DE69000577T2 - Vorrichtung zur messung eines rauschfreien signals, das in einem verrauschten, diskreten signal vorhanden ist und bei einem konstanten mittleren rauschniveau gemessen wird. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion eines rauschfreien Signals, das in einem verrauschten, diskreten Signal vorhanden ist, wobei diese Detektion bei einer Fehldetektionswahrscheinlichkeit durchgeführt wird, die kleiner ist als eine vorherbestimmte Fehldetetktionsrate.
• Die Erfindung betrifft die Detektion von diskreten Signalen, das heißt von Signalen, welche durch diskontinuierliche Ereignisse erzeugt werden. Die Erfindung widmet sich besonders der Detektion von Teilchenstrahlungen, wie die Neutronenstrahlen oder die Gammastrahlen.
• Die Detektion eines rauschfreien Signals in einem gemessenen verrauschten Signal setzt voraus, daß man besagtes gemessenes Signal von dem Rauschen befreien kann. Die Erfindung betrifft ein Detektionsverfahren, für den Fall daß der mittlere Rauschniveauwert in einem Intervall variiert, das eine obere Grenze MB hat. Diese Bedingung wird bei der Neutronenstrahlungen praktisch immer erfüllt, weil es sehr wenige freie Neutronen in der Umgebung gibt. Sie ist auch oft an einem gegebenen Ort, während einer bestimmten Zeitdauer, für die Gammastrahlungen erfüllt.
• Die Detektion einer bestimmten Teilchenstrahlung, zum Beispiel einer Kernstahlung, erfolgt aus mehreren Grunden bei einem Teilchenrauschen. Im Fall einer Kernstrahlung beruht ein Teil des Rauschens auf der kosmischen Strahlung und der andere Teil auf der natürlichen Radioaktivität des Geländes und des Gesteins.
• Es gibt auch ein Rauschen, das auf dem verwendeten Detektor beruht. Die kosmische Strahlung kann im Laufe der Zeit variieren und das Teilchenrauschen, das auf den Felsen und dem Gelände beruht, ist äußerst variabel, entsprechend dem Ort, an dem die Messung erfolgt. Eine bestimmte Strahlung kann also nur detektiert werden, wenn man das Rauschen kennt, oder aber wenn man davon eine ausreichende Abschätzung hat.
• Die Informationsspeicherung wird während einer beschränkten Zeitdauer Δt ausgeführt. Diese Informationsspeicherung erfolgt diskret: wenn ein Teilchen detektiert wird, wir der Inhalt eines Speichers um eine Einheit erhöht. Im Allgemeinen definieren ein oder mehrere Parameter das detektierte nukleare Ereignis. In dem Fall, in dem dieses Ereignis nur von einem einzigen Parameter abhängt, kann dieser zum Beispiel die Energie sein: dies ist der typische Fall für die Detektion einer Gammastrahlung mit Hilfe von intrinsischem Germanium oder eines NaI-Szintillators, der mit einem Photovervielfacher verbunden ist. Dieser einzelne Parameter kann auch die Zeit sein, zum Beispiel wenn man die Zeit eines Teilchenflugs mißt.
• Üblicherweise besteht die laufende Praxis, um zu wissen, ob ein Signal mit Hilfe einem Speicher während einem Zeitintervall Δt detektiert wurde darin, zu schätzen, von welchem Wert an die erhaltene Zählung die Schätzung des Rauschens, über die man verfügt, übersteigt.
• Dieses Rauschen kann auf verschiedene Weisen geschätzt werden. Es kann im voraus bekannt sein durch eine Messung, die vorhergehend unter Umständen erfolgt, bei denen man sicher ist, daß sie nicht das bestimmte Signal sind. Es kann ebenso im Laufe des Experiments geschätzt werden, in Abwesenheit jeglicher Signalquelle, indem man die detektierten Signalniveauwerte in verschiedenen, zum Beispiel energetischen, Intervallen extrapoliert oder interpoliert.
• Dazu ist es nötig, daß die Zählrate in den Intervallen, in denen man sicher ist, daß es kein Rauschen gibt, ausreichend ist, um eine Schätzung der Wahrscheinlichkeitsdichte des Rauschens in den Intervallen machen zu können, in denen man eine bestimmte Strahlung zu detektieren versucht.
