RU2451962C1 - Method to measure time interval - Google Patents

Method to measure time interval Download PDF

Info

Publication number
RU2451962C1
RU2451962C1 RU2011101614/28A RU2011101614A RU2451962C1 RU 2451962 C1 RU2451962 C1 RU 2451962C1 RU 2011101614/28 A RU2011101614/28 A RU 2011101614/28A RU 2011101614 A RU2011101614 A RU 2011101614A RU 2451962 C1 RU2451962 C1 RU 2451962C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arrays
interval
array
sample
pulse
Prior art date
Application number
RU2011101614/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер (RU)
Валерий Григорьевич Вильнер
Владимир Георгиевич Волобуев (RU)
Владимир Георгиевич Волобуев
Дмитрий Игоревич Игнатьев (RU)
Дмитрий Игоревич Игнатьев
Александр Аполлонович Казаков (RU)
Александр Аполлонович Казаков
Артем Сергеевич Рябокуль (RU)
Артем Сергеевич Рябокуль
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2011101614/28A priority Critical patent/RU2451962C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451962C1 publication Critical patent/RU2451962C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: when measuring a time interval T, a sequence of clock pulses is generated with a period τ, as synchronised with the start of the measured interval, in the end of the interval a delayed signal pulse is generated with an available shape, the number N of clock pulses starts counting between the start of the interval and the moment of registration of the delayed pulse, a correction ΔN is generated, and the interval T is determined using the formula T=τ (N+ΔN). At the same time duration Tp of a signal pulse is established as more than two clock periods τ, a non-delayed signal pulse is previously digitised with the period x, and results of digitisation are saved in W>3 arrays{Su}w, where i=1 ,2,…, I - a sequence number of a sample in an array, w - a sequence number of an array, l>2 - number of samples, in process of digitisation in each array {S1i}w, samples of the non-delayed pulse are taken into moments of time counted from its start tiw=(w-l) τ/W+(i-1)-τ, and start of its digitisation is set so that the sample with the maximum value has the same sequence number in all arrays, besides, a sample with the maximum value is included into the set of sample values {S1i}w, as well as at least one sample at the left and the right from it, in process of measurement of a time interval, a delayed signal pulse is digitised with binding to a clock sequence, forming an array {S2i}, at the same time arrays {S1i}w and {S2i} are formed with identical number of samples I in each array, so that the maximum sample in the array {Si;} is in the same position, as in the arrays {S1i}w, afterwards W estimates Rw=R({S1i}w, {S2i}) are generated, which characterise proximity of arrays {S1i}w and {S2i}, for instance, in the form of a total absolute deviation
Figure 00000009
a sequence number w* is determined, at the same time the estimate Rw to a largest extent characterises the proximity of arrays {S1i}w and {S2i}, and a correction ΔN is generated using the formula ΔN=(w*-1)/W. Arrays {S1i}w and {S2i} may be normalized so that their maximum samples have the same value. To even more increase accuracy, it is possible to generate an additional correction ΔNC, determined previously by measurement of a reference interval of time.
EFFECT: increased accuracy of measurement of a time interval with standard equipment.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано в точных измерителях временных интервалов, в импульсной локации, экспериментальной физике и др.The invention relates to electronic instrumentation and can be used in accurate meters of time intervals, in pulsed locations, experimental physics, etc.

Известен простейший способ измерения временного интервала путем его преобразования в числовой код, по принципу счета числа тактовых импульсов стабильной частоты, заполняющих измеряемый временной интервал, задаваемый сигнальными импульсами «старт» и «стоп» [1]. Предельная точность этого способа «прямого счета» ограничена дискретностью тактовых импульсов.The simplest method for measuring the time interval by converting it into a numerical code is known, according to the principle of counting the number of clock pulses of a stable frequency, filling the measured time interval specified by the “start” and “stop” signal pulses [1]. The extreme accuracy of this “direct counting” method is limited by the discrete nature of clock pulses.

