DE4013660C2 - - Google Patents
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
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- G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Einrichtung zur
Unterscheidung von kontinuierlichen Schmalbandsignalen von
Breitbandsignalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1
bzw. des Anspruches 14.
Bei ihrer Überprüfung können elektrische Einrichtungen zu
Umgebungsstörungen beitragen, die von dem Meßempfänger für
elektromagnetische Störüberprüfungen aufgenommen werden.
Beispielsweise erzeugen Einrichtungen mit schaltenden Stromversorgungseinheiten,
die Impulse mit kurzen Anstiegszeiten
erzeugen, häufig Breitbandstrahlungen. Bisherige Meßeinrichtungen
zur elektromagnetischen Störüberprüfung können
nicht zwischen Schmalbandsignalen und Breitbandstörsignalen
oder Stoßstörungen unterscheiden. Da insbesondere mit einem
Meßempfänger von der Art eines Spektralanalysators ein Frequenzbereich
zur Signalmessung überstrichen wird, treten
Signale bei verschiedenen Frequenzwerten in dem Frequenzspektrum
auf. Jedoch kann sich die Frequenz der Signalübertragung
wegen der Komplexizität der Abstrahlungen während
der Überprüfung ändern. Ferner kann auch der Spektralanalysator
Meßfehler erzeugen.
Bekannte Verfahren zum Unterscheiden von Schmalbandsignalen
von Breitbandsignalen verwenden eine "Musterformanpassung".
Eine Musterformanpassung wird im allgemeinen bei Mustererkennungssystemen
verwendet, so wie die in der US-PS 48 02 231
beispielhaft angegeben. Die Musterformanpassung und
die Mustererkennungssysteme, die in dieser Patentschrift geoffenbart
sind, versuchen eine Fehlerverringerung, indem unabhängige
Fehlermusterformen, die Mustern entsprechen, welche
dazu neigen, irrtümlich angepaßt zu werden, und verbundene
Fehlermusterformen erzeugt werden, die mit zum Vergleich
gespeicherten, festgelegten Bezugsmusterformen verbunden
werden. Beim Vergleich eines unbekannten Musters mit
den Bezugsmusterformen, mit den unabhängigen Fehlermusterformen
und mit den verbundenen Fehlermusterformen kann das
unbekannte Muster als passend stets dann identifiziert werden,
wenn seine Prüfungsform am engstens mit einer Bezugsmusterform
übereinstimmt.
Weitere Verfahren zur Mustererkennung und Musterfeststellung
unter Verwendung von Musterformanpassungsverfahren sind in
der US-PS 47 97 941 geoffenbart. Diese Druckschrift offenbart
den Vergleich eines Eingabewortes mit einem Wort, welches
in einer Musterform-Speichereinrichtung gespeichert
ist, derart, daß, wenn alle Eingaben "eins" sind, die von
einer Signalverteilung festgelegten Mustereigenschaften einem
Musterformwort entsprechen und die Feststellung des Musters
erreicht ist. Das Verfahren wird mittels eines indexierten
Adressenregisters wiederholt, um eine Reihe von Musterformwörtern
herauszuholen, bis die Feststellung erreicht
ist.
In der Fachveröffentlichung Audone B. und Franzini-Tibaldeo
G., Broad-band and narrow-band measurements, IEEE Transactions
on electromagnetic compatibility, Vol. EMC-15, May
1973, No. 2, S. 66 bis 71 werden die Schwierigkeiten erörtert,
die bei der Unterscheidung zwischen Schmalbandsignalen
und Breitbandsignalen auftreten. Eine generelle Lösung zur
Behebung dieser Schwierigkeiten ist nicht angegeben.
In einer anderen Fachveröffentlichung J. L. Wheeler, Frequenzy-Domain
Interference Excising at Radio Frequencies,
IEEE Transactions on electromagnetic compatibility, Vol.
EMC-19, August 1977, No. 3, S. 132 bis 136 wird von einem Algorithmus
berichtet, mit dem es möglich war, bei Störmessungen
diskrete Schmalbandstörsignale aus breitbandigen Radiosignalen
zu entfernen. Dabei wurden die Meßdaten einer
schnellen Fourier-Transformation unterworfen und in den Frequenzbereich
transformiert, aus dem Schmalbandstörsignale,
die einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert überschritten
hatten, ausgeschnitten wurden, indem sie Null gesetzt wurden.
Die Bandbreite und der Energiewert der ausgeschnittenen
Frequenzanteile wurde katalogisiert und verwendet, um statisch
den erreichten Vorteil aufzeigen zu können.