• Nach der herkömmlichen Methode schätzt man, daß es tatsächlich ein Signal gibt, wenn die Zählrate N so ist, daß N > B + K ist, wobei M der geschätzte mittlere Rauschniveauwert und K eine Konstante gleich einigen Einheiten ist.
• Dieses bekannte Kriterium zur Detektion ist nicht ausreichend, weil es empirisch ist und der Wert K auf nicht rationelle Weise gewählt wird, indem er sich auf die früheren Experimente stützt.
• Ein Ziel der Erfindung ist es, ein auf rationellen Kriterien fundiertes Detektionssystem zu liefern, welches von den Wahrscheinlichkeitsgesetzen der Erscheinung des Rauschens und der erwarteten Strahlung abgeleitet ist. Die Detektion gemäß der Erfindung weist folglich den Vorteil auf, daß sie nur von objektiven Kriterien abhängt.
• Nach der früheren Methode wurde nur eine Zählrate in Betracht gezogen, die größer war als ein geschätzter mittlerer Rauschniveauwert, der um eine bestimmte Anzahl von Ereignissen mit dem Abstand des Typs erhöht ist. Man kennt andererseits eine Methode, die in der von dem Berichter gestellten und unter der Nummer 2 580 819 veröffentlichten Patentanmeldung beschrieben wird, welche auf einem anderen Prinzip beruht. Tatsächlich betrachtet man in dieser Patentanmeldung im Gegenteil, daß jedes Übersteigen des mittleren Rauschniveauwerts eine Information auf die Anwesenheit oder Abwesenheit eines rauschfreien Signals bildet. Diese Information ist schwach, wenn der Unterschied zwischen den Zählraten und den mittleren Rauschniveauwerten gering ist.
• Je größer der Unterschied zwischen der Zählrate und dem mittleren Rauschniveauwert, desto größer die durch die Messung erbrachte Information und desto schwächer die Fehldetektionswahrscheinlichkeit. Das praktische Kriterium zur Detektion eines rauschfreien Signals ist also das Erhalten einer ausreichenden Information, das heißt größer als eine Schwelle Im, das heißt eine Fehldetektionswahrscheinlichkeit kleiner als eine vorherbestimmte Fehldetektionsrate.
• Die Detektion nach dieser Methode besteht also darin, die Fehldetektionswahrscheinlichkeit PF, welche durch die gemessene Zählrate N und eine Schätzung des konstanten mittleren Rauschniveauwertes M definiert ist, mit einer vorherbestimmten Fehldetektionsrate TF zu vergleichen. Ein rauschfreies Signal wird detektiert, wenn die besagte Wahrscheinlichkeit kleiner ist als die besagte Rate.
• In der Messung bei der man die Zufallswahrscheinlichkeit der Anzahl der detektierten Ereignisse während jedem Zeitintervall kennt, wird die Fehldetektionswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Zählrate N und dem geschätzten mittleren Rauschniveauwert M ausgedruckt. Diese Wahrscheinlichkeitsdichte ist zum Beispiel die des Gesetztes von Poisson für die Teilchenstrahlungen.
• Die direkte Verwendung der Beziehung zwischen der Fehldetektionswahrscheinlichkeit PF, der Zählrate N und dem mittleren Rauschniveauwert M um zu entscheiden, ob eine Teilchenstrahlung detetktiert wurde, führt zu langen Berechnungen, weil die Fehldetektionswahrscheinlichkeit PF in serieller Form ist, die von der Zählrate N und dem mittleren Rauschniveauwert M abhängt. Die Dauer der Berechnung hängt vom Wert der Zählrate N ab und ist üblicherweise unvereinbar mit einer Detektion in einem reellen Zeitraum, wenn die Dauer von jeder Zählung zum Beispiel von der Größenordnung von einer Sekunde ist.
• Um diesen Nachteil zu beheben, und um eine Detektion in einem reellen Zeitraum zu erlauben, wurde zuerst vorgeschlagen, eine Tabelle zu verwenden, die für eine Vielzahl von Werten der Zählrate den Wert des zugehörigen mittleren Rauschniveauwerts enthält, so daß die Fehldetektionswahrscheinlichkeit PF für diese mittleren Rauschniveauwerte und diese Zählraten mit den vorherbestimmten Fehldetektionsraten TF verglichen wird.