Известны пути повышения точности такого измерения без повышения тактовой частоты за счет введения интерполяционной поправки с помощью вспомогательных тактовых последовательностей. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ [2] измерения временного интервала Т путем формирования последовательности тактовых импульсов с периодом τ, синхронизированной с началом измеряемого интервала, формирования в конце интервала задержанного сигнального импульса известной формы, счета количества N тактовых импульсов между началом интервала и моментом регистрации задержанного импульса, формирования поправки ΔN и определения интервала Т по формуле Т=τ(N+ΔN). Для определения поправки ΔN в этом способе используют дополнительную последовательность тактовых импульсов, сдвинутую относительно основной последовательности по частоте и синхронизированную с задержанным сигнальным импульсом.Known ways to improve the accuracy of such a measurement without increasing the clock frequency due to the introduction of interpolation correction using auxiliary clock sequences. The closest in technical essence to the proposed method is a method [2] measuring the time interval T by forming a sequence of clock pulses with a period τ synchronized with the beginning of the measured interval, forming at the end of the interval a delayed signal pulse of a known shape, counting the number N of clock pulses between the beginning of the interval and the moment of registration of the delayed pulse, the formation of the correction ΔN and the determination of the interval T by the formula T = τ (N + ΔN). To determine the correction ΔN in this method, an additional sequence of clock pulses is used, shifted relative to the main sequence in frequency and synchronized with the delayed signal pulse.

При таком способе обработку информации и определение поправки ΔN производят в режиме реального времени, что требует сложной быстродействующей аппаратуры, подверженной к тому же риску грубых ошибок при воздействии электромагнитных наводок и помех и других неблагоприятных факторов, свойственных аналоговой обработке информации.With this method, information processing and determination of the ΔN correction are performed in real time, which requires complex high-speed equipment, which is also exposed to the risk of gross errors due to electromagnetic interference and interference and other adverse factors inherent in analog information processing.

Задачей изобретения является повышение точности и помехозащищенности измерения временного интервала стандартными аппаратными средствами.The objective of the invention is to improve the accuracy and noise immunity of measuring the time interval with standard hardware.

Указанная задача решается за счет того, что в известном способе измерения временного интервала Т путем формирования последовательности тактовых импульсов с периодом τ, синхронизированной с началом измеряемого интервала, формирования в конце интервала задержанного сигнального импульса известной формы, счета количества N тактовых импульсов между началом интервала и моментом регистрации задержанного импульса, формирования поправки ΔN и определения интервала Т по формуле Т=τ(N+ΔN), длительность Ти сигнального импульса устанавливают более двух тактовых периодов τ, незадержанный сигнальный импульс предварительно оцифровывают с периодом τ и сохраняют результаты оцифровки в W≥3 массивах {S1i}w, где i=1, 2,…, I - порядковый номер выборки в массиве, w - порядковый номер массива, I>2 - количество выборок, в процессе оцифровки в каждом массиве {S1i}w, берут выборки незадержанного импульса в отсчитываемые от его начала моменты времени tiw=(w-1)τ/W+(i-1)-r, а начало его оцифровки задают таким образом, чтобы выборка с максимальным значением имела во всех массивах одинаковый порядковый номер, причем в набор выборочных значений массивов {S1i}w включают выборку с максимальным значением и по крайней мере по одной выборке слева и справа от нее, в процессе измерения временного интервала задержанный сигнальный импульс оцифровывают с привязкой к тактовой последовательности, формируя массив {S2i}, при этом массивы {S1i}w и {S2i} формируют с одинаковым количеством выборок I в каждом массиве, так, чтобы максимальная выборка в массиве {S2i} находилась в той же позиции, что и в массивах {S1i}w, после чего формируют W оценок Rw=R({S1i}w, {S2i}), характеризующих близость массивов {S1i}w и {S2i}, например, в виде суммарного абсолютного отклонения