Weder die US-PS 47 97 941 noch die US-PS 48 02 231 beschreibt
Verfahren, Vorrichtungen oder Systeme, die eine
lange bestehende Notwendigkeit auf dem Gebiet der schnellen
und wirkungsvollen Mustererkennung lösen. Die US-PS 47 97 941
und 48 02 231 geben auch keine Verfahren, Systeme oder
Vorrichtungen zur Verringerung der Zeit an, die eine Bedienungsperson
benötigt, um kontinuierliche Schmalbandsignale
von Breitbandausstrahlungen oder Stoßstörsignalen bei einem
Meßsystem zur elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung
zu unterscheiden. Dieser Bedarf besteht auf dem Gebiet der
Technik und ist durch keines der vorstehend beschriebenen
Verfahren, durch keine der Vorrichtungen oder Systeme befriedigt
worden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 bzw.
des Anspruches 14 angegebenen Gattung, derart weiterzubilden,
daß auf zuverlässige und schnelle Weise Schmalbandsignale
von Breitbandsignalen und stoßartigen Signalen unterschieden
werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren bzw.
einer gattungsgemäßen Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 bzw. 14 durch die im Kennzeichen des Anspruches
1 bzw. 14 angegebenen Merkmale gelöst.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren und eine Einrichtung
an, um einer Bedienungsperson bei der Unterscheidung
zwischen kontinuierlichen Schmalbandsignalen und Breitbandsignalen
und stoßartigen Ausstrahlungen während elektromagnetischer
Störüberprüfungen zu helfen. Das erfindungsgemäße
Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet
kontinuierliche Schmalbandsignale von Breitbandausstrahlungen
oder stoßartigen Störungen. Eine Ausführungsform
gibt die Software an, welche auf Hewlett-Packard Tischcomputern
vom Typ HP der Baureihen 200 oder 300 arbeitet, die das
Softwarepaket HP 85864 D von Hewlett-Packard verwenden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1A-Fig. 1B ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein beispielhaftes Frequenzspektrum, das
von einem Frequenzanalysator in einem
Meßsystem zur elektromagnetischen Störüberprüfung
erhalten wird,
Fig. 3 eine Kurve für ein synchron abgestimmtes
Bandfilter im Vergleich mit einer Parabelannäherung
des synchron abgestimmten
Bandfilters,
Fig. 4 ein potentielles Schmalbandsignal, das
gemäß dem in den Fig. 1A bis 1B gezeigten
Flußdiagramm gemessenen Spektrum abgetrennt
worden ist, und
Fig. 5 ein System, um kontinuierliche Schmalbandsignale
von Breitbandsignalen und
stoßartigen Signalen zu unterscheiden.
Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und Vorrichtungen,
um einer Bedienungsperson bei der Unterscheidung zwischen
kontinuierlichen Schmalbandsignalen und Breitbandsignalen
und stoßartigen Ausstrahlungen während elektromagnetischer
Störüberprüfungen zu helfen. Die erfindungsgemäß angegebenen
Verfahren und Systeme unterscheiden kontinuierliche
Schmalbandsignale von Breitbandausstrahlungen oder stoßartigen
Störungen. Eine Ausführungsform gibt die Software
an, welche auf Hewlett-Packard-Tischcomputern vom Typ HP der
Baureihen 200 oder 300 arbeitet, die das Softwarepaket HP
85864 D von Hewlett-Packard verwenden.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen
sich gleiche Bezugszahlen auf dieselben Teile beziehen. Fig.
1A-1B stellen ein Flußdiagramm dar, welches eine bevorzugte
Ausführungsform des im Rahmen dieser Erfindung angegebenen
Verfahrens beschreibt. Mit einem Meßempfänger oder Spektralanalysator
wird ein Frequenzspektrum der Breitband- und
Schmalbandsignale beim Schritt 20 erhalten. Bei bevorzugten
Ausführungsformen können Hewlett-Packard-Spektralanalysatoren
vom Typ HP 8566 B für 100 Hz bis 22 GHz oder vom Typ HP
8568 B für 100 Hz bis 1500 MHz verwendet werden, um das erwünschte
Frequenzspektrum zu erhalten. Der Spektralanalysator
umfaßt im allgemeinen ein Meßbandfilter, welches ein bekanntes
Ansprechverhalten und eine bekannte Bandbreite aufweist.
Da ein störungsfreies Schmalbandsignal der Frequenzkurve
eines Meßbandfilters folgt, kann der Frequenzgang des
Filters als ein Bezug genommen werden, wenn zwischen Schmalbandsignalen
und Breitbandsignalen oder stoßartigen Störungen
unterschieden werden soll. Eine Musterform wird beim
Schritt 40 erzeugt, um eine Bezugsgröße zu schaffen, die die
Dämpfungsfunktion des Meßbandfilters beschreibt. Die Musterform
wird dann beim Schritt 60 durch eine Kurve, vorzugsweise
ein Polynom zweiter Ordnung, angenähert werden, so daß
eine Annäherung an den höchsten Wert der Frequenzkurve des
Meßbandfilters erhalten werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Schritt 80
eine Spur des Frequenzspektrums, welches von dem Spektrum-
Analysator oder Meßempfänger erhalten wird, aufgenommen, um
die Schmalbandsignale in dem Spektrum zu finden, die
"Schmalbandsignalkriterien" erfüllen und somit möglicherweise
von kontinuierlichen Schmalbandsignalen in dem Spektrum
herstammen. Für jedes potentielle Schmalbandsignal, das beim
Schritt 80 die "Schmalbandsignalkriterien" erfüllt, kann
beim Schritt 100 ein Integrationsschritt durchgeführt werden,
so daß das Aspektverhältnis des potentiellen Schmalbandsignals
bestimmt werden kann. Das Aspektverhältnis des
potentiellen Schmalbandsignals ist definiert als die Fläche
des potentiellen Schmalbandsignals dividiert durch die doppelte
Abweichung von der Mittenfrequenz der Bandbreite des
Meßbandfilters. Das Aspektverhältnis des potentiellen
Schmalbandsignals wird mit dem Aspektverhältnis des Meßbandfilters
gemäß der Annäherung beim Schritt 60 verglichen, um
zunächst zu bestimmen, ob das potentielle Schmalbandsignal
von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herstammt.
