极点滤波 器
[0103]
[0104] 具有此传递函数Hk(z)的滤波器可W由下面的两个差分方程表示：
[0107]初始条件为Vk(-l) =Vk(-2) = 0。
[010引图7示出由传递函数（14)，或由差分方程（15)、（16)定义的运一两极点滤波器的 图形化表示形式。可W看出，由一个迭代延迟的输入值W因数2，cos^被反馈到输入， 而与之相比，由两个迭代延迟的输入值W负号被反馈到输入。输出的值yk(n)通过从输入 值中减掉由一个迭代延迟并乘W因数向输入值获得。运对应于等式（15)和（16)中阐 述的迭代方向。（15)中的递归关系Wn= 0、l、…N，加W迭代，而等式（16)只W单一时间 对时间n=N加W评估。每个迭代仅需要一个实数乘法和两个加法。结果，此算法针对实 数输入序列X(n)仅需要n+1个实数乘法。当DFT只W相对小的数量值M被计算时，戈泽尔 算法尤为引人注目，其中logzN。
[0109] 对等式（8)中的整个数量的k的限制作为戈泽尔算法的可W理解的派生。对于 DFT(FFT)和戈泽尔滤波器的应用，此限制不是必须的，然而，运意味着，对于k的整个数量 的值，DFT和戈泽尔算法在幅值和相位上提供完全相同的结果。对于k的非整个数量的值， DFT和戈泽尔算法相差因数其量为1，并且只旋转了相位。然而，两种方法的幅值总 是相符。
【主权项】
1. 用于确定离散时间信号（111)的频率分量的方法，其特征在于下列步骤： -利用快速傅立叶变换把所述离散时间信号（111)变换（402)到频域，其中，获得作为 频率采样值（302、306、307、308)的序列的频谱（301)， -检测（403)所述频谱（301)中的峰值（304)， _在被检测峰值（304)附近引入（404)至少一个额外的频率支持点（310)， -利用戈泽尔算法确定所述至少一个额外的频率支持点（310)处的频率幅值，并且 -通过应用由所述快速傅立叶变换提供的所述频率采样值（302、306、307、308)以及所 述至少一个额外的频率支持点（310)处的所述频率幅值两者来确定（405)所述被检测峰值 (304)的峰值最大值（309)的位置。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于下列中的至少一个： -所述离散时间信号包括时域中的时间采样值的序列； _所述快速傅立叶变换把所述离散时间信号变换为频域中的频率采样值的序列，其中 所述离散时间信号包括时域中的时间采样值的序列； -所述离散时间信号包括时域中的时间采样值的序列，其中在执行所述快速傅立叶变 换之前所述离散时间信号的平均值被确定，并且其中在执行所述快速傅立叶变换之前所述 平均值被从所述时间采样值的每一个中减去； -所述离散时间信号包括时域中的时间采样值的序列，其中在执行所述快速傅立叶变 换之前，从所述时间采样值的序列中选择用于所述快速傅立叶变换的区段； -所述离散时间信号包括时域中的时间采样值的序列，其中在执行所述快速傅立叶变 换之前，从所述时间采样值的序列中选择用于所述快速傅立叶变换的区段，其中所述区段 具有2n个时间采样值，其中n是自然数； -所述快速傅立叶变换提供频域中的频率采样值的规则栅格。3. 如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于下列中的至少一个： -为了检测所述频谱中的峰值，由所述快速傅立叶变换提供的频率采样值与阈值比较， 其中对所述阈值的超出表示检测到峰值； _由所述快速傅立叶变换提供的频率采样值的所述规则栅格通过引入至少一个额外的 频率支持点在所述被检测峰值附近被进一步划分； -通过引入至少一个额外的频率支持点进一步划分由所述快速傅立叶变换提供的频率 采样值的所述规则栅格，由此改进在所述被检测的峰值附近的所述频谱的频率分辨率； _在所述被检测峰值附近引入至少一个额外的频率支持点使得以增强的精确度确定所 述峰值的峰值最大值的位置。4. 如权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于下列步骤： -通过应用所述频率采样值以及所述至少一个额外频率支持点处的所述频率幅值两 者，对所述被检测峰值的峰值最大值的附近的峰值插值。5. 如权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于下列步骤： -通过在峰值附近细分频域中的相邻点之间的频率间隔而引入额外的频率支持点，以 及 -通过戈泽尔算法确定所述额外的频率支持点处的频率幅值。6. 如权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于下列步骤： a) 从峰值附近的所述频谱中的迄今已知的点中选择具有迄今最高频率幅值的点， b) 通过在峰值附近二等分频域中相邻点之间的频率间隔引入额外的频率支持点， c) 通过所述戈泽尔算法确定额外频率支持点处的频率幅值， d) 重复执行步骤a)到c)，直到以预定精确度确定所述峰值的峰值最大值的位置。