Figure 00000001
, определяют порядковый номер w*, при котором оценка Rw в наибольшей степени характеризует близость массивов {S1i}w и {S2i}, и формируют поправку ΔN по формуле ΔN=(w*-l)/W.This problem is solved due to the fact that in the known method of measuring the time interval T by forming a sequence of clock pulses with a period τ synchronized with the beginning of the measured interval, forming at the end of the interval a delayed signal pulse of a known shape, counting the number N of clock pulses between the beginning of the interval and the moment registration delayed pulse forming correction ΔN and determine the interval T from the formula T = τ (N + ΔN), the duration T, and signal pulse set bole two clock periods τ, the undelayed signal pulse previously digitized with a period τ digitizing and storing the results in W≥3 arrays {S 1i} w, where i = 1, 2, ..., I - sequential sample number in the array, w - ref array number , I> 2 is the number of samples, in the process of digitization in each array {S 1i } w , samples of the uncontrolled pulse are taken at the time instants t iw = (w-1) τ / W + (i-1) -r, and the beginning of its digitization is set so that the sample with the maximum value has the same serial number in all arrays, and in the set of sample values of the arrays {S 1i } w include the sample with the maximum value and at least one sample to the left and to the right of it, during the measurement of the time interval, the delayed signal pulse is digitized with reference to the clock sequence, forming the array {S 2i }, the arrays {S 1i } w and {S 2i } are formed with the same number of samples I in each array, so that the maximum sample in the array {S 2i } is in the same position as in the arrays {S 1i } w , then w is formed count R w = R ({S 1i } w, {S 2i}), characterized x proximity array {S 1i} w and {S 2i}, e.g., as the sum of absolute deviation
Figure 00000001
, determine the serial number w * at which the estimate R w characterizes the closeness of the arrays {S 1i } w and {S 2i } to the greatest degree, and form the correction ΔN by the formula ΔN = (w * -l) / W.

Для обеспечения максимальной чувствительности способа к положению задержанного сигнального импульса массивы {S1i}w и {S2i} нормируют так, чтобы их максимальные выборки имели одинаковое значение.To ensure maximum sensitivity of the method to the position of the delayed signal pulse, the arrays {S 1i } w and {S 2i } are normalized so that their maximum samples have the same value.

Для исключения неучтенной систематической погрешности при определении временного интервала Т вводят дополнительную поправку ΔNк, определяемую предварительно путем измерения эталонного интервала времени Тэ, вычисления поправки ΔNк по формуле ΔNк=(Тэ-Т)/τ, а в процессе измерения определяют оценку Т измеряемого интервала по формуле Т=τ(N+ΔN+ΔNк).To eliminate the unaccounted for systematic error in determining the time interval T, an additional correction ΔN k is introduced, determined previously by measuring the reference time interval T e , calculating the correction ΔN k by the formula ΔN k = (T e -T) / τ, and the measurement T of the measured interval by the formula T = τ (N + ΔN + ΔN k ).

На Фиг.1 представлена временная диаграмма процесса измерения временного интервала Т, его привязки к тактовой частоте и формирования массивов {S1i} и {S2i}. На фиг.2 показан сигнальный импульс S2(t) при нулевом сдвиге относительно тактового импульса (фиг.2а) и со сдвигом на 0,4 тактового периода (фиг.2б). Фиг.3 иллюстрирует формирование функции

Figure 00000002
. Показаны зависимости вида
Figure 00000001
, для значений сдвига сигнала S2(t), равного 0 и 0,4 (W=10). На фиг.4а) и б) представлены реализации Rw при воздействии аддитивного шума при отношении сигнал/шум соответственно 100 и 30.Figure 1 presents a timing diagram of the process of measuring the time interval T, its binding to the clock frequency and the formation of arrays {S 1i } and {S 2i }. Figure 2 shows the signal pulse S 2 (t) at zero offset relative to the clock pulse (figa) and with a shift of 0.4 clock period (fig.2b). Figure 3 illustrates the formation of functions
Figure 00000002
. View dependencies are shown.
Figure 00000001
, for the values of the signal shift S 2 (t) equal to 0 and 0.4 (W = 10). On figa) and b) presents the implementation of R w when exposed to additive noise with a signal to noise ratio of 100 and 30, respectively.

