Способ приема импульсных сигналов
PULSE SIGNAL RECEPTION METHOD

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.
0
f
0
0
0
0
2
2
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=U+U=U+ΔUTfexp(-U/2σ), где U - начальное значение порога; f - частота пересечения шумом нулевого порога; σ - среднеквадратическое значение шума; ΔU - единичное приращение порога по контуру обратной связи при пересечении порога шумом.
r
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 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.
0
1
2
1
2
3
2
0
3
2
3
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 f срабатываний порогового устройства от воздействия шума при нулевом значении порога, устанавливают порог на уровне 0<U<U, затем увеличивают порог до уровня U<U<U, одновременно определяя частоту f шумовых срабатываний, и при частоте f=f=kf, где k - предварительно заданный коэффициент из диапазона k=0,01…0,9, увеличивают порог в m раз до рабочего уровня U=mU после чего фиксируют этот порог и начинают принимать сигналы, причем, , где f - допустимая частота ложных срабатываний в режиме приема сигналов.
3
Эквивалентный порог U 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.
1
2
3
На фиг. 2 показана последовательность операций способа. T - время стабилизации; Т - время переключения порога; Т - время работы (рабочий режим).
Способ осуществляется следующим образом (фиг. 2).
1
1
1
2
1
2
3
2
3
3
В момент времени t устанавливают первоначальный уровень порога U и запирают ключ 8, блокируя появление на выходе срабатывания от превышения порога шумом. В течение времени T=t-t 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 t, останавливают процесс стабилизации и повышают порог до уровня U=mU, где  По окончании переходного процесса переключения в момент времени t фиксируют порог на уровне U, открывают ключ 8 и, тем самым, переходят в рабочий режим приема сигналов.
1
2
2
2
0
1
2
0
2
0
2
0
Период Т должен обеспечивать выход на стабильный режим частоты f. Частоту f выбирают из условия, чтобы выполнялись два противоположных требования. С одной стороны, частота f должна быть как можно ближе к f, чтобы минимизировать время выхода T на режим стабилизации. С другой стороны, разница между f и f должна быть значимой, чтобы обеспечить необходимую точность вычисления и установки рабочего порога. Для существующих исходных данных отношение f/f должно находиться в пределах 0,01<f/f<0,9.
2
Частота f пересечения порога U нормальным процессом с дисперсией σ и коэффициентом корреляции R(τ) определяется выражением [3]
где  - частота пересечения нулевого порога.
Из (1) и фиг. 2 следует
И, соответственно,
3
3
3
где U и f - рабочие значения порога и частоты шумовых срабатываний после момента t выхода на рабочий режим.
1
1
пр
Период стабилизации T определяется по известной методике [3], причем T и время выхода на режим Т, обеспечиваемое прототипом, связаны очевидным соотношением
0
2
0
3
пр
1
7
6
-4
Пример 1. f=10 Гц; f=0,8 f=8⋅10 Гц; f=100 Гц; Т=1 с (низкая точность стабилизации). Предлагаемый способ при этих исходных данных обеспечивает период стабилизации T=1,25⋅10 с.
2
Время переключения Т определяется быстродействием применяемой электроники и может не учитываться.
пр
пр
1
Прототип обеспечивает выход на режим за Т=1-6 с [3]. Таким образом, максимальный выигрыш предлагаемого способа по быстродействию составляет Т/Т=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.