Die beiden derart bestimmten Aspektverhältnisse werden beim
Schritt 120 verglichen, ob sie innerhalb eines vorbestimmten
Toleranzwertes ε liegen, so daß, wenn das Aspektverhältnis
für das Signal innerhalb ε des Bandfilters ist, das Signal
anfangs als ein potentielles Schmalbandsignal beim Schritt
140 klassifiziert wird. Wenn das Aspektverhältnis des potentiellen
Schmalbandsignals nicht innerhalb ε liegt, wird das
Signal von dem Frequenzspektrum beim Schritt 160 entfernt,
da es von einem Breitbandsignal herstammt.
Für jedes auf diese Weise anfangs als potentielles Schmalbandsignals
eingeordnete Signal wird ein Polynom zweiter Ordnung
beim Schritt 180 bestimmt, um die Form potentiellen
Schmalbandsignals anzunähern. Eine zweite Bestimmung kann
dann vorgenommen werden, um endgültig das potentielle
Schmalbandsignal in dem Spektrum als entweder von einem
Schmalbandsignal oder Breitbandsignal herstammend einzuordnen,
indem beim Schritt 200 die von dem angenäherten potentiellen
Schmalbandsignal bestimmte Bandbreite mit der Bandbreite
des Meßbandfilters, die von der Näherung zweiter Ordnung
des Bandfilters bestimmt wurde, als eine Bezugsgröße zu
vergleichen. Dieser Vergleich wird innerhalb einer prozentualen
Differenz ε′ vorgenommen, so daß, wenn die Bandbreite
des angenäherten potentiellen Schmalbandsignals nicht innerhalb
±ε′ liegt, das potentielle Schmalbandsignal als ein von
einem Breitbandsignal herstammendes bezeichnet wird. Im anderen
Fall wird das potentielle Schmalbandsignal eingeordnet.
Die Schritte 100-220 werden für jedes potentielle Schmalbandsignal
wiederholt, von dem beim Schritt 80 bestimmt wurde,
daß es anfangs die Schmalbandkriterien erfüllte.
Es wird auf die Fig. 2 Bezug genommen, in der eine typische
Kurvenspur eines Signals von einer sich in Prüfung befindenden
Einrichtung aufgezeichnet ist, das von einem Meßsystem
zur elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung erfaßt
worden ist. Die Frequenz ist auf der x-Achse und die Intensität
in dB auf der y-Achse angegeben. Ein Spektralanalysator
oder abgestimmter Wobbelempfänger liefert typischerweise
einen solchen Kurvenverlauf. Die verschiedenen Schmalbandsignale
240 in dem Signal können durch die im Rahmen dieser
Erfindung angegebenen Verfahren und Systeme als Schmalband-
oder Breitbandsignale eingeordnet werden.
Bisher würde eine Bedienungsperson auf den Bildschirm des
Analysators blicken und von Hand die Schmalbandsignale 240
als entweder Schmalband- oder Breitbandsignale in Abhängigkeit
von besonderen Kriterien klassifizieren. Typischerweise
wird ein Breitbandsignal als ein Signal definiert, welches
ein Frequenzverhalten zeigt, dessen Bandbreite größer als
die Bandbreite des Meßbandfilters des Analysators oder abgestimmten
Wobbelempfängers ist. Ähnlich wird ein Schmalbandsignal
als ein Signal definiert, welches ein Frequenzverhalten
mit einer Bandbreite erzeugt, die nicht über die Frequenzbandbreite
des Meßbandfilters hinausgeht. Typischerweise
besitzt ein kontinuierliches Wellensignal eine unendlich
schmale Bandbreite und wird als eine Spektrallinie bei
der Frequenz f₀ bezeichnet. Solche Handverfahren zum Bestimmen,
ob ein Signal breitbandig oder schmalbandig ist, sind
äußerst mühsam und zeitaufwendig und beanspruchen Stunden
der Zeit einer Bedienungsperson. Somit erfüllen diese Handverfahren
nicht die seit langem bestehende Notwendigkeit auf
diesem Gebiet der Technik nach wirkungsvollen und schnellen
Verfahren, um kontinuierliche Schmalbandsignale von Breitbandsignalen
oder stoßartigen Störungen zu unterscheiden.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird ein Frequenzbereich
260 derart gewählt, daß das Verhältnis der Frequenzspanne zu
der Bandbreite des Meßbandfilters kleiner oder gleich 75
ist. Dies stellt sicher, daß ausreichend viele Meßpunkte 280
überstrichen werden, um genau die Form des Bandpaßfilters zu
beschreiben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden
ungefähr 1000 Meßpunkte überstrichen, um sicherzustellen,
daß der Form des Bandfilters richtig gefolgt wird.
