RU2663881C1 - Устройство определения времени прихода оптического сигнала - Google Patents

Устройство определения времени прихода оптического сигнала Download PDF

Info

Publication number
RU2663881C1
RU2663881C1 RU2017135607A RU2017135607A RU2663881C1 RU 2663881 C1 RU2663881 C1 RU 2663881C1 RU 2017135607 A RU2017135607 A RU 2017135607A RU 2017135607 A RU2017135607 A RU 2017135607A RU 2663881 C1 RU2663881 C1 RU 2663881C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
filter
signal
inputs
Prior art date
Application number
RU2017135607A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Петрович Вагин
Леонид Семенович Чудновский
Вячеслав Михайлович Агеев
Владимир Иванович Краевский
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС"
Priority to RU2017135607A priority Critical patent/RU2663881C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2663881C1 publication Critical patent/RU2663881C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/295—Means for transforming co-ordinates or for evaluating data, e.g. using computers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/493—Extracting wanted echo signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области пассивной оптической локации и может быть использовано для обнаружения оптических импульсных сигналов на фоне мощной фоновой засветки и для определения времени прихода оптического сигнала на фоне помех. Технический результат изобретения - повышение точности определения времени сигнала, прошедшего априорно неизвестную трассу распространения и регистрируемого при больших уровнях фоновой засветки. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит усилитель, первый фильтр, выполненный низкочастотным, управляемый ключ, блок порогового сигнала, инвертор, первый и второй детекторы, выполненные пиковыми положительной и отрицательной полярности, фотодиод, одновибратор, решающее устройство, два компаратора, второй фильтр в виде двойного дифференциатора, при этом перечисленные средства соединены между собой определенным образом. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области пассивной локации и может быть использовано для обнаружения оптических импульсных сигналов на фоне мощной фоновой засветки и для определения времени прихода оптического сигнала на фоне помех.
Известно устройство для определения времени прихода импульсного сигнала с помощью интегрирования и последовательного суммирования с линий задержки (Чудновский B.C., Чудновский Л.С. Измерение времени прихода импульсного сигнала в присутствии аддитивных шумов / Труды Академии управления МВД «Информационно-техническое обеспечение деятельности органов внутренних дел», М.: 1998, с. 154). Данное устройство применимо для сигналов с быстрым фронтовым вступлением типа A(t-t0)kη(t-t0), где А амплитуда; t0 - время начала процесса; η(t-t0) - единичная функция; k<1-2 - показатель степени. Относительная погрешность определения времени прихода находится на уровне 0,1-0,2 σ, где: σ - среднеквадратическое значение уровня шума на выходе системы интегрирующий фильтр - суммирование с линий задержки. Недостатком этого устройства является резкое снижение точности определения времени прихода при значениях k>2-3. Устройство включает: интегратор, линии задержки, инверторы и сумматор.
Известно устройство определения времени прихода импульсного сигнала с последующим предельным ограничением (клиппирования) и дальнейшим интегрированием. (Вагин Ю.П., Карпин B.C., Чудновский B.C., Чудновский Л.С. Обратная задача пассивной локации / Тезисы докладов Пятых научных чтений памяти М.К. Тихонравова по военной космонавтике: "Космос и обеспечение безопасности России", т. 2. - М.: 2004, с. 100-103).
Данное устройство эффективно требует широкой полосы регистрации входного сигнала, что приводит к проигрышу в отношения сигнал/шум на выходе системы и увеличению погрешности определения времени прихода. Кроме того, необходимо быстрое фронтовое вступление сигнала для достижения приемлемой точности определения времени прихода. Техническая реализация устройства включает: предельный ограничитель, интегратор, компараторы.
Несмотря на простую техническую реализацию предлагаемых устройств определения времени прихода, они не обеспечивают высокую точность для импульсных сигналов при относительно невысоких отношениях сигнал/шум. Например, в космических системах мониторинга молниевых разрядов предъявляются требования к погрешности среднеквадратического определения физического времени прихода менее 0,5 мкс при соотношении сигнал/шум выше 10.
Наиболее близким техническим решением является устройство для обнаружения сигналов (патент RU №2042149, G01S 7/36, опубл. 20.08.1995), содержащее антенну, модулятор входного сигнала, детектор сигнала, усилитель, фильтр, ключи, индикатор, генератор звуковой частоты, генератор запуска световой индикации, дешифратор, генератор тактовых импульсов, блок порогового сигнала, инвертор.
Недостатком этого устройства является невозможность установки и регулирования порога срабатывания. Все сигналы, в том числе и помехи, превышающие порог чувствительности, в пределах полосы пропускания устройства будет регистрироваться оконечным устройством, т.е. вероятность ложных тревог известного устройства высока.
Технический результат изобретения - повышение точности определения времени сигнала, прошедшего априорно неизвестную трассу распространения и регистрируемого при больших уровнях фоновой засветки.
Технический результат достигается тем, что в устройстве определения времени прихода оптического сигнала, содержащем последовательно соединенные усилитель и первый фильтр, а также содержащем управляемый ключ, блок порогового сигнала, инвертор и первый детектор, в него дополнительно введены фотодиод, одновибратор, решающее устройство, два компаратора, второй детектор, второй фильтр в виде двойного дифференциатора, при этом первый фильтр выполнен низкочастотным, а детекторы выполнены пиковыми положительной и отрицательной полярностей, причем выход фотодиода соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с входом первого фильтра низких частот, выход первого фильтра низких частот соединен с входом двойного дифференциатора, выход двойного дифференциатора подсоединен к первому входу управляемого ключа и входу блока порогового сигнала, выход блока порогового сигнала подключен ко второму входу управляемого ключа, входу одновибратора и входу запуска считывания информации в решающем устройстве, выход управляемого ключа подключен к входам пиковых детекторов и входам компараторов, а выход пикового детектора отрицательной полярности через последовательно соединенный инвертор, выходы компараторов и выход пикового детектора положительной полярности подключены к входам считывания информации решающего устройства, выход одновибратора подсоединен к входу прекращения считывания информации решающего устройства, к входам обнуления показания пиковых детекторов и входу размыкания управляемого ключа.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства определения времени прихода оптического сигнала, где введены следующие обозначения:
1 - фотодиод,
2 - усилитель,
3 - фильтр низких частот (первый фильтр),
4 - двойной дифференциатор (второй фильтр),
5 - блок порогового сигнала,
6 - управляемый ключ,
7 - пиковый детектор положительной полярности,
8 - пиковый детектор отрицательной полярности,
9 - компаратор, срабатывающий на переход напряжения из плюса в минус,
10 - компаратор, срабатывающий на переход напряжения из минуса в плюс,
11 - инвертор,
12 - одновибратор,
13 - решающее устройство.
Устройство имеет следующие функциональные связи (фиг. 1). Выход фотодиода 1 соединен с входом усилителя 2, выход усилителя 2 соединен с входом первого фильтра низких частот 3. Выход первого фильтра низких частот 3 соединен с входом второго фильтра, роль которого выполняет двойной дифференциатор 4. Выход двойного дифференциатора 4 (второго фильтра) подсоединен к входу блока порогового сигнала 5 и первому входу управляемого ключа 6. Выход блока порогового сигнала 5 подключен ко второму входу управляемого ключа 6, к входу одновибратора 12 и входу запуска считывания информации в решающем устройстве 13. Выход управляемого ключа 6 подключен к входам первого и второго пиковых детекторов положительной 7 и отрицательной 8 полярностей и входам компараторов 9 и 10. Выход пикового детектора отрицательной полярности 8 через последовательно соединенный инвертор 11, выходы компараторов 9 и 10 и выход пикового детектора положительной полярности 7 подключены к входам считывания информации решающего устройства 13. Выход одновибратора 12 подсоединен к входу прекращения считывания информации решающего устройства 13, к входам обнуления показания пиковых детекторов 7 и 8 и входу размыкания управляемого ключа 6.
Устройство работает следующим образом.
Входной оптический сигнал s(t) вместе с аддитивным шумом n(t) поступает на фотодиод 1 и далее на последовательно соединенные усилитель 2, фильтр низких частот (ФНЧ) 3 и двойной дифференциатор 4. Выход дифференциатора 4 соединен с входом блока порогового сигнала 5 (значение порога срабатывания Поб задается потребителем) и входом управляемого ключа 6, замыкание которого осуществляется при срабатывании блока порогового сигнала 5. Выход ключа 6 подсоединен к пиковому детектору положительной полярности 7 и к пиковому детектору отрицательной полярности 8, а также к компаратору 9, переходя из положительной полярности в отрицательную полярность, и компаратору 10 перехода из отрицательной полярности в положительную. При срабатывании блока порогового сигнала 5 запускается одновибратор 12, формирующий сигнал стандартной длительности ΔT. Длительность ΔT выбирается из условия максимального времени между переходом t-+ и времени срабатывания блока порогового сигнала 5. После срабатывания блока порогового сигнала 5 в решающем устройстве 13 начинается запись показаний пикового детектора 7, и инвертированного инвертором 11 пикового детектора 8, и времен срабатывания компараторов 9, 10. После завершения срабатывания одновибратора 12 запись показаний в решающее устройство 13 завершается, показания пиковых детекторов 7 и 8 обнуляются, а управляемый ключ 6 приходит в разомкнутое состояние.
В решающем устройстве 13, после завершения записи исходных данных, определяется время прихода импульсного однополярного сигнала. Для точного определения времени прихода t0 в решающее устройство поступают сигналы единого времени (СЕВ).
Определение времени прихода импульсных излучений на фоне помех предполагает первичную фильтрацию входной реализация с целью повышения отношения сигнал/шум, что достигается применением фильтра Баттерворта низких частот пятого порядка. Для обострения фронтового вступления входного сигнала используется двойное дифференцирование.
На фиг. 2 приведены осциллограммы: входного однополярного излучения I и на выходе системы низкочастотный фильтр - двойной дифференциатор II (отношение сигнал/шум на входе равно 10). Характерные точки на фиг. 2: амплитуда первого максимума А+, время перехода через ноль от первого максимума к первому минимуму t+-, амплитуда первого минимума А-, время перехода от первого минимума ко второму максимуму t-+. Из соотношения подобия треугольников можно представить первое приближение времени прихода tnp:
Figure 00000001
Поскольку при таком методе первое приближение времени прихода определяется с систематической ошибкой, то в зависимости от результата фильтрации в оценку времени прихода t0 вводится функциональная поправка f(t-+ - t+-)
Figure 00000002

Claims (1)

  1. Устройство определения времени прихода оптического сигнала, содержащее последовательно соединенные усилитель и первый фильтр, а также содержащее управляемый ключ, блок порогового сигнала, инвертор и первый детектор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены фотодиод, одновибратор, решающее устройство, два компаратора, второй детектор, второй фильтр в виде двойного дифференциатора, при этом первый фильтр выполнен низкочастотным, а детекторы выполнены пиковыми положительной и отрицательной полярностей, причем выход фотодиода соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с входом первого фильтра низких частот, выход первого фильтра низких частот соединен с входом двойного дифференциатора, выход двойного дифференциатора подсоединен к первому входу управляемого ключа и входу блока порогового сигнала, выход блока порогового сигнала подключен ко второму входу управляемого ключа, входу одновибратора и входу запуска считывания информации в решающем устройстве, выход управляемого ключа подключен к входам пиковых детекторов и входам компараторов, а выход пикового детектора отрицательной полярности через последовательно соединенный инвертор, выходы компараторов и выход пикового детектора положительной полярности подключены к входам считывания информации решающего устройства, выход одновибратора подсоединен к входу прекращения считывания информации решающего устройства, к входам обнуления показания пиковых детекторов и входу размыкания управляемого ключа.
RU2017135607A 2017-10-05 2017-10-05 Устройство определения времени прихода оптического сигнала RU2663881C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135607A RU2663881C1 (ru) 2017-10-05 2017-10-05 Устройство определения времени прихода оптического сигнала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017135607A RU2663881C1 (ru) 2017-10-05 2017-10-05 Устройство определения времени прихода оптического сигнала

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2663881C1 true RU2663881C1 (ru) 2018-08-13

Family

ID=63177217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017135607A RU2663881C1 (ru) 2017-10-05 2017-10-05 Устройство определения времени прихода оптического сигнала

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2663881C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2042149C1 (ru) * 1992-09-29 1995-08-20 Мартынов Валерий Николаевич Устройство для обнаружения сигналов
EP0834748A1 (en) * 1996-10-01 1998-04-08 He Holdings, Inc. Dba Hughes Electronics Vehicle position tracking technique
US5874916A (en) * 1996-01-25 1999-02-23 Lockheed Martin Corporation Frequency selective TDOA/FDOA cross-correlation
US6275705B1 (en) * 1995-12-22 2001-08-14 Cambridge Positioning Systems Ltd. Location and tracking system
RU2483319C2 (ru) * 2011-08-17 2013-05-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Способ измерения времени прихода сигнала и устройство для его реализации
RU2505833C2 (ru) * 2011-01-11 2014-01-27 Нокиа Корпорейшн Добавочные данные, применимые для определения местоположения устройства
RU2524843C2 (ru) * 2012-11-27 2014-08-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Способ измерения времени прихода сигнала и устройство для его реализации

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2042149C1 (ru) * 1992-09-29 1995-08-20 Мартынов Валерий Николаевич Устройство для обнаружения сигналов
US6275705B1 (en) * 1995-12-22 2001-08-14 Cambridge Positioning Systems Ltd. Location and tracking system
US5874916A (en) * 1996-01-25 1999-02-23 Lockheed Martin Corporation Frequency selective TDOA/FDOA cross-correlation
EP0834748A1 (en) * 1996-10-01 1998-04-08 He Holdings, Inc. Dba Hughes Electronics Vehicle position tracking technique
RU2505833C2 (ru) * 2011-01-11 2014-01-27 Нокиа Корпорейшн Добавочные данные, применимые для определения местоположения устройства
RU2483319C2 (ru) * 2011-08-17 2013-05-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Способ измерения времени прихода сигнала и устройство для его реализации
RU2524843C2 (ru) * 2012-11-27 2014-08-10 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро по радиоконтролю систем управления, навигации и связи" (ОАО "КБ "Связь") Способ измерения времени прихода сигнала и устройство для его реализации

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5138854B2 (ja) 光学距離測定
KR100464584B1 (ko) 레이저 거리 측정 장치 및 그 방법
US4012730A (en) Doppler detection device with integrator sampling means to inhibit false alarms
JP2017520880A5 (ru)
KR102011959B1 (ko) 펄스 압축 과정에서 간섭신호를 탐지하는 레이더 수신신호 처리 방법 및 그를 위한 장치
KR20130076464A (ko) 거리 측정 방법 및 이를 이용한 레이저 거리 측정 장치
RU2663881C1 (ru) Устройство определения времени прихода оптического сигнала
JPH0146034B2 (ru)
JP2004163889A (ja) 入力信号の統計的特性を解析する装置、並びに入力信号を解析する集積回路および方法
RU2547095C1 (ru) Обнаружитель радиоимпульсов
JPH05503356A (ja) コヒーレント周波数バースト検出装置及びその検出方法
US6411914B1 (en) System and method for coherent signal detection using wavelet functions
WO2014041338A1 (en) Discriminating pulse types
RU2428712C1 (ru) Способ радиолокационного обнаружения сигналов, отраженных от целей, и устройство для его реализации
JP2010091560A (ja) 高速サンプリング装置を用いた目標検出装置および方法
KR940001585A (ko) 샘플 데이타 수신기 스켈치 장치 및 그 수켈치 방법
RU2551700C1 (ru) Лазерный импульсный дальномер
Pace et al. Nyquist folding analog-to-information receiver: Autonomous information recovery using quadrature mirror filtering
RU117660U1 (ru) Устройство для обнаружения и измерения импульсного сигнала известной полярности
KR20050007210A (ko) 레이저 거리 측정 장치 및 그 방법
JP3495715B2 (ja) 回線品質監視装置及び回線品質監視方法
RU150255U1 (ru) Устройство распознавания объектов по дальномерному портрету с использованием двоичного квантования
RU2321018C1 (ru) Способ обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами и устройство для его осуществления
RU2700798C2 (ru) Устройство обнаружения широкополосных полигармонических сигналов на фоне аддитивной помехи
ES2366264T3 (es) Procedimiento de detección y de medición de parámetros de señales radioeléctricas.