Europäisches Patentamt European Patent Office Office europeen des brevets A1. Veröffentlichungsnummer: EUROPAISCHE PATENTANMELDUNG

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1 Europäisches Patentamt European Patent Office Office europeen des brevets Veröffentlichungsnummer: EUROPISCHE PTENTNMELDUNG nmeldenummer: intci.s:g08b 13/26 nmeldetag: Veroffentlichungstag der nmeldung: nmelder: Siemens ktiengesellschaft Patentblatt 90/42 Wittelsbacherplatz 2 O-8000 Munchen 2(DE) Benannte Vertragsstaaten: T BE CH DE ES FR GB GR IT LI LU NL Erfinder: Kupec, Peter, Dr.-lng. Kirchbergstrasse 4 D Holzkirchen 2(DE) Erfinder: ppel, Ulrich, Prof. Dr. Kiem-Pauli-Weg 8 D-8014 Neubiberg(DE) Erfinder: Hanika, Helmut, Dipl.-lng. Ferdinand-Kobell-Strasse 8 D-3013 Haar(OE) Verfahren zur Kompensation störender Signalanteile in den Messsignalen eines Messsystems. Das System weist eine bestimmte nzahl (i = 1 bis I) von Meßkanälen auf, wobei jedes Meßsignal (x(l>) eine kanalunabhängige Komponente (s), die mit einem kanalabhängigen Kompensationskoeffizienten ((l)) gewichtet ist, und eine additive, kanalabhängige störende Komponente (u(i>) aufweist. Zunächst wird aus den Meßsignalen und den Kompensationskoeffizienten ein vorläufiger Kompensationswert (sum) und damit werden vorläufige, kompensierte Meßsignalwewrte (sk 0)) gebildet. Dann werden stark gestörte Meßkanäle (j = 1 bis J) gesucht. Für diese wird ein jeweiliger Näherungswert (n) des Störsignals ermittelt, der zur Bildung eines Korrekturwertes (n) herangezogen wird. Mit den Korrekturwerten (n) wird ein endgültiger Kompensationswert (sum ) gebildet, mit dem die endgültigen, kompensierten Meßsignalwerte (sk') berechnet werden. CO CO CM CO III Xerox Copy Centre

2 Verfahren zur Kompensation störender Signalanteile in den Med Signalen eines Med Systems. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation störender Signalanteile in den Meßsignalen eines Meßsystems mit einer bestimmten nzahl von Meßkanälen, wobei jedes Meßsignal eine kanalunabhängige Komponente, die mit einem kanalabhängigen Kompensationskoeffizienten gewichtet ist, und eine additive, kanalabhängige störende Komponente aufweist. 5 Gegeben ist ein Meßsystem mit beispielsweise 1 Meßkanäien, die im allgemeinen zeitabhängige Meßsignale x mit i = 1 bis I, liefern. Jedes Meßsignal wird durch eine kanalunabhängige Komponente (gemeinsamen Signalanteii) s, die mit einem kanalabhängigen, im allgemeinen auch zeitabhängigen Kompensationskoeffizienten (i) gewichtet ist, sowie durch eine additive, kanalabhängige störende Komponente (individueller Signalanteil bzw. Störkomponente) n (i) gemäß folgender Beziehung modelliert: to x(i> = (i). s + n(i> (1) T ufgabe der Erfindung ist die Kompensation dieser Signale untereinander mit dem Ziel, den gemeinsamen Signalanteil in allen Signalen von individuellen Signalanteilen in einem einzelnen Signal zu trennen. Dabei soll eine bessere Kompensation von wetterbedingten Signaiverläufen erreicht werden, beispielsweise für einen kapazitiven Schutzzaun, mit dem Ziel einer verbesserten Erkennung von Eindringversuchen. Diese ufgabe wird bei einem eingangs beschriebenen Meßsystem durch folgende Verfahrensschritte gelöst: a) aus den Meßsignalen x(i) und den Kompensationskoeffizienten (i) wird in einer Summiereinrichtung ein vorläufiger Kompensationswert sum entsprechend der Beziehung: sum = I i > x(i) (2) 1 Ii) i=l Uj b) aus den Meßsignaien X(i> und aus den mit dem vorläufigen Kompensationswert sum gewichteten Kompensationskoeffizienten {i) wird in einer Subtrahiereinrichtung für jeden Meßkanal (i) ein vorläufiger 30 kompensierter Meßsignalwert: sk(i) = X(D. 0). sum (3) c) aus den vorläufigen kompensierten Meßsignalen sk(i> werden mittels bestimmter Suchstrategien schwach gestörte Meßkanäle (k bzw. m,i) oder stark gestörte Meßkanäle 10 ausgewählt; 35 d) für die stark gestörten Meßkanäie (j = 1 bis J) wird ein Näherungswert n der Störkomponenten (n(i)) nach der Beziehung: 40 (j) / ^ " (j). (h + (I-J). sk /, mit 45 h = ZU sk (j) *k (j) (6a) so ermittelt; e) aus den Näherungswerten n U) werden Korrekturwerte n (i) für die stark gestörten Meßkanäle (j) abgeleitet; f) aus dem vorläufigen Kompensationswert sum und den Korrekturwerten n ü) wird ein endgültiger Kompensationswert 2

3 sum' = sum - -=r 2. nr (4 ' ) J 1 = 1 (J) Derechnet; g) mit dem endgültigen Kompensationswert sum werden für jeden Meßkanal die endgültigen compensierten Meßsignalwerte ;k' (i) = x (i) - (i>. sum' (3') srmittelt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst wie bisher ein vorläufiges kompensiertes Meßsijnal sk (i) ermittelt. us den Meßsignalen x(i) wird durch gewichtete Mittelung ein vorläufiger Kompensa- :ionswert sum bestimmt, eine rt geschätzter Wert des gemeinsamen nteils s, der invers gewichtet von jen einzelnen Signalen subtrahiert wird, wie dies oben durch die beiden Beziehungen (2) und (3) ausgedrückt ist. Der so erhaltene Signalwert sk(i), der als vorläufiger kompensierter Meßsignalwert bezeichiet_wird, stellt im Grunde genommen einen Näherungswert des gesuchten individuellen Signalanteils nw jar. Da stark additive Störkomponenten n (i> in einem beliebigen Signal x(i) dazu führen, daß der 5ummenwert sum stark von dem eigentlichen Idealwert s abweicht, hat dies in nachteiliger Weise zur Folge, daß eine solche additive Störkomponente sich nicht nur in dem vorläufig kompensierten Signal sk (l) des eigentlichen betroffenen Kanals (i), sondern auch in den Signalen sk(k), mit k*i aller Kanäle mit jnterschiedlicher mplitude abbildet. Daher ist in vorteilhafter Weise das Kompensationsverfahren dahingelend weitergebildet, daß Näherungswerte n (i) der additiven Störkomponenten n (i) bestimmtj/verden, und jaß der vorläufige Kompensationswert sum abhängig von hieraus ermittelten Korrekturwerten n' gemäß der Dben angeführten Beziehung (4 ) korrigiert wird. Mit dem endgültigen Kompensationswert sum werden dann für jeden Meßkanal die endgültigen kompensierten Meßsignalwerte entsprechend der oben aufgeführten Gleichung 3 ermittelt. Die obengenannten Näherungswerte n (i) können durch Lösen des folgenden Gleichungssystems (5) gewonnen werden:,(1) 1-1. ff 1. <*> ~<2) 1. <1>. (5) [2) 1 (2). T ^TTT ~~JT). ff(1) 1-1 ~(2) 1 (2) -(I) + ' n " T y ' n 7TT)' TTT)- Das Gleichungssystem (5) ist allerdings unterbestimmt und daher nur bei Vorliegen zusätzlicher Informationen auflösbar. Diese lassen sich dadurch gewinnen, daß man für einen oder einige der Kanäle - diese sind im folgenden mit dem Index k versehen -die bestimmten Störkomponenten n(k> als bekannt annimmt. Wenn bestimmte Störkomponenten n(k) als vernachlässigbar klein angesehen werden können, gilt n(k) = 0. So können dann entsprechende Spalten und Zeilen des Gleichungssystems (5) gestrichen werden, so daß 3-Gleichungen (J<l) übrigbleiben, aus denen die Unbekannten n(i>, die Näherungswerte, nunmehr berechenbar sind. Für dieses reduzierte Gleichungssystem existieren mehrere Lösungen. Eine besonders einfache Lösung läßt sich in vorteilhafter Weise unter usnutzung der regelmäßigen Struktur dieses Systems gemäß folgender Beziehung erzielen:

4 (j) mit 1 T Z sk(j' i*k f n T» C6a) Daraus werden die Korrekturwerte n (j) für die stark gestörten Meßkanäle (j) aus den Näherungswerten abgeleitet, in einfachster Weise können die Korrekturwerte unmittelbar den Näherungswerten entsprechen. Es ist jedoch wesentlich vorteilhafter, die Korrekturwerte aus den Näherungswerten in bhängigkeit von einem vorgebbaren Schwellenwert noy> zu ermitteln. Bei der Ermittlung des Korrekturwertes der stark gestörten Meßkanäle j = 1 - J gilt dann folgende Beziehung: n (j). fo für l*w I * n0<j> H W - nq(j). sii Lgn für/ \> nq( ^ (7') Für die uswahl eines Meßkanals oder mehrerer Meßkanäle mit vernachlässigbar kleiner additiver Störkomponente, d.h. schwach gestörte Meßkanäle, gibt es mehrere Suchstrategien. Eine zweckmäßige Suchstrategie besteht darin, daß bei mehreren solchen Meßkanälen die Werte sk(1) identisch sind. Zwei Kanäle mit vernachlässigbar kleiner additiver Storkomponente, die im folgenden mit dem Index m und I bezeichnet werden, werden daher in vorteilhafter Weise durch die Suche nach denjenigen Komponenten sk (m> und sk(1) ermittelt, deren Werte sich möglichst wenig unterscheiden, also ein Minimum bilden. Die Ermittlung des Minimums erfolgt gemäß folgender Beziehung: M. Min f\ sk(m) sk(f) \) mit m = 1 bis (1-1) (8) " C ' ^ 7 ~^/J mit =(m+l)bis I» Die Suche nach schwach gestörten Kanälen kann auf eine beliebige Zahl von Kanälen ausgedehnt werden. Bei diesem erfindungsgemäßen Kompensationsverfahren war der Kompensationskoeffizient (,) als ein bekannter Erfahrungswert konstanter Größe zugrunde gelegt. Die Kompensationskoeffizienten können aber auch in geeigneter Weise aus den Meßsignalen x (i) bestimmt werden, beispielsweise durch Energienominierung der Meßsignale in einem vorgegebenen Zeitfenster. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßens Verfahrens ist es, daß bei solchen aus dem Meßsignal x(i)fortlaufend berechneten Kompensationskoeffizienten (i) die vorher ermittelten Näherungswerte n(i) ebenfalls von den jeweiligen Meßsignalen subtrahiert werden können und damit deutlich bessere Koeffizienten (i) ermittelt werden können gemäß der Beziehung: 0) = f {(X(i>. pj(d)j ; (10) uf diese Weise wird eine weitere Fehlerquelle bei der Ermittlung kompensierter Signalwerte reduziert. Mit dem erfindungsgemäßen Kompensationsverfahren wird die Korrektur der gemessenen Signalwerte durch Korrekturwerte vor der endgültigen Berechnung der kompensierten Signalwerte erreicht, wobei die Korrekturwerte aus näherungsweise berechneten, additiven Komponenten ermittelt werden.

5 nsprüche 1. Verfahren zur Kompensation störender Signalanteiie in den Meßsignalen eines Meßsystems mit einer bestimmten nzahl 1 von Meßkanälen, wobei jedes Meßsignai (x(i)) eine kanalunabhängige Komponente (s), 5 die mit einem kanalabhängigen Kompensationskoeffizienten ((i)) gewichtet ist, und eine additive, kanalabhängige störende Komponente (n aufweist, gemäß der Beziehung: x0) = <». g + n», mjt (j = 1 bis I), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) aus den Meßsignalen x(i> und den Kompensationskoeffizienten (i) wird in einer Summiereinrichtung ro ein vorläufiger Kompensationswert sum entsprechend der Beziehung: 10 3 b) aus den Meßsignalen (x(i)) und aus den mit dem vorläufigen Kompensationswert sum gewichteten Kompensationskoeffizienten (i) wird in einer Subtrahiereinrichtung für jeden Meßkanal (i) ein vorläufiger kompensierter Meßsignalwert: sk (i) = x(i) - (i>. sum c) aus den vorläufigen kompensierten Meßsignalwerten sk (i) werden mitteis bestimmter Suchstrategien schwach gestörte Meßkanäle (k bzw. m,l) oder stark gestörte Meßkanäle (j) ausgewählt; d) für die stark gestörten Meßkanäle (j = 1 bis J) wird ein Näherungswert nö) der Störkomponenten (n (i>) nach der Beziehung: fi'j' = ^-J). (h * (I-J). )/ mit («') h. J E # («.) 35 ^ ermittelt; e) aus den Näherungswerten n(i) werden Korrekturwerte nü) für die stark gestörten Meßkanäle (j) abgeleitet; f) aus dem vorläufigen Kompensationswert sum und den Korrekturwerten na) wird ein endgültiger Kompensationswert 45 sum = sum 1 J j = l n <J> berechnet; g) mit dem endgültigen Kompensationswert sum' werden für jeden Meßkanal die endgültigen kompensierten Meßsignalwerte 50 sk(i) = x (i) - (i). sum' (3') ermittelt. 2. Verfahren nach nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Suche eines stark gestörten Meßkanals 0) die vorläufig kompensierten Meßsignalwerte sk(i) und die Kompensationskoeffizienten (i) gemäß der Beziehung: 5