• Diese Methode wurde bei der Konzeption tragbarer apparativer Anlagen angewendet und bestand darin, eine Schätzung der Information, ausgehend von einem der Fehl alarmrate von 10&supmin;³ entsprechenden Schwellenwert, zu machen.
• Es hat sich als wahr erwiesen, daß sogar für die Verschiebungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 1 m/s die Alarmraten maßlos wären infolge der großen Variationen des Rauschens aus natürlicher Ursache; es wurde also beschlossen, einen angepaßteren Algorithmus zu verwenden, der in einer sich in einem Flugzeug befindlichen Apparatur angewendet wurde. Dieser Algorithmus basiert auf dem Prinzip einer "schwankenden Referenz" und man kann davon in der von dem Berichter gestellten und unter der Nr. 2 579 767 veröffentlichten Patentanmeldung eine Beschreibung finden.
• Dieser Algorithmus impliziert das Einteilen des Energiespektrums in einige Fenster (in der Prxis wurden vier Fenster ausgewählt); in jedem dieser Fenster ist die Fehlsignalwahrscheinlichkeit ensprechend dem besagten Algorithmus der "schwankenden Referenz" linear abgeschätzt.
• Also besteht mit diesem Algorithmus eine Beschränkung, was die Möglichkeiten zur Abdeckung des gesamten Spektrums betrifft, infolge der beschränkten Auflösung des Detektors, im besonderen, wenn der Detektor ein NaI Typ ist.
• Außer der Gesamtheit all dieser Nachteile, auf welche die Anmelderin stößt, hat die Anmelderin versucht, die Ausführung der tragbaren Detektoren zu vereinfachen. Dafür hat die Anmelderin versucht, die Elektronik zu vereinfachen, die in den bekannten tragbaren Detektoren verwendet wird, zum Beispiel diejenige, die in der schon erörterten und unter der Nr. 2 580 819 veröffentlichten Patentanmeldung beschrieben ist, indem die Verwendung der Wertetabelle aufgehoben wird, was dazu geführt hat, den Speicher, in welchem diese Tabelle gespeichert wurde, wegzulassen. Das Wegfallen dieser Tabelle hat nur stattfinden können, weil die Anmelderin sich dem Problem der Detektion auf andere Weise gestellt hat.
• Tatsächlich ist diese Vereinfachung das Resultat einer halb-phänomenologischen Ausführung der in Abhängigkeit von der Zählung erhaltenen Informationsmenge I. Die Informationsmenge I wird entsprechend der Erfindung durch eine Funktion F ausgedrückt, die mit der oberen Grenze des Rauschens MB und mit der, während einer Messung von bestimmter Dauer beobachteten, mittleren Signalrate verknüpft ist.
• Da dies in der Funktion F erscheint, hat die Anmelderin, anstatt in der Schätzung der Information den geschätzten mittleren Rauschniveauwert M zu wählen, die obere Grenze MB des Rauschens M gewählt.
• Diese neue Konzeption, die durch eine andersartige Annäherung als die schon bekannten erhalten wird, führt zur Ausführung eines kleineren, billigeren und folglich für den universellen Gebrauch geeigneten Detektors.
• Die vorliegende Erfindung betrifft genauer eine Vorrichtung zur Detektion eines rauschfreien Signals, das in einem verrauschten, diskreten Signal vorhanden ist und bei einem konstanten mittleren Rauschniveau mit einer Fehldetektionswahrscheinlichkeit PF, die unterhalb einer vorherbestimmten Fehldetektionsrate TF liegt, gemessen wird, wobei die Vorrichtung seriell aus einem Detektor zur Umwandlung der empfangenen Strahlung in elektrische Impulse, einem Formgeber, einem Binärzähler, einer Verarbeitungseinrichtung und einer Signalisierungseinrichtung besteht, wobei die Verarbeitungseinrichtung aus einem Prozessor, der während n aufeinanderfolgender gleicher Zeitintervalle Δti eine Zählmessung mit der Zählung No und aus dieser Zählung No die Abschätzung eines mittleren Rauschniveauwerts M erlaubt, und einem Eingangs- /Ausgangsschaltkreis besteht, wobei die genannte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie erlaubt:
• A) im voraus eine Initialisierungsphase durchzuführen, die darin besteht,
• - eine obere Grenze MB für das Rauschen derart zu bestimmen, daß MB = βM, wobei β eine ganze Zahl größer als 1 ist,
