Результат интеллектуальной деятельности: Способ приема импульсных сигналов

Предлагаемое изобретение относится к приему сигналов, в частности, к технике выделения сигналов из шума и может быть использовано в любой области, где требуется обеспечение максимального отношения сигнал/шум.

Известен способ стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем [1-2], заключающийся в определении частоты шумовых срабатываний на выходе порогового устройства и автоматической корректировки порога для поддержания заданной частоты срабатываний.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ приема импульсных сигналов [3] путем регулирования порогового уровня в зависимости от частоты его превышений шумом. Согласно данному способу частоту f определяют путем накопления выходных импульсов в течение времени Т, а порог U в установившемся режиме определяется выражением U=U₀+U_f=U₀+ΔUTf₀exp(-U²/2σ²), где U₀ - начальное значение порога; f₀ - частота пересечения шумом нулевого порога; σ - среднеквадратическое значение шума; ΔU - единичное приращение порога по контуру обратной связи при пересечении порога шумом.

Недостатком указанного способа является медленный выход на рабочий режим ввиду того, что в процессе установления рабочего порога частота шумовых срабатываний уменьшается, и скорость переходного процесса, пропорциональная текущей частоте, снижается. Согласно [3] время T_r выхода на рабочий режим при таком способе составляет 1-6 с в зависимости от требований, предъявляемых к точности стабилизации частоты шумовых срабатываний.

Задачей изобретения является уменьшение времени выхода на рабочий режим.

Указанная задача решается за счет того, что в известном способе приема импульсных сигналов путем регулирования порогового уровня в зависимости от частоты его превышений шумом, предварительно определяют частоту f₀ срабатываний порогового устройства от воздействия шума при нулевом значении порога, устанавливают порог на уровне 0<U₁<U₂, затем увеличивают порог до уровня U₁<U₂<U₃, одновременно определяя частоту f шумовых срабатываний, и при частоте f=f₂=kf₀, где k - предварительно заданный коэффициент из диапазона k=0,01…0,9, увеличивают порог в m раз до рабочего уровня U₃=mU₂ после чего фиксируют этот порог и начинают принимать сигналы, причем, , где f₃ - допустимая частота ложных срабатываний в режиме приема сигналов.

Эквивалентный порог U₃ можно вводить путем введения ослабления с коэффициентом m перед пороговой обработкой сигнала.

Техническим результатом изобретения является минимальное время выхода на рабочий режим порогового обнаружителя сигналов при обеспечении максимальной вероятности обнаружения сигнала.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ. На фиг. 2 показана циклограмма способа.

Согласно фиг. 1 пороговый обнаружитель содержит схему сравнения 1, на вход которой подается смесь сигнала с шумом, а на выходе включен импульсный формирователь 2, генерирующий импульсы стандартной амплитуды и длительности при превышении порога схемы сравнения смесью сигнала с шумом. Между выходом импульсного формирователя 2 и управляющим входом схемы сравнения 1 включены схема обратной связи 3 и схема повышения порога 4, замыкающие контур шумовой автоматической регулировки. Схема повышения порога 4 управляется последовательно связанными пороговым измерителем частоты 5, подключенным к выходу импульсного формирователя, и вычислителем рабочего порога 6. Последний выдает результат вычислений порога на схему повышения порога 4 и синхросигнал для переключения - на схему переключения 7, управляющую моментом повышения порога. На выходе импульсного формирователя установлен ключ 8, открывающий выход схемы при поступлении синхросигнала от схемы переключения 7. Если величина коэффициента m фиксирована, то эквивалентное повышение порога может осуществляться включением аттенюатора 9, установленного на входе схемы сравнения.

На фиг. 2 показана последовательность операций способа. T₁ - время стабилизации; Т₂ - время переключения порога; Т₃ - время работы (рабочий режим).

Способ осуществляется следующим образом (фиг. 2).

В момент времени t₁ устанавливают первоначальный уровень порога U₁ и запирают ключ 8, блокируя появление на выходе срабатывания от превышения порога шумом. В течение времени T₁=t₂-t₁ осуществляют стабилизацию порога посредством его корректировки на величину ΔU при каждом шумовом превышении порога схемы сравнения 1 и соответствующем срабатывании импульсного формирователя 2. Формирование добавки ΔU производят с помощью схемы обратной связи 3, связанной со схемой повышения порога 4, то есть с помощью шумовой автоматической регулировки ШАРП [3]. В момент времени t₂, останавливают процесс стабилизации и повышают порог до уровня U₃=mU₂, где По окончании переходного процесса переключения в момент времени t₃ фиксируют порог на уровне U₃, открывают ключ 8 и, тем самым, переходят в рабочий режим приема сигналов.

Период Т₁ должен обеспечивать выход на стабильный режим частоты f₂. Частоту f₂ выбирают из условия, чтобы выполнялись два противоположных требования. С одной стороны, частота f₂ должна быть как можно ближе к f₀, чтобы минимизировать время выхода T₁ на режим стабилизации. С другой стороны, разница между f₂ и f₀ должна быть значимой, чтобы обеспечить необходимую точность вычисления и установки рабочего порога. Для существующих исходных данных отношение f₂/f₀ должно находиться в пределах 0,01<f₂/f₀<0,9.

Частота f пересечения порога U нормальным процессом с дисперсией σ² и коэффициентом корреляции R(τ) определяется выражением [3]

где - частота пересечения нулевого порога.

Из (1) и фиг. 2 следует

И, соответственно,

где U₃ и f₃ - рабочие значения порога и частоты шумовых срабатываний после момента t₃ выхода на рабочий режим.

Период стабилизации T₁ определяется по известной методике [3], причем T₁ и время выхода на режим Т_пр, обеспечиваемое прототипом, связаны очевидным соотношением

Пример 1. f₀=10⁷ Гц; f₂=0,8 f₀=8⋅10⁶ Гц; f₃=100 Гц; Т_пр=1 с (низкая точность стабилизации). Предлагаемый способ при этих исходных данных обеспечивает период стабилизации T₁=1,25⋅10^-4 с.

Время переключения Т₂ определяется быстродействием применяемой электроники и может не учитываться.

Прототип обеспечивает выход на режим за Т_пр=1-6 с [3]. Таким образом, максимальный выигрыш предлагаемого способа по быстродействию составляет Т_пр/Т₁=80000 раз.

Данный способ позволяет:

- Существенно сократить время выхода порогового обнаружителя на рабочий режим до 1 мс и менее.

- Обеспечить работу в частотном режиме, что существенно для ряда приложений, например, в частотных дальномерах, при обновлении информации с частотой до 1000 Гц.

- Обеспечить работу при нестационарном шуме.

- Обеспечить максимальное значение отношения порог шум с высокой точностью.

Эти выводы подтверждены компьютерным моделированием и испытаниями макетных образцов. Тем самым, подтверждено решение поставленной задачи - существенное уменьшение времени выхода на рабочий режим.

Источники информации

1. US pat. №3516751. Optical radiation pulse control receiver. 1970.

2. Бурд A.M., Лейченко Ю.А., Мотенко Б.Н., Попов A.C. Температурная стабилизация фотоприемника с ЛФД // Приборы и техника эксперимента. - 1975. - №4, - С. 176-178.

3. Вильнер В.Г. Проектирование пороговых устройств с шумовой стабилизацией порога. // Оптико-механическая промышленность. - 1984 г. - №5, - С. 39-41. - прототип.

4. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). - «Наука», М., 1973 г. - 832 с.