6 < { I f r n ß für 1 = 1 bis 1 (8a) w 75 herangezogen werden. 3. Verfahren nach nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Suche zweier schwach gestörten Meßkanäle (l,m) die vorläufig kompensierten Meßsignalwerte sk (i) und die Kompensationskoeffizienten (i) gemäß der Beziehung: <f(sk(m) sk(f) )? mit m = 1 bis (1-1) (8) Min 7 7- r- "- m / f W {l)lj mit f = (m+l) bis I herangezogen werden. 4. Verfahren nach nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert nü> dem Näherungswert ny> entspricht nö> = ny>) (7a) Verfahren nach nspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Korrekturwert n u> aus dem Näherungswert nü) in bhängigkeit von einem vorgebbaren Schwellenwert no01 ermittelt wird: 25 "<J> f 0 für /i? (J> / (J' nq 7 K<J> - n<j>. sign <S<J>> für /n<j> />» <J>?.«'> 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden nsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationskoeffizienten (i) entweder bekannte Erfahrungswerte konstanter Größe sind oder aus den Meßsignalen x(i) bestimmt werden: (i) = f { x<»}. (9) 7. Verfahren nach nspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationskoeffizienten (i) aus den Meßwerten x(i) und Näherungswerten n(i) adaptiv berechnet werden: (i> = f{(x (i). n<i))-.. (10)

7 Europäisches 'atentamt EUROPISCHER RECHERCHENBERICHT iwmr mmain«ii( :P 89 lü Wbl Katet«riej EINSCHLGIGE DOKUMENTE HeaBzctehnac des Dokuments mit a«aae, "wert erferaertica, der mafleemicbea Teile 1P (SIEMENS) ' Figur 2; Seite 3, Zellen 34 - Seite \, Zelle 11 * Hemm Vnqiruca NMELDUNG (Ut OS) G 08 o 13/Zb Y IS (S. PRKS) ' Figur 2, Zusammenfassung * JE-B (J. RODE) ' Figur 1; Spalte 5, Zellen * JS (D.P. ERDMNN et al.) 1 Figur 3, Zusammenfassung * [.E.E.E. TRNSCTIONS 0N COUSTICS, SPEECH ND SIGNL PROCESSING rol. SSP-27, no. 6, December 1979, >ages * Zusammenfassung * n,uujn.niui i r. SCHGEBIETE (IM. CL5) Ii Ul K G 08 B Der voraeteaae ReckercbeabericM wurde für alle Pateataacaracae erste«berlin BKbUMNü J KTEGORIE DE* GENNNTEN DOKUMENTE X voa besoaeerer Bedeataac allda betrachtet Y : voa besoaderer Beeeataag ia Vertindnni mit eiaar aadorea VertrTeBtlickaag danalkaa Katoforic : tecaaotogiscaer Hiitargräad O : atcatscariftucae Offaaaaraag P : ZwiscaeaJfterarer T aar emaaeag zagraaae iiagaan laoonaa <mmuraaasn» E : älteres PateatdokeaMat, aas fedoca erst ia oder aack dem eammedataai veroffeatllcat wordea Ist D : ia der aawidabg aaaamkftes Dokaeuat L : aas aadera Graadoa aegafakrtes DekaaMM "ÄTMhgHÖd 7^ DokaaMM