• B) eine Phase der Signaldetektion durchzuführen, die daraus besteht:
• - eine Zählung Ni während mindestens eines Zeitintervalls Δti zu messen,
• - eine dem genannten Signal zugeordnete Zählung M1 ab zuschätzen, so daß M1 = Ni - NM,
• - die Informationsmenge I derart zu berechnen, daß:
• wobei MB gleich dem abgeschätzten Wert ist,
• - ein Signal S auszusenden, wenn das Signalniveau M1 positiv ist, wobei die Frequenz dieses Signals eine steigende Funktion der Informationsmenge I ist.
• Gemäß der Erfindung erlaubt die Funktion F die Berechnung der Informationsmenge, welche von zwei Funktionen α und K der oberen Grenze MB für das Rauschen abhängt, gemäß folgender Schätzung:
• In einer Ausführungsvariante besteht die Detektionsphase aus:
• - einer Zählmessung während mehrerer aufeinanderfolgender Intervalle Δti indem eine Aufteilung jedes Intervalls Δti in k aufeinanderfolgenden Intervallen Dti, i= 1,k ausgeführt wird, und die Zählung ni während jedem Intervall Dti gemessen wird, wobei die Zählmessung N so durchgeführt wird, daß:
• Ni = Ni-1 + ni - ni-k
• wobei Ni-1 die während des vorangegengenen Intervalls Δti-1 durchgeführte Zählmessung, ni die während des Intervalls Dtj durchgeführte Zählung und ni-k die während des Intervalls Dtj-k durchgeführte Zählung ist.
• Vorteilhafterweise ist das am Ende jeder Zählung, die am Ende jeder Dauer Δti erhalten wird, emittierte Signal S ein akkustisches Signal der Form S = H(I) fo, wobei fo die Frequenz des akkustischen Signals ist, das, sobald die Signalrate M1 positiv ist, ausgesendet wird und H(I) eine steigende Funktion der Informationsmenge I ist.
• Vorteilhafterweise ist in dem Fall, wenn man von der Stichprobennahme der Dauer der Zählung ausgeht, das emittierte Signal S ein akkustisches Signal, dessen Frequenz unmittelbar nach jeder Zählung Dti variiert, wobei dieses Signal von der Form S = H(I) fo ist, wobei fo die Frequenz des Signals ist, das, sobald die Signalrate M1 positiv ist, ausgesandt wird und H(I) eine steigende Funktion der Informationsmenge I ist.
• Weitere Kennzeichen und Vorteile treten stärker bei der folgenden Beschreibung hervor, welche nur in beschreibender und nicht in beschränkender Weise bezüglich der angefügten Figuren gegeben wird, in welchen:
• - die Figur 1 das Ausführungsschema eines Systems ensprechend der Erfindung darstellt,
• - die Figur 2 die verschiedenen Abschnitte der durch das System gemäß der Erfindung ausgeführten Detektion darstellt,
• - die Figur 3 eine Ausführungsvariante der Detektionsabschnitte im Fall einer Stichprobennahme der Dauer der Zählung Δt darstellt,
• - die Figur 4 die Variationen der Funktionen α und K darstellt, welche die Funktionen der oberen Grenze für das Rauschen MB sind,
• - die Figur 5 die Informationsmenge I in Abhängigkeit von der mittleren Signalrate M1 bei dem konstanten mittleren Rauschniveauwert MB darstellt.
• Die Erfindung wendet sich an alle diskreten Strahlungen, sowie die Teilchenstrahlungen und betrifft genauer die Analyse der Signale, welche von einem Detektor geliefert werden, um mit einer Fehldetektionswahrscheinlichkeit, die kleiner ist als eine vorherbestimmte Fehldetektionsrate, zu entscheiden, ob das analysierte Signal ein rauschfreies Signal aufgrund der Anwesenheit einer Teilchenquelle umfaßt, oder ob dieses Signal sich einzig aus Rauschen zusammensetzt. Als Beispiel wendet sich das Verfahren der Erfindung besonders an die Detektion von Gammastrahlen und von Neutronenstrahlen.
• Der in Figur 1 dargestellte Apparat umfaßt einen Detektor 2, einen Formgeber 4, einen Binärzähler 6, welcher besonders einen Analog-Numerisch-Konverter umfaßt, eine Verarbeitungseinrichtung 8 und eine herkömmliche Dialogschnittstelle Mensch-Maschine 10, welche an und für sich durch die Steuerungsknöpfe (zum Beispiel den Unterbrecher) gebildet wird, einen Spannungs-Frequenz-Umwandler und einen Signalgeber (für Alarm zum Beispiel).