Der Frequenzgang des Bandfilters kann im allgemeinen mit
einem Formmuster der folgenden Art beschrieben werden:
Δ = n 10 log₁₀ [(1 + (21/n - 1) Ω²]
worin Δ die Dämpfung ausgehend von dem Höchstwert des
Meßbandfilters bedeutet. Ferner ist
Hierbei ist n die Ordnung des Filters und RBW die Bandbreite
des Meßbandfilters.
Im allgemeinen ist K eine Konstante gleich 1 für ein normales
Meßbandfilter und ungefähr 1,6 für ein Stoßbandbreite-
Meßbandfilter. Δω bedeutet die Abweichung von der Filtermittenfrequenz.
Somit kann der Dämpfungsverlauf oder die Form des Meßbandfilters
durch das obengenannte Formmuster beschrieben werden.
Jedoch kann bei bevorzugten Ausführungsformen Δ durch
ein Polynom zweiter Ordnung der folgenden Form angenähert
werden:
Δ = C₀ + C₁ (Δω) + C₂ (Δω)²
Die Bandbreite BW kann dann aus der Näherung zweiter Ordnung
berechnet werden zu:
Nähert man den Verlauf mit einem Polynom zweiter Ordnung an,
so kann eine äquivalente, rechteckförmige Bandbreite für das
Meßbandfilter erhalten werden.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung von Δ für das Formmuster
und Δ für die Näherung zweiter Ordnung, wobei eine
Zentrierung um die Filtermittenfrequenz fc bei 300 vorliegt.
Die tatsächliche Form des Filters, welche von dem Formmuster
beschrieben wird, folgt einer typischen Gauß-Kurve 320. Die
Polynomnäherung zweiter Ordnung für die Bandbreite des
Meßbandfilters folgt einer Parabelform 340, die die Dämpfung
ausgehend von dem Höchstwert des Meßbandfilters Δ bei 360
eng annähert. Die Abweichung von der Mittenfrequenz Δω ist
allgemein bei 380 angegeben.
Wenn der Kurvenverlauf bzw. die Signalspur von dem Analysatorbildschirm
beim Schritt 80 abgelesen wird, wird ein erster
Durchgang durch den Frequenzbereich vorgenommen, um
festzustellen, bei welchen der bestimmten Frequenzen in dem
Spektrum möglicherweise kontinuierliche Schmalbandspitzen
vorliegen. Bei diesem ersten Durchgang durch zum Beispiel
1000 Punkte in dem Frequenzspektrum wird bei jeder diskreten
Frequenz 280, die in Fig. 2 gezeigt ist, der vorliegende
Signalamplitudenwert mit zwei benachbarten Signalamplitudenwerten
verglichen, um zu bestimmen, ob eine vorbestimmte Änderung
bzw. ein vorbestimmter Unterschied zwischen Signalamplitudenwerten
bei den diskreten Frequenzen vorliegt. Dadurch
läßt sich ein Hinweis dafür erhalten, welche der Signalamplitudenwerte
bei den diskreten Frequenzen ein potentielles
Schmalbandsignal aus einem schmalbandigen, kontinuierlichen
Wellensignal in dem Frequenzspektrum festlegen.
Es wird auf die Fig. 4 Bezug genommen, in der in beispielhafter
Weise ein Höchstwert 240 in dem Frequenzspektrum dargestellt
ist. Indem der Signalamplitudenwert bei der diskreten
Frequenz 400 mit den Signalamplitudenwerten bei den anschließenden
Nachbarfrequenzen bei 420 und 440 verglichen
wird, kann eine Bestimmung erfolgen, ob der Höchstwert bei
240 möglicherweise von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal
herstammt. Wenn die Änderungen der Signalamplitudenwerte
längs der y-Achse zwischen diskreten Frequenzen 400 und
420 und zwischen diskreten Frequenzen 400 und 440 größer
als ein vorbestimmter Schwellenwert sind, dann kann man sagen,
daß der Höchstwert 240 möglicherweise von einem kontinuierlichen
Schmalbandsignal herstammt. Die Änderungen sind
allgemein bei 460 dargestellt. Wenn die vorbestimmte Änderung
10 dB zwischen den Signalamplitudenwerten bei den diskreten
Frequenzen 400 und 420 und den diskreten Frequenzen
400 und 440 beträgt, dann wird durch den Erstdurchgang durch
das Frequenzspektrum bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Höchstwert 240 als möglicherweise von einem kontinuierlichen
Schmalbandsignal herstammend eingeordnet.
Für jeden Höchstwert in dem Frequenzspektrum, der als möglicherweise
von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal
stammend aufgefunden worden ist, wird eine Anfangsbestimmung
vorgenommen, ob der Höchstwert von einem kontinuierlichen
Schmalbandsignal herstammt. Die beim Schritt 100 durchgeführte
Anfangsbestimmung vergleicht das "Aspektverhältnis"
des potentiellen Schmalbandsignals mit dem Aspektverhältnis
für die Näherung zweiter Ordnung des Meßbandfilters. Ein Aspektverhältnis
kann für eine Kurve G(f) berechnet werden, indem die Kurve
über einen Frequenzbereich gemäß der folgenden
Beziehung integriert wird:
worin A die Fläche unter der Kurve darstellt.
Die Fläche A wird dann durch 2Δω dividiert, wodurch als
Aspektverhältnis für die Kurve festlegt wird:
Auf diese Weise können das Aspektverhältnis für das potentielle
Schmalbandsignal mit dem Höchstwert 240 und das Aspektverhältnis
des Meßbandfilters berechnet werden. Ein Vergleich
der beiden Aspektverhältnisse kann durchgeführt werden,
um festzustellen, ob das potentielle Schmalbandsignal
mit dem Höchstwert 240 zunächst als ein potentielles kontinuierliches
Schmalbandsignal eingeordnet werden sollte. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform wird der Vergleich der
beiden Aspektverhältnisse derart durchgeführt, daß:
worin ε einen vorbestimmten Toleranzwert bedeutet. Wenn die
vorstehende Gleichung erfüllt ist, wird zunächst das Signal
mit dem Höchstwert 240 als von einem kontinuierlichen
Schmalbandsignal herstammend angeordnet. Sowohl Δω als
auch ε besitzen vorbestimmte Werte, welche durch das jeweilige
Meßbandfilter in dem Spektralanalysator oder dem Meßempfänger
festgelegt sind.
Der Aspektverhältnis-Test liefert somit eine Anfangsbestimmung,
ob die Signale mit den jeweiligen Höchstwerten von
kontinuierlichen Schmalbandsignalen herstammen. Jedoch mögen
stoßartige Signale, die im allgemeinen nicht von der Art von
Schmalbandsignalen herstammen, die man bei Messungen der
elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung identifizieren
möchte, den Aspektverhältnis-Test bestehen, da ihre integrierten
Flächen die vorherige Gleichung erfüllen mögen. Somit
werden stoßartige Störsignale typischerweise anfangs als
potentielle Schmalbandsignals eingeordnet, obgleich sie
Breitbandsignale geringer Dauer sind. Jedoch schließt der
Aspektverhältnis-Test wirkungsvoll Breitbandstörungen von
dem Spektrum aus.
Es ist somit wünschenswert, einen zweiten Test bei den verbleibenden
potentiellen Schmalbandsignalen in dem Spektrum
durchzuführen, welche den Aspektverhältnis-Test erfüllt haben,
um festzustellen, ob sie tatsächlich von kontinuierlichen
Schmalbandsignalen herstammen. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform ist dieser zweite Test eine beim Schritt 180
durchgeführte Kurvenanpassung. Jedes potentielle Schmalbandsignal,
das den Aspektverhältnis-Test bestanden hat, wird
dabei mit einem Polynom zweiter Ordnung mit einer ähnlichen
Form wie bei der Polynomnäherung zweiter Ordnung beim
Höchstwert bei dem Meßbandfilter angenähert. Die äquivalente,
rechteckförmige Bandbreite für jedes potentielle Schmalbandsignal
kann dann berechnet werden zu:
Die Bandbreite des Meßbandfilters, die durch das Polynom
zweiter Ordnung angenähert worden ist, und die äquivalente
Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals, die durch ein
Polynom zweiter Ordnung angenähert worden ist, können innerhalb
einer prozentualen Differenz verglichen werden, um an
zweiter Stelle zu bestimmen, ob das potentielle Schmalbandsignal
auf ein kontinuierliches Schmalbandsignal zurückzuführen
ist. Der Vergleich wird gemäß der folgenden Beziehung
durchgeführt:
BWFilter + ε′ < BWpot.Schmalb.sig. < BWFilter - ε′
wenn die obengenannte Beziehung erfüllt wird, dann kann das
Signal an zweiter Stelle als ein potentielles Schmalbandsignal
eingeordnet werden. Sonst wird das potentielle Schmalbandsignal
von dem Spektrum ausgeschlossen. Schmalbandsignale,
die den Aspektverhältnis-Test durchlaufen, jedoch von
stoßartigen Störsignalen herrühren, verfehlen den Kurvenanpassungs-
Test, weil sie nicht durch Polynomnäherungen zweiter
Ordnung angenähert werden können, das heißt, diese passen
nicht zu der Kurvenform für die Bandbreite.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Polynomkurvenanpassung
nach der Methode der kleinsten Quadrate. Ein
Polynom zweiter Ordnung liefert eine wirkungsvolle Kurvenanpassung
innerhalb von 10 dB des Filterhöchstwerts. Anpassungen
vierter Ordnung dehnen diesen Bereich auf 20 dB aus,
jedoch vervierfacht sich die Rechenzeit. Demgemäß wird die
Kurvenanpassung vorzugsweise durchgeführt, indem man den
üblichen normalen Gleichungen für die kleinsten Quadrate
folgt:
ist der Vektor der Beobachtungen bzw. Messungen,
ist der Koeffizientenvektor,
A ist die Matrix.
ist der Koeffizientenvektor,
A ist die Matrix.
Diese Matrix kann allgemein gekennzeichnet sein wie folgt:
Die Analyse nach der Methode der kleinsten Quadrate ist erfolgt,
wenn ein gefunden ist, so daß ∥∥₂ minimiert
ist. Lösungen für die Gleichungen der kleinsten Quadrate bestehen
somit, wenn:
Bei der Kurvenanpassung mit einem Polynom zweiter Ordnung
kann der Koeffizient C₂ im allgemeinen als ein Krümmungsmaß
betrachtet werden, während C₀ ein Maß für den Höchstwert
ist. Für die Polynom-Kurvenanpassung ist es erforderlich,
ein Entscheidungsmerkmal anzuwenden, um zu bestimmen, ob die
Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals innerhalb der
Bandbreite des Bandfilters liegt. Bei bevorzugten Ausführungsformen
sollte die Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals
innerhalb von 35% der Bandbreite des Filters
liegen, damit das potentielle Schmalbandsignal als ein von
einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herrührendes bestimmt
werden kann. Die zulässige 35prozentuale Änderung
stellt ±10% spezifischen Filterbandbreitenfehler in Rechnung
und läßt ungefähr 25% Zufallsmodulation zu, die bei dem empfangenen
Signal auftreten kann. Die Toleranz für den Filterfehler
könnte entfernt werden, wenn man eine tatsächliche
Kurve für das Verhältnis der gegebenen Bandbreite des Meßbandfilters
und des Frequenzbereichs von der Anzeige des
Spektralanalysators erhält. Auf diese Weise könnten Kurvenanpassungswerte
als Bezugsgröße statt des Formmusters als
Bezugsgröße verwendet werden.
Es wird auf die Fig. 5 Bezug genommen, in der ein System
bzw. eine Einrichtung zur Unterscheidung von kontinuierlichen
Schmalbandsignalen von Breitbandsignalen und stoßartigen
Signalen dargestellt ist. Ein Signal 480 wird einem
Spektralanalysator oder einem abgestimmten Wobbelempfänger
500 zur elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung zugeführt.
Der Empfänger analysiert das Signal und erhält ein
Frequenzspektrum über einen erwünschten Frequenzbereich derart,
daß der Frequenzbereich/die Bandbreite des Meßbandfilters
(BW) kleiner als oder gleich 75 ist. Diese Zahl hängt
von der Anzahl der Spannungsmessungen in dem Frequenzbereich
ab. Der Spektralanalysator oder der Meßempfänger geben das
Frequenzspektrum 520 einer Meßeinrichtung 540 ein, um eine
diskrete Anzahl von Höchstwerten in dem Frequenzspektrum zu
bestimmen. Die Meßeinrichtung hält vorzugsweise ungefähr
1000 diskrete Frequenzen, um zu bestimmen, ob bei diesen
eine Änderung der Signalamplitudenwerte von 10 dB in Bezug
auf die Signalamplitudenwerte der angrenzenden
Nachbarfrequenzen vorliegt. Wenn eine Änderung von 10 dB
zwischen Signalamplitudenwerten diskreter Frequenzen
auftritt, dann legen diese Signalamplitudenwerte bei den
diskreten Frequenzen möglicherweise ein kontinuierliches
Schmalbandsignal in dem Frequenzspektrum fest.
Jedes auf diese Weise durch die Meßeinrichtung 540 bestimmte
potentielle Schmalbandsignal wird über einen Bus 560 einer
Integrationseinrichtung 580 zugeführt, die einen Aspektverhältnis-
Test durchführt, um eine Anfangsbestimmung zu machen,
ob jedes der potentiellen Schmalbandsignale in dem
Spektrum von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herrührt.
Jedes potentielle Schmalbandsignal, das anfangs als
von einem kontinuierlichen Schmalbandsignal herrührend bei
580 bestimmt worden ist, wird über einen Bus 600 der Kurvenanpassungseinrichtung
620 zugeführt.
Die Kurvenanpassungseinrichtung 620 stellt eine Polynomnäherung
zweiter Ordnung für das Meßbandfilter und eine Polynomnäherung
zweiter Ordnung für die Höchstwerte fest und
vergleicht die Bandbreiten, ob sie innerhalb einer vorbestimmten
prozentualen Differenz liegen, um schließlich festzustellen,
ob die Höchstwerte von kontinuierlichen Schmalbandsignalen
herrühren. Höchstwerte, die den Aspektverhältnis-
Test, der von der Integrationseinrichtung 580 durchgeführt
wird, und die Kurvenanpassungstest erfüllen, der von
der Kurvenanpassungseinrichtung 620 durchgeführt wird, werden
bei 640 als kontinuierliche Schmalbandsignale eingeordnet.
Dieses Signalerkennungsverfahren ist besonders zweckmäßig
bei gemäß MIL-STD-461-B abgeschirmtem Raum für Messungen
zur elektromagnetischen Beeinflussungsüberprüfung.
Der Durchschnittsfachmann erkennt, daß das in Fig. 5 dargestellte
System bei einem digitalen Microcomputer in Bezug
auf Hardware und Firmware oder bei irgendeinem üblichen Digitalcomputer
eingesetzt werden kann, der Software ausführen
kann, um die in dem in den Fig. 1A-1B gezeigten Flußdiagramm
beschriebenen Schritte ausführen zu können. Der vorliegenden
Beschreibung folgt nun ein beispielhaftes Computerprogramm,
welches von einem Microprozessor ausgeführt
werden kann, um eine Ausführungsform dieser Erfindung durchzuführen.
Claims (19)
1. Verfahren zum Unterscheiden von kontinuierlichen Schmalbandsignalen
von Breitbandsignalen, wobei die kontinuierlichen
Schmalbandsignale ein stabiles Frequenzspektrum
über einem Frequenzbereich aufweisen, der von einem
Meßbandfilter abgeleitet ist und eine Vielzahl von diskreten
Frequenzen enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - von einem zu untersuchenden Signal ein Frequenzspektrum in einem erwünschten Frequenzbereich erstellt wird,
- - in diesem Frequenzbereich für eine vorbestimmte Anzahl diskreter Frequenzwerte die Signalamplitudenwerte und jeweils die Unterschiede zwischen benachbarten Signalamplitudenwerten bestimmt werden,
- - ein Signalamplitudenwert dann als ein potentielles Schmalbandsignal eingeordnet wird, wenn der Unterschied zwischen dem Signalamplitudenwert und jedem seiner beiden benachbarten Signalamplitudenwerte ein erstes Kriterium erfüllt,
- - die Fläche unter dem jeweiligen potentiellen Schmalbandsignal und daraus die Bandbreite einer äquivalenten Rechteckfläche bestimmt wird, und
- - die derart bestimmte Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals mit einer vorbestimmten Bandbreite verglichen wird, und, wenn das Vergleichsergebnis ein zweites Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als Schmalbandsignal klassifiziert wird, und, wenn das Vergleichsergebnis das zweite Kriterium nicht erfüllt, es als Breitbandsignal klassifiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorbestimmte Anzahl diskreter Frequenzwerte in
dem Frequenzbereich ungefähr 1000 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Kriterium erfüllt ist, wenn die Unterschiede
zwischen einem Signalamplitudenwert und den beiden
benachbarten Signalamplitudenwerten jeweils ungefähr
10 dB betragen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorbestimmte Bandbreite gegebenenfalls unter
Berücksichtigung eines Toleranzwertes im wesentlichen
die Bandbreite des Meßbandfilters ist, und daß das zweite
Kriterium erfüllt ist, wenn die Bandbreite der äquivalenten
Rechteckfläche des potentiellen Schmalbandsignals
kleiner als die derart festgelegte Bandbreite des Meßbandfilters
ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Frequenzbereich, in dem für eine vorbestimmte
Anzahl diskreter Frequenzwerte die Signalamplitudenwerte
und jeweils die Unterschiede zwischen benachbarten Signalamplitudenwerten
bestimmt werden, so bemessen ist,
daß das Frequenzspektrum eine dem Meßbandfilter zugeordnete
Form beschreiben kann.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis des Frequenzbereiches zu der Bandbreite
des Meßbandfilters kleiner oder gleich 75 ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Form des potentiellen Schmalbandsignals, das bei
Erfüllung des zweiten Kriteriums erhalten wird, durch
eine Funktion angenähert und mittels dieser Funktion näherungsweise
die Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals
bestimmt wird,
daß die näherungsweise bestimmte Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals mit einer vorbestimmten Bandbreite verglichen wird, und, wenn das Vergleichsergebnis ein drittes Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als definitives Schmalbandsignal klassifiziert wird, und
daß das dritte Kriterium erfüllt ist, wenn der Näherungswert für die Bandbreite des jeweiligen potentiellen Schmalbandsignals von der vorbestimmten Bandbreite um mehr als einen vorgegebenen prozentualen Unterschiedswert abweicht.
daß die näherungsweise bestimmte Bandbreite des potentiellen Schmalbandsignals mit einer vorbestimmten Bandbreite verglichen wird, und, wenn das Vergleichsergebnis ein drittes Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als definitives Schmalbandsignal klassifiziert wird, und
daß das dritte Kriterium erfüllt ist, wenn der Näherungswert für die Bandbreite des jeweiligen potentiellen Schmalbandsignals von der vorbestimmten Bandbreite um mehr als einen vorgegebenen prozentualen Unterschiedswert abweicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Näherungsfunktion für die Frequenzkurve des
Meßbandfilters und daraus näherungsweise die Bandbreite
des Meßbandfilters bestimmt wird und daß diese näherungsweise
bestimmte Bandbreite die vorbestimmte Bandbreite
ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Näherungsfunktion für die Frequenzkurve des Meßbandfilters
ein Polynom zweiter Ordnung der Form ist:
Δ = C₂ (Δω)²mit
Δ der Näherung der Frequenzkurve des Meßbandfilters;
C₂ einem Maß für die Krümmung der Frequenzkurve des Meßbandfilters;
Δω der Abweichung von der Mittenfrequenz des Meßbandfilters.
Δ der Näherung der Frequenzkurve des Meßbandfilters;
C₂ einem Maß für die Krümmung der Frequenzkurve des Meßbandfilters;
Δω der Abweichung von der Mittenfrequenz des Meßbandfilters.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bandbreite BW der angenäherten Frequenzkurve des
Meßbandfilters durch die folgende Beziehung festgelegt
wird:
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Näherungsfunktion für ein potentielles Schmalbandsignal
ein Polynom zweiter Ordnung ist.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem prozentualen Unterschied ein Fehler der Bandbreite
des Meßbandfilters und eine zufällige Signalmodulation
berücksichtigt sind.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der prozentuale Unterschied ungefähr 35% beträgt.
14. Einrichtung zum Unterscheiden von kontinuierlichen
Schmalbandsignalen von Breitbandsignalen, wobei die
kontinuierlichen Schmalbandsignale ein stabiles Frequenzspektrum
in einem von einem Meßbandfilter abgeleiteten
Frequenzbereich aufweisen, der eine Vielzahl
von diskreten Frequenzen enthält,
gekennzeichnet durch
- - eine erste Einrichtung (500),
mit der von einem zu untersuchenden Signal ein Frequenzspektrum (520) in einem erwünschten Frequenzbereich erzeugbar ist, - - eine zweite Einrichtung (540),
mit der in diesem Frequenzbereich für eine vorbestimmte Anzahl diskreter Frequenzwerte die Signalamplitudenwerte und jeweils die Unterschiede zwischen benachbarten Signalamplitudenwerten bestimmbar sind, und mit der ein Signalamplitudenwert dann als ein potentielles Schmalbandsignal klassifizierbar ist, wenn der Unterschied zwischen dem Signalamplitudenwert und jedem seiner beiden benachbarten Signalamplitudenwerte ein erstes Kriterium erfüllt, und - - eine dritte Einrichtung (580),
mit der die Fläche unter dem jeweiligen potentiellen Schmalbandsignal und daraus die Bandbreite einer äquivalenten Rechteckfläche bestimmbar ist, und mit der die derart bestimmte Bandbreite mit einer vorbestimmten Bandbreite vergleichbar ist, und wenn das Vergleichsergebnis ein zweites Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als Schmalbandsignal klassifizierbar ist, und, wenn das Vergleichsergebnis das zweite Kriterium nicht erfüllt, es als Breitbandsignal klassifizierbar ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis des Frequenzbereiches (260) zu der
Bandbreite des Meßbandfilters kleiner oder gleich 75
ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Frequenzbereich ungefähr 1000 diskrete Frequenzwerte
aufweist.
17. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß mit der zweiten Einrichtung (540) das zweite Kriterium
als erfüllt feststellbar ist, wenn die Unterschiede
zwischen einem Signalamplitudenwert und den beiden
benachbarten Signalamplitudenwerten jeweils ungefähr
10 dB betragen.
18. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch
- - eine vierte Einrichtung (620),
mit der die Form des potentiellen Schmalbandsignals, das bei Erfüllung des zweiten Kriteriums erhalten wird, durch eine Funktion annäherbar ist und aus dieser Näherungsfunktion die Näherungsbandbreite des potentiellen Schmalbandsignals bestimmbar ist, und mit der die Näherungsbandbreite des potentiellen Schmalbandsignals unter Berücksichtigung von Toleranzwerten mit der Bandbreite des Meßbandfilters vergleichbar ist, und, wenn das Vergleichsergebnis ein drittes Kriterium erfüllt, das potentielle Schmalbandsignal als definitives Schmalbandsignal klassifizierbar ist, wobei mit der vierten Einrichtung (620) eine Polynomnäherung zweiter Ordnung für die Bandbreite des Meßbandfilters und eine Polynomnäherung zweiter Ordnung für die Bandbreite der jeweiligen potentiellen Schmalbandsignale durchführbar ist und das jeweilige potentielle Schmalbandsignal als ein definitives Schmalbandsignal klassifizierbar ist, wenn der Näherungswert für die Bandbreite des jeweiligen potentiellen Schmalbandsignals von dem Näherungswert für die Bandbreite des Meßbandfilters um weniger als einen vorgegebenen prozentualen Unterschiedswert abweicht.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der prozentuale Unterschiedswert weniger als ungefähr
35% beträgt.
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