7. 如权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于下列步骤： a) 从峰值附近的所述频谱中的迄今已知的点中选择具有迄今最高频率幅值的点， b) 通过在峰值附近细分频域中相邻点之间的频率间隔引入额外的频率支持点， c) 通过所述戈泽尔算法确定额外频率支持点处的频率幅值， d) 重复执行步骤a)到c)，直到以预定精确度确定所述峰值的峰值最大值的位置。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于下列中的至少一个： _根据预定划分比例在所述峰值的附近划分频域中的相邻点之间的频率间隔； -在所述峰值的附近二等分频域中的相邻点之间的频率间隔； _根据预定划分比例在所述峰值的附近划分频域中的相邻点之间的频率间隔，其中黄 金分割被用作划分比例；9. 如权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于，根据布伦特方法，借助于抛物线插 值，基于由所述快速傅立叶变换提供的所述频率采样值，确定所述峰值的峰值最大值的位 置。10. 如权利要求1到5之一所述的方法，其特征在于下列步骤： a) 在所述峰值的附近选择所述频谱的具有迄今确定的最高频率幅值的三个相邻点， b) 通过这三个点建立近似抛物线， c) 引入所述近似抛物线的峰值的频率作为额外的频率支持点， d) 利用所述戈泽尔算法确定在所述额外的频率支持点处的频率幅值， e) 重复步骤a)到d)，直到以预定精确度确定所述峰值的峰值最大值的位置。11. 如权利要求1到10之一所述的方法，其特征在于下列中的至少一个： -所述方法被应用在利用FMCW雷达确定至雷达目标的距离的雷达测量设备中； -所述方法被应用在利用FMCW雷达确定料位的料位测量设备中； 所述方法被应用在利用FMCW雷达料位测量环境中，以确定容器或储槽中的料位。12. 在根据FMCW雷达的原理工作的雷达测量设备中的如权利要求1到11之一所述的 方法的使用，用于确定至雷达目标的距离。13. 在根据FMCW雷达的原理工作的料位测量设备（200)中的如权利要求1到11之一 所述的方法的使用，用于确定容器或储槽（201)中的料位。14. 利用FMCW雷达确定至雷达目标（104)的距离的方法，包括： -发射调频传输信号（113)， -接收在至少一个雷达目标（104)上反射的接收信号（114)， -把所述接收信号（114)下混频到中频范围并数字化获得的中频信号（109)， -借助于如权利要求1到11之一所述的方法确定包含在数字化的中频信号（111)中的 至少一个频率分量的峰值最大值（309)的位置， -把所述峰值最大值（309)的位置转换为至所述雷达目标（104)的距离。15. 利用FMCW雷达确定至雷达目标（104)的距离的距离测量设备，包括： -发射单元，所述发射单元发射雷达传输信号（113)， -接收单元，所述接收单元接收在至少一个雷达目标（104)上反射的雷达接收信号 (114)，把所述雷达接收信号（114)下混频到中频范围并数字化获得的中频信号（109)， 其特征在于 -评估单元（112)，所述评估单元被设计为借助于如权利要求1到11之一所述的方法， 确定包含在所述数字化的中频信号（111)中的至少一个频率分量的峰值最大值（309)的位 置。16.如权利要求15所述的距离测量设备，其特征在于下列中的至少一个： -所述距离测量设备是料位测量设备； -所述距离测量设备是被设计为确定容器或储槽中的料位的料位测量设备； -所述距离测量设备是用在过程自动化中的现场设备。
【专利摘要】一种用于确定离散时间信号的频率分量的方法，包括下列步骤：通过快速傅立叶变换将离散时间信号转换到频域，其中，获得作为频率采样值的序列的频谱，检测频谱中的峰值，在检测到的峰值附近引入至少一个额外的频率支持点，通过戈泽尔算法确定至少一个额外频率支持点处的频率幅值，并且通过应用由快速傅立叶变换提供的频率采样值以及在至少一个额外的频率支持点处的频率幅值确定被检测峰值的峰值最大值的位置。
【IPC分类】G01F23/28, G01S13/88, G01F25/00
【公开号】CN105229431
【申请号】CN201480027427
【发明人】哈拉尔德·法贝尔, 温弗里德·迈尔, 阿列克谢·马利诺夫斯基
【申请人】恩德莱斯和豪瑟尔两合公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年4月22日
【公告号】DE102013105019A1, EP2997336A1, US20160097671, WO2014183959A1