• Der Detektor 2 hängt von der zu detektierenden Strahlung ab. Für die Detektion von Gammastrahlen kann dieser Detektor intrinsisches Germanium oder ein mit einem Photovervielfacher verbundener NaI-Szintillator sein; für die Detektion von Neutronen ist der Detektor zum Beispiel ein Zähler aus He3.
• Der Detektor 2 liefert für jedes detektierte Ereignis einen Spannungsimpuls. Dieser Impuls wird von dem Formgeber 4 empfangen. Letzterer kann im besonderen seriell einen Verstärker, einen Formgeberkreislauf und einen Diskriminator umfaßen.
• Der Binärzähler 6 wird nach dem Formgeber 4 angeordnet. Er zählt die Anzahl der durch den Geber 4 während einer Zähldauer Δti gelieferten Impulse.
• Die Verarbeitungseinrichtung 8 umfaßt einen Prozessor 14 und einen Eingangs-/Ausgangsschaltkreis 18. Diese Elemente sind durch ein Band 20 verbunden, welches Adressleitungen umfaßt, Datenleitungen und Steuerleitungen.
• Die Einrichtung zur Signalgebung und zur Steuerung 10 ist mit dem Prozessor 14 durch den Eingangs- /Ausgangsschaltkreis 18 und eine Leitung 21 in Verbindung. Sie umfaßt besonders visuelle und akkustische Alarmgeber, welche ausgelöst werden, wenn ein rauschfreies Signal detektiert wird, und Versorgungs- und Unterbrechereinrichtungen (nicht dargestellt) um Steuerungssignale auszusenden, welche den äußeren Steuerungen C und P entsprechen.
• Nun wird das Funktionieren des Detektorsystems der Erfindung beschrieben, indem man als Beispiel den Fall der Detektion einer Teilchenstrahlung, wie die der Gammastrahlung oder der Neutronenstrahlung, betrachtet. Die Anzahl der detektierten Teilchen während einer Meßdauer Δti ist eine zufallsbedingte Variable, deren Wahrscheinlichkeitsdichte diejenige nach dem Gesetz von Poisson ist. Die Wahrscheinlichkeit P, um während einer Zeit Δti I Ereignis aufgrund von Teilchenstrahlung und J Ereignisse aufgrund von Rauschen zu detektieren, ist:
• wobei M1 und M die mit den zufälligen Variablen verbundenen Geberraten sind, welche die Zahl der detektierten Teilchen aufgrund der Teilchenstrahluung und die Zahl der detektierten Teilchen aufgrund des Rauschens darstellen. Die Wahrscheinlichkeit dafür, daß eine Teilchenstrahlung existiert, daß die Speicherung N ein daraus resultierendes Ereignis enthält oder nicht, ist also gleich :
• die Ergänzungswahrscheinlichkeit ist die Fehldetektionswahrscheinlichkeit PF, welche die Wahrscheinlichkeit dafür definiert, daß eine Teilchenstrahlung detektiert wird, wenn keinerlei Teilchenstrahlung auftritt.
• Das Detektionssystem der Erfindung erlaubt die Umsetzung dieser Wahrscheinlichkeit in Form einer Information I, welche von der mittleren Signalrate M1 und der oberen Grenze für das Rauschen, geschätzt MB, abhängig ist.
• Die verschiedenen Verfahren werden bezüglich der Figur 2 beschrieben, welche die verschiedenen Verfahren bei der durch das System ausgeführten Detektion darstellt.
• A) - Vorher führt man eine Initialisierungsphase durch, die:
• - aus der Zählmessung No während n aufeinanderfolgenden Zeitintervallen Δti von gleicher Dauer,
• - anschließend aus der Schätzung eines Werts für den mittleren Rauschniveauwert M, ausgehend von der Zählung No,
• - dann aus der Bestimmung einer oberen Grenze MB für das Rauschen M, so daß MB = βM, wobei β eine ganze Zahl größer als 1 ist, die sich in Abhängigkeit von der gewünschten Sensibilität bestimmt,
• besteht, und dann,
• B) - führt man eine Phase zur Detektion des Signals durch, die:
• - aus der Zählmessung Ni während einer oder mehrerer Zeitintervalle Δti,
• - dann aus der Schätzung einer Zählung M1, die dem besagten Signal zugeteilt ist, so daß: M1 = Ni - MB,
• - dann aus der Berechnung der Informationsmenge I, so daß:
• mit MB gleich dem geschätzten Wert,
