewählt wird zu
wobei
R12=dritter ohmscher Widerstand
G12<1=durch Spannungsteiler gegebener Faktor
P2 · Φ M(t)=ein zur oberen Einhüllenden Φ M(t) proportionaler und deshalb mit dieser Hüllkurve floatender Pegelwert
P2=einstellbarer Proportionalitäsfaktor
und wobei durch |-Φ P(t)+P2 · Φ M(t)| ein floatender Pegelgrenzwert
definiert wird, bei dessen Erreichen oder Überschreiten
durch das verrauschte Flußsignal -Φ A(t) eine Gradientenumschaltung
von gM2 auf gBP erfolgt und umgekehrt.
9. Adaptives Filter zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das adaptive Filter aus zwei zueinander parallel geschalteten Reglern (Ro) und (Ru) mit je einem Eingang für das verrauschte Signal x(t) besteht, und zwar einem ersten Regler (Ro) zur Erzeugung der oberen Einhüllenden yo(t) des verrauschten Signals x(t) und einem zweiten Regler (Ru) zur Erzeugung der unteren Einhüllenden yu(t) des verrauschten Signals x(t),
- - und daß den beiden Reglern (Ro, Ru) ein Summator (MW) nachgeschaltet ist, der aus den seinen Summator-Eingängen zugeführten beiden Ausgangssignalen yo(t) und yu(t) den an seinem Ausgang abnehmbaren Mittelwert 1/2 · yo(t)+yu(t) bildet.
10. Adaptives Filter nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der erste Regler (Ro) ein erstes Vergleichsglied (A1) aufweist, in welchem ein Vergleich zwischen den Größen x(t) und yo(t) durchgeführt wird und welches an seinem Ausgang zwei verschiedene Signale, ein erstes oder ein zweites Ausgangssignal (UO1 bzw. UO2) abgibt, je nach dem, ob |x(t)|<|yo(t)| oder |x(t)|<|yo(t)|ist,
- - daß der erste Regler (Ro) ein drittes Vergleichsglied (A3) aufweist, welches wenigstens drei Eingänge für die Größen x(t), yo(t) und PPo hat und welches an seinem Ausgang nur dann ein drittes Ausgangssignal (UO3) abgibt, wenn |x(t)|<|yo(t)-PPo|d. h. das Signal |-x(t)| das quasi-stationäre Rauschband unterschreitet oder verläßt, wobei PPo ein zur unteren Einhüllenden yu(t) proportionaler und deshalb mit dieser Hüllkurve floatender Pegelwert und Po ein einstellbarer Proportionalitätsfaktor sind,
- - daß dem ersten und dem dritten Vergleichsglied ein summierender Integrator (A5) mit wenigstens zwei Integrator-Zweigen nachgeschaltet ist, wobei der erste Integrator-Zweig zur Bildung eines ersten Gradienten aktivierbar ist, wenn am Eingang des Integrators (A5) das erste Ausgangssignal (UO1) ansteht, wobei der zweite Integrator-Zweig zur Erzeugung eines zweiten Gradienten aktivierbar ist, wenn am Eingang des summierenden Integrators (A5) das zweite Ausgangssignal (UO2) ansteht und wobei der erste und der zweite Integrator-Zweig gemeinsam zur Erzeugung eines dritten Gradienten aktivierbar sind, wenn am Eingang des summierenden Integrators (A5) sowohl das erste Ausgangssignal (UO1) als auch das dritte Ausgangssignal (UO3) anstehen.
11. Adaptives Filter nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der zweite Regler (Ru) ein zweites Vergleichsglied (A2) aufweist, in welchem ein Vergleich zwischen den Größen x(t) und yu(t) durchgeführt wird und welches an seinem Ausgang zwei verschiedene Signale, ein viertes oder ein fünftes Ausgangssignal (UO4 bzw. UO5), abgibt, je nach dem, ob |x(t)|<|yu(t)| oder |x(t)|<|yu(t)|
- - daß der zweite Regler ein viertes Vergleichsglied (A4) aufweist, welches wenigstens drei Eingänge für die Größen x(t), yu(t) und PPu hat und welches an seinem Ausgang nur dann ein sechstes Ausgangssignal (UO6) abgibt, wenn |x(t)|<|yu(t)+PPu|d. h. das Signal |-x(t)| das quasi-stationäre Rauschband überschreitet oder verläßt, wobei PPu ein zur oberen Einhüllenden yo(t) proportionaler und deshalb mit dieser Hüllkurve floatender Pegelwert und Pu ein einstellbarer Proportionalitätsfaktor ist,
- - daß dem zweiten und vierten Vergleichsglied (A2, A4) ein
summierender Integrator (A6) mit wenigstens zwei dritten
und vierten Integrator-Zweigen nachgeschaltet ist,
wobei der dritte Integrator-Zweig zur Erzeugung eines vierten Gradienten aktivierbar ist, wenn am Eingang des summierenden Integrators (A6) das vierte Ausgangssignal (UO4 ansteht, wobei der vierte Integrator-Zweig zur Erzeugung eines fünften Gradienten aktivierbar ist, wenn am Eingang des zweiten summierenden Integrators (A6) das fünfte Ausgangssignal (UO5) ansteht und
wobei der dritte und der vierte Integrator-Zweig gemeinsam zur Erzeugung eines sechsten Gradienten aktivierbar sind, wenn am Eingang des zweiten summierenden Integrators (A6) sowohl das vierte Ausgangssignal (UO4) als auch das sechste Ausgangssignal (UO6) anstehen
12. Adaptives Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Regler (Ro und Ru) zur Bildung invertierter Ausgangssignale
yo(t)=-Φ M(t) undyu(t)=-Φ P(t)eingerichtet sind und hierzu dem summierenden Integrator
(A5) bzw. (A6) jeweils ein invertierender Verstärker (A7)
bzw. (A8) nachgeschaltet ist.
13. Adaptives Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß im
mittelwertbildenden Summator (MW) die beiden invertierten
Hüllkurvensignale Φ M(t) und Φ P(t) zu einem positiven
arithmetischen Mittelwert Φ D(t) verarbeitet werden und
hierzu auch der Summator (MW) als invertierender Verstärker
ausgebildet ist.
14. Adaptives Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das
erste bzw. dritte Vergleichsglied (A1 bzw. A2) als
Kippverstärker ausgebildet sind.
15. Adaptives Filter nach einem der Ansprüch 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das
dritte bzw. vierte Vergleichsglied (A3 bzw. A4) als
sogenannte Idealdioden mit jeweils drei Eingängen
ausgebildet sind.
16. Adaptives Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß dem
ersten bzw. zweiten Vergleichglied (A1 bzw. A2) jeweils
zwei antiparallel geschaltete Dioden (D11, D12; D21, D22)
nachgeschaltet sind, wovon eine Diode (D11 bzw. D21) mit
einem der zwei Integrator-Zweige des summierenden Integrators
(A5 bzw. A6) in Reihe geschaltet ist und eine zweite
Diode (D12 bzw. D22) an den einen von zwei Eingängen eines
Summierverstärkers (A13 bzw. A24) gelegt ist, an dessen
zweiten Eingang der Ausgang des dritten bzw. vierten Vergleichsglieds
(A3 bzw. A4) gelegt ist, und daß der Ausgang
des Summierverstärkers (A13 bzw. A24) in Reihe mit dem zweiten
der zwei Integrator-Zweige des summierenden Integrators
(A5 bzw. A6) geschaltet ist.
17. Adaptives Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung
der Pegelwerte (PPo bzw. PPu) das abgegriffende Hüllkurvensignal
yu(t) bzw. yo(t) über einen Spannungsteiler (PP1
bzw. PP2) und einen dazu seriellen invertierenden Verstärker
(A9 bzw. A10) mit dem Verstärkungsfaktor an den zugehörigen
Eingang des zweiten bzw. vierten Vergleichsglieds (A3;
A4) gelegt ist.
18. Adaptives Filter nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Verstärkungsfaktor V=-1/5 beträgt.
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