В начале измеряемого интервала времени Т формируют сигнальный импульс S1(t)1, а в конце - импульс S2(t)2. К импульсу 1 привязывают последовательность тактовых импульсов 3 таким образом, чтобы временное положение импульса 1 соответствовало массиву выборочных значений {S1i}1. Массив {S1i}1 принадлежит к набору массивов {S1i}w 4, определяемых предварительно оцифровкой первого сигнального импульса. При оцифровке импульса S1(t) формируют W массивов его выборочных значений. Выборки в этих массивах определяют с периодом тактовой последовательности τ. Оцифровку производят так, чтобы первая выборка в каждом массиве была задержана относительно условного начала импульса S1(t) на отрезок времени (w-1)τ/W, где w=1, 2,.…, W - порядковый номер массива {S1i}w; W - количество массивов.At the beginning of the measured time interval T, a signal pulse S 1 (t) 1 is formed, and at the end, a pulse S 2 (t) 2 is formed. A sequence of clock pulses 3 is tied to pulse 1 in such a way that the temporary position of pulse 1 corresponds to an array of sample values {S 1i } 1 . The array {S 1i } 1 belongs to the set of arrays {S 1i } w 4, which are preliminarily determined by digitizing the first signal pulse. When digitizing the pulse S 1 (t), W arrays of its sample values are formed. The samples in these arrays are determined with a period of the clock sequence τ. Digitization is performed so that the first sample in each array is delayed relative to the conditional start of the pulse S 1 (t) by the time interval (w-1) τ / W, where w = 1, 2, ..., W is the serial number of the array {S 1i } w ; W is the number of arrays.

Расчетами и экспериментально показано, что количество W массивов {S1i}w должно быть не менее трех. В набор выборочных значений массивов {S1i}w включают выборку с максимальным значением и по крайней мере по одной выборке слева и справа от нее. Количество выборок I во всех массивах должно быть одинаковым. Условное начало импульса S1(t) выбирают так, чтобы при оцифровке во всех массивах {S1i}w выборка с максимальным значением находилась на одинаковой позиции i=imax.Calculations and experimentally showed that the number W of arrays {S 1i } w should be at least three. The set of sample values of arrays {S 1i } w includes a sample with a maximum value and at least one sample to the left and to the right of it. The number of samples I in all arrays should be the same. The conditional beginning of the pulse S 1 (t) is chosen so that, when digitizing in all arrays {S 1i } w, the sample with the maximum value is at the same position i = i max .

Полученный набор массивов {S1i}w (шаблоны) сохраняют в памяти системы.The resulting set of arrays {S 1i } w (templates) is stored in the system memory.

В процессе измерения временного интервала Т производят оцифровку второго сигнального импульса S2(t) 2 в моменты прихода тактовых импульсов. По результатам оцифровки формируют массив {S2i} 5 таким образом, чтобы он содержал выборку с максимальным значением в той же позиции, что и в массивах {S1i}w, а количество выборок в этом массиве равнялось I.In the process of measuring the time interval T, the second signal pulse S 2 (t) 2 is digitized at the moments of arrival of the clock pulses. Based on the results of digitization, an array {S 2i } 5 is formed in such a way that it contains a sample with the maximum value in the same position as in the arrays {S 1i } w , and the number of samples in this array is I.

После формирования массива {S2i} производят его сравнение с каждым из шаблонов {S1i}w, путем формирования коэффициентов Rw=R({S1i}w, {S2i}), характеризующих близость массивов {S1i}w и {S2i}, например, в виде коэффициента корреляции

Figure 00000003
или среднего абсолютного отклонения
Figure 00000004
. Затем определяют порядковый номер w=w* того шаблона, который по выбранному критерию ближе к массиву {S2i}, и определяют поправку ΔN по формуле ΔN=(w*-l)/W.After the formation of the array {S 2i }, it is compared with each of the patterns {S 1i } w , by forming the coefficients R w = R ({S 1i } w , {S 2i }) characterizing the proximity of the arrays {S 1i } w and { S 2i }, for example, in the form of a correlation coefficient
Figure 00000003
or mean absolute deviation
Figure 00000004
. Then determine the serial number w = w * of the template, which is closer to the array {S 2i } by the selected criterion, and determine the correction ΔN by the formula ΔN = (w * -l) / W.

Пример.Example.

Тактовая последовательность в условном масштабе времени t имеет период τ=1.The clock sequence in a conventional time scale t has a period τ = 1.

Сигнальные импульсы в этом масштабе описываются выражением S(t)=At2exp(-bt). Вид сигнальных импульсов при А=184 и b=1 представлен на фиг.2. Как видно из графика, длительность сигнального импульса составляет 8 периодов тактовой частоты, а амплитуда в условном масштабе равна 100. Начало сигнального импульса 1 фиг.2а) условно привязано ко второму тактовому импульсу, а сигнальный импульс на фиг.2б) сдвинут относительно этого положения на 0,4 тактовых периода.Signal pulses on this scale are described by the expression S (t) = At 2 exp (-bt). The type of signal pulses at A = 184 and b = 1 is shown in Fig.2. As can be seen from the graph, the duration of the signal pulse is 8 periods of the clock frequency, and the amplitude on a conditional scale is 100. The beginning of the signal pulse 1 of Fig.2a) is conditionally attached to the second clock pulse, and the signal pulse in Fig.2b) is shifted relative to this position by 0.4 clock periods.

В результате оцифровки первого сигнального импульса получены десять массивов {S1i}w нормированных выборочных значений сигнала S1(t), приведенных в табл.1.As a result of digitization of the first signal pulse, ten arrays {S 1i } w of normalized sample values of the signal S 1 (t) are shown in Table 1.

Таблица 1Table 1 Массивы {S1i}w, выборочных значений сигнала S1(t)=S(t)=At2exp(-bt)Arrays {S 1i } w , sample values of the signal S 1 (t) = S (t) = At 2 exp (-bt) Массив (шаблон)Array (pattern) № выборкиSample No. i=1i = 1 i=2i = 2 i=3i = 3 i=4i = 4 i=5i = 5 {S1i}1 {S 1i } 1 0,38230.3823 1,00001,0000 0,97140.9714 0,68510.6851 0,41150.4115 {S1i}2 {S 1i } 2 0,46090.4609 1,00001,0000 0,92800.9280 0,64110.6411 0,38060.3806 {S1i}3 {S 1i } 3 0,53690.5369 1,00001,0000 0,89020.8902 0,60320.6032 0,35400.3540 {S1i}4 {S 1i } 4 0,60990.6099 1,00001,0000 0,85700.8570 0,57020.5702 0,33110.3311 {S1i}5 {S 1i } 5 0,67960.6796 1,00001,0000 0,82770.8277 0,54130.5413 0,31120.3112 {S1i}6 {S 1i } 6 0,74580.7458 1,00001,0000 0,80170.8017 0,51590.5159 0,29360.2936 {S1i}7 {S 1i } 7 0,80870.8087 1,00001,0000 0,77830.7783 0,49320.4932 0,27810.2781 {S1i}8 {S 1i } 8 0,86840.8684 1,00001,0000 0,75730.7573 0,47300.4730 0,26440.2644 {S1i}9 {S 1i } 9 0,92500.9250 1,00001,0000 0,73830.7383 0,45490.4549 0,25200.2520 {S1i}10 {S 1i } 10 0,97860.9786 1,00001,0000 0,72100.7210 0,43850.4385 0,24100.2410

Периодичность выборок равна тактовому периоду τ=1. Начальный сдвиг оцифровки w-го шаблона равен (w-1)/10, то есть первый шаблон имеет нулевой сдвиг, а сдвиг 10-го шаблона равен 0,9 периода тактовой последовательности. При оцифровке начало сигнала S1(t) выбрано так, чтобы максимальная выборка приходилась на одну позицию во всех шаблонах (j=2). В каждом шаблоне оставлены выборки со значениями S1i>0,2. При этом количество выборок во всех шаблонах I=5.The sampling frequency is equal to the clock period τ = 1. The initial digitization shift of the wth pattern is (w-1) / 10, that is, the first pattern has a zero shift, and the shift of the 10th pattern is 0.9 periods of the clock sequence. When digitizing, the beginning of the signal S 1 (t) is chosen so that the maximum sample falls at one position in all patterns (j = 2). Samples with values S 1i > 0.2 were left in each template. In this case, the number of samples in all the patterns is I = 5.

В результате оцифровки получены нормированные массивы сигнала S2(t) с нулевым сдвигом и со сдвигом на 0,4 тактового периода. Результаты оцифровки {S2i} при двух значениях сдвига сигнала S2(t), показанных на фиг.2, приведены в табл.2. Так же, как и в шаблонах, количество выборок I=5, а максимальная выборка находится во второй позиции.As a result of digitization, normalized signal arrays S 2 (t) with a zero shift and a shift of 0.4 clock periods are obtained. The results of digitization {S 2i } at two values of the signal shift S 2 (t), shown in figure 2, are shown in table 2. As in the templates, the number of samples is I = 5, and the maximum sample is in the second position.

Таблица 2table 2 Результаты оцифровки {S2i} сигнального импульса S2(t) при его сдвиге на 0 и 0,4 тактового периодаDigitization results {S 2i } of the signal pulse S 2 (t) when it is shifted by 0 and 0.4 clock periods сдвиг сигналаsignal shift № выборкиSample No. i=1i = 1 i=2i = 2 i=3i = 3 i=4i = 4 i=5i = 5 00 0,38230.3823 1,00001,0000 0,97140.9714 0,68510.6851 0,41150.4115 0,40.4 0,67960.6796 1,00001,0000 0,82770.8277 0,54130.5413 0,31120.3112

Сравнение массивов {S2i} с шаблонами {S1i}w производилось по критерию среднего абсолютного отклонения

Figure 00000005
. Результаты сравнения приведены в Табл. 3 и на графиках фиг.3а) (нулевой сдвиг сигнала) и фиг.3б) (сдвиг сигнала равен 0,4).Comparison of arrays {S 2i } with patterns {S 1i } w was carried out according to the criterion of mean absolute deviation
Figure 00000005
. The comparison results are shown in Table. 3 and in the graphs of FIG. 3a) (zero signal shift) and FIG. 3b) (signal shift is 0.4).

Таблица 3Table 3 Среднее абсолютное отклонение Rw массива {S2i} от шаблонов {S1i}w The average absolute deviation R w of the array {S 2i } from the patterns {S 1i } w сдвиг сигналаsignal shift № шаблонаPattern No. 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 00 00 0,19690.1969 0,37520.3752 0,53730.5373 0,68510.6851 0,82030.8203 0,94480.9448 1,05941.0594 1,16551,1655 1,26381.2638 0,40.4 0,68510.6851 0,48820.4882 0,30990.3099 0,14780.1478 00 0,13520.1352 0,25940.2594 0,37430.3743 1,16551,1655 0,48040.4804

Минимальное значение Rw 6 соответствует сдвигу сигнала на 0,4 тактового периода. По номеру w* соответствующего шаблона формируют поправку ΔN. В первом случае она равна (1-1)/10=0, а во втором (5-1)/10=0,4, что соответствует реальному сдвигу.The minimum value of R w 6 corresponds to a signal shift of 0.4 clock periods. By the number w * of the corresponding template, the correction ΔN is formed. In the first case, it is (1-1) / 10 = 0, and in the second (5-1) / 10 = 0.4, which corresponds to a real shift.

Приведенные результаты получены в отсутствие шумовых искажений.The results are obtained in the absence of noise distortion.

В таблице 4 приведены результаты обработки данных по предлагаемому способу при воздействии нескольких реализаций аддитивного шума в полосе частот, соответствующей спектральной характеристике сигнала.Table 4 shows the results of data processing by the proposed method when exposed to several implementations of additive noise in the frequency band corresponding to the spectral characteristic of the signal.