• und schließlich
• -aus der Aussendung eines Signals S, wenn die Signalrate M1 positiv ist, wobei die Frequenz des Signal eine steigende Funktion der Informationsmenge ist, besteht.
• Die Schätzung der mittleren Rate M für das Rauschen in allen Spektren des erhaltenen Signals erfolgt auf herkömmliche Weise, wie zum Beispiel in der unter der Nr. 2 580 819 veröffentlichten französischen Patentanmeldung beschrieben ist.
• Die Funktion F wird vorher in einen Speicher des Prozessors gespeichert, der die Berechnung mit den Daten M1 und MB ausführt, die ihm vorher eingegeben wurden.
• Der Block I der Figur 2 stellt einen Abschnitt dar, der aus dem einmaligen Wiedereinspeichern der Dauer der Intervalle Δti für die ganze Funktion F besteht. Der Block A stellt die Initialisierungsphase dar, die vor der gesamten Detektion liegt und die aus der Ausführung einer Schätzung des mittleren Rauschniveauwerts M und dem Festhalten seiner oberen Grenze besteht.
• Dieser Block A umfaßt die Blöcke II bis V, entsprechend jeder der Etappen der Initialisierungsphase A.
• Dieser Block B stellt die Phase der Detektion des Signals dar, die daraus besteht zu festlegen, daß es ein Signal gibt, sobald die Rate M1 positiv ist und ein Signal S auszusenden, dessen Frequenz eine steigende Funktion der Informationsmenge ist, wobei diese Menge I ein in der Figur 4 gegebenes halb-phänomenologisches Aussehen hat.
• Der Block B umfaßt die Blöcke VI bis XII, entsprechend den verschiedenen Schritten, die zur Zeit der Phase B stattfinden.
• Anschließend an diese Phase B kann der Verwender des Detektors sooft wieder beginnen, wie er die Zählungen während der Dauer Δti wünscht.
• Gemäß einer Anwendungssvariante und nach der Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Detektors umfaßt die Phase B einige Abänderungen aufgrund der Tatsache, daß jedes Zeitintervall Δti in k Zeitintervalle Dti der Zählung eingeteilt wird, wobei i=1 bis k ist. Diese Variante entspricht der Abwicklung der in Figur 3 dargestellten Abschnitte.
• Die Zahl k ist also vorher in den Speicher des Prozessors eingespeichert.
• Allgemein führt man mehrere aufeinanderfolgende Berechnungen aus:
• Ni-1, Ni, Ni+1, Ni+2,
• bis der Anwender beschließt aufzuhören.
• Man führt innerhalb jedem Zeitintervall der Dauer Dti eine Zählung ni aus und am Ende einer Dauer Δti wird die Zählmessung Ni erhalten, indem man die folgende Berechnung ausführt:
• Ni = Ni-1 + ni - ni-k.
• Die Zählung Ni-1 entspricht der im vorhergehenden Intervall erhaltenen Zählung, ni entspricht der Zählung während dem Intervall Dti des Intervalls Δti+1 und ni-k entspricht der Zählung während dem Intervall Dti-k.
• Die dieser Variante entsprechenden Abschnitte sind in Figur 3 dargestellt.
• Gemäß dieser Ausführung ordnen sich die in dieser Figur dargestellten Blöcke zwischen die Blöcke V und VIII der Figur 2 an Stelle der Blöcke VI-VII ein. Der Block XV stellt einen Abschnitt der während einer Dauer k Dti aufeinanderfolgenden Zählungen dar. Tatsächlich führt man gemäß dieser variante eine erste Zählung während einer Dauer k Dti aus.
• Der Parameter k, welcher der Anzahl der Unterintervalle Dti entspricht, wird eingespeichert.
• Der Block XVI stellt den Abschnitt der Zählmessung während jedem Zeitintervall Dti dar.
• Die Zählungen Ni-1, ni, ni+k, i=1,k werden nach der Berechnung für jedes Intervall der Dauer Δti in den Speicher eingespeichert, die Zählung Ni so, daß:
• Ni = Ni-1 + ni - ni-k.
• Für die beiden Ausführungsvarianten wird ein Signal S ausgesendet, welches ein akkustisches Signal sein kann. Dieses Signal ist eine steigende Funktion H der Informationsmenge I.
• Dazu wird, solange die Signalrate M1 kleiner Null ist (Block X, Fig. 2), ein nummerisches Steuersignal D entsprechend zum Beispiel einem niederen Niveau (Zustand 0) von dem Prozessor in der Signalgebereinrichtung (Block XI, Fig. 2) ausgesendet, der folglich kein Signal mehr aussenden kann.
• Eine neue Zählung oder eine neue Serie von Zählungen könnte wieder angefangen werden.
• Im entgegengesetzten Fall, sobald die Signalrate M1 positiv ist, hat das nummerische Steuersignal D also ein hohes Niveau (Zustand 1) und wird durch den Prozessor in der Signalgebereinrichtung (Block XII, Fig. 2) ausgesendet.
• Das Signal S ist zum Beispiel ein akkustisches Signal, dessen Frequenz eine steigende Funktion der Menge I ist. Das Signal S wird zum Beispiel mit Hilfe eines Spannungs-Frequenz-Umwandlers erhalten, der die Informationsmenge I erhält: S = fo H(I). Wenn die erhaltene Menge die Schwelle Null übersteigt, hat das emittierte Signal S eine Frequenz, die von der Frequenz fo des für die Schwelle emittierten Signals abhängig ist.
• Auf der Figur 4 hat man die Variationen der Funktionen α und K in Abhängigkeit von der oberen Grenze für das Rauschen MB dargestellt.
• Diese Variationen erlauben für eine gegebene Grenze MB durch einfaches Lesen in den Kurven den Wert der Funktion α und den der Funktion K direkt zu kennen, und für die Berechnung der Menge I zu verwenden, die in die Form:
• gebracht wird, wobei M1 bekannt ist, MB bekannt ist, α und K durch diese Kurven erhalten werden oder aber ausgehend von der Kurve der Variation von I in Abhängigkeit von M1 für die gewünschte Grenze MB berechnet werden.
• Tatsächlich kann man ebenso, anstatt die Werte von α und K direkt aus den Kurven der Figur 4 zu lesen, diese Werte ausgehend von der Kurve I berechnen, welche man dann in Abhängigkeit von der Signalrate M1 für die gewünschte Grenze MB einspeichert.
• Die Koordinaten der beiden beliebigen Punkte P1 und P2, die auf der eingespeicherten Kurve genommen werden, werden dazu verwendet, ein System von zwei Gleichungen mit zwei zu lösenden Unbekannten aufzustellen.
• Tatsächlich wird auf die Koordinaten [M1(P1), I(P1)], [M1(P2), I(P2)] dieser Punkte in dem gegebenen Ausdruck I durch die Beziehung (2) verwiesen. Die so erhaltenen Beziehungen für jeden Punkt P1, P2 formen ein Gleichungssystem mit zwei Unbekannten α und K, welches man in herkömmlicher Weise lösen kann um α und K zu erhalten.
• Andererseits sieht man in der Vorrichtung einen Steuerknopf C vor, der auf der Dialog-Schnittstelle Mensch-Maschine 10 angeordnet ist, damit diese Letzteren ein Signal (zum Beispiel ein gegebenenes Spannungsniveau) zu einem Steuereingang des Mikroprozessors 14 aussenden, um die Phase B der Detektion auszulösen.
• Ein anderer Steuerknopf P wird auf der Dialog-Schnittstelle Mensch-Maschine 10 vorgesehen, damit diese Letzteren ein Signal (zum Beispiel ein gegebenes Spannungsniveau) zu einem Steuereingang des Mikroprozessors aussenden, um den Funktionsmodus entsprechend der einen oder der anderen der beschriebenen Varianten auszuwählen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Detektieren eines rauschfreien Signals, das in einem verrauschten, diskreten Signal vorhanden ist und bei einem konstanten mittleren Rauschniveau mit einer Fehldetektionswahrscheinlichkeit PF, die unterhalb einer vorherbestimmten Fehldetektionsrate TF liegt, gemessen wird, wobei die Vorrichtung seriell aus einem Detektor (2) zur Umwandlung der empfangenen Strahlung in elektrische Impulse, einem Formgeber (4), einem Binärzähler (6), einer Verarbeitungseinrichtung (8) und einer Signalisierungseinrichtung (10) besteht, wobei die Verarbeitungseinrichtung aus einem Prozessor (14), der während n aufeinanderfolgender gleicher Zeitintervalle Δti eine Zählmessung mit der Zählung N&sub0; und aus dieser Zählung N&sub0; die Abschätzung eines mittleren Rauschniveauwerts M erlaubt, und einem Eingangs-/Ausgangsschaltkreis (18) besteht, wobei die genannte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie erlaubt:

A) im voraus eine Initialisierungsphase durchzuführen, die darin besteht,

- eine obere Grenze MB für das Rauschen derart zu bestimmen, daß

MB = βM, wobei β eine ganze Zahl größer als 1 ist,

B) um ein Signal zu messen:

- während mindestens eines Zeitintervalls Δti eine Zählmessung mit der Zählung Ni durchzuführen,

- eine dem genannten Signal zugeordnete Zählung M1 abzuschätzen,

so daß M1 = Ni - NM,

- die Informationsmenge I derart zu berechnen, daß:

wobei MB gleich dem abgeschätzten Wert ist,

- ein Signal S auszusenden, wenn das Signalniveau M1 positiv ist,

wobei die Frequenz dieses Signals eine steigende Funktion der Informationsmenge I ist.

2. Vorrichtung zum Detektieren eines rauschfreien Signals, das in einem verrauschten Signal vorhanden ist, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion F von zwei Funktionen α und K der oberen Grenze MB für das Rauschen abhängt, gemäß folgender Schätzung:

3. Vorrichtung zum Detektieren eines rauschfreien Signals, das in einem verrauschten Signal vorhanden ist, gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion B umfaßt:

- eine Zählmessung während mehrerer aufeinanderfolgender Intervalle Δti, indem eine Division jedes Intervalls Δti in k aufeinanderfolgende Intervalle Dti, i = 1,k, durchgeführt und die Zählung ni während der Dauer jedes Intervalls Dti durchgeführt wird, wobei jede Zählmessung Ni so durchgeführt wird, daß:

Ni = Ni-1 + ni - ni-k

wobei Ni-1 die während des vorangegangenen Intervalls Δti-1 durchgeführte Zählmessung, ni die während des Intervalls Dti durchgeführte Zählung und ni-k die während des Intervalls Dti-k durchgeführte Zählung ist.

4. Vorrichtung zum Detektieren eines rauschfreien Signals, das in einem verrauschten Signal vorhanden ist, gemäß eines der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ende jeder Zählung, die am Ende jeder Zeitdauer Δti erhalten wird, ausgesandte Signal S ein akustisches Signal der Form S = H(I).f&sub0; ist, wobei f&sub0; die Frequenz des akustischen Signals ist, das sobald das Signalniveau M1 positiv ist, ausgesandt wird, und H(I) eine steigende Funktion der Größe I ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgesandte Signal S ein akustisches Signal ist, dessen Frequenz unmittelbar nach jeder Zählung der Dauer Dti variiert, wobei dieses Signal von der Form S = H(I).f&sub0; ist, wobei f&sub0; die Frequenz des akustischen Signals ist, das sobald das Signalniveau M1 positiv ist, ausgesandt wird, und H(I) eine steigende Funktion der Informationsmenge I ist.