Таблица 4Table 4 Среднее абсолютное отклонение Rw массива {S2i} от шаблонов {S1i}w при воздействии аддитивного шума. Подчеркнуты минимальные значения.The average absolute deviation R w of the array {S 2i } from the patterns {S 1i } w when exposed to additive noise. Minimum values are underlined. отношение сигнал/шумsignal to noise ratio № шаблонаPattern No. 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 100one hundred 0,67790.6779 0,4810.481 0,30270.3027 0,14060.1406 0,0170.017 0,14240.1424 0,26690.2669 0,38150.3815 0,48760.4876 0,58590.5859 100one hundred 0,6610.661 0,46410.4641 0,28580.2858 0,12370.1237 0,02410,0241 0,15930.1593 0,28380.2838 0,39840.3984 0,50450.5045 0,60280.6028 100one hundred 0,70440.7044 0,50750.5075 0,32920.3292 0,16710.1671 0,03170,0317 0,11590.1159 0,24040.2404 0,3550.355 0,46110.4611 0,55940.5594 100one hundred 0,68980.6898 0,49290.4929 0,31460.3146 0,15250.1525 0,03730,0373 0,13050.1305 0,2550.255 0,36960.3696 0,47570.4757 0,5740.574 30thirty 0,57430.5743 0,37740.3774 0,20410.2041 0.1080.108 0,1280.128 0,2460.246 0,37050.3705 0,48510.4851 0,59120.5912 0,68950.6895 30thirty 0,66890.6689 0,4720.472 0,29370.2937 0,13160.1316 0,15020,1502 0,19940.1994 0,27590.2759 0,39050.3905 0,49660.4966 0,59490.5949 30thirty 0,69550.6955 0,49860.4986 0,32030.3203 0,15820.1582 0,0480,048 0,1480.148 0,24930.2493 0,36390.3639 0,470.47 0,56830.5683 30thirty 0,810.81 0,61310.6131 0,43480.4348 0,27270.2727 0,12490.1249 0,05370,0537 0,13480.1348 0,24940.2494 0,35550.3555 0,45380.4538 1010 0,89180.8918 0,69490.6949 0,51660.5166 0,38950.3895 0,38110.3811 0,37830.3783 0,40880.4088 0,4540.454 0,49730.4973 0,5390.539

Из таблицы и графиков Фиг.4 видно, что при отношении сигнал/шум=100 зависимость Rw 6 от w практически не отличается от идеальной. При отношении сигнал/шум=30 положение минимума функции может смещаться в соседнюю позицию. При этом ошибка измерения временного интервала достигает 0,1τ. При дальнейшем уменьшении отношения сигнал/шум пик зависимости Rw становится менее выраженным, и это может привести к увеличению ошибки. Необходимо отметить, что в подобных условиях и при заданных ограничениях ошибка, присущая известному техническому решению [2] и другим подобным решениям, может превышать ошибку, обеспечиваемую предлагаемым способом, поскольку известные способы не предназначены для измерений в присутствии шумов и не оптимизированы по этому фактору. Ошибка в них может достигать длительности фронта сигнального импульса [1, стр.77].From the table and graphs of Figure 4 it can be seen that when the signal to noise ratio = 100, the dependence of R w 6 on w practically does not differ from the ideal one. With a signal-to-noise ratio = 30, the minimum position of the function can be shifted to an adjacent position. In this case, the error in measuring the time interval reaches 0.1τ. With a further decrease in the signal-to-noise ratio, the peak of the dependence R w becomes less pronounced, and this can lead to an increase in the error. It should be noted that under such conditions and under given restrictions, the error inherent in the known technical solution [2] and other similar solutions may exceed the error provided by the proposed method, since the known methods are not designed for measurements in the presence of noise and are not optimized for this factor. The error in them can reach the duration of the signal pulse front [1, p. 77].

Наибольшая однозначность и помехозащищенность измерений обеспечивается при нормировке массивов {S1i}w и {S2i} так, чтобы их максимальные выборки имели одинаковое значение. В рассмотренном выше примере величина максимальной выборки всех массивов равна 1.The greatest uniqueness and noise immunity of measurements is ensured by normalizing the arrays {S 1i } w and {S 2i } so that their maximum samples have the same value. In the above example, the maximum sample size of all arrays is 1.

Для того чтобы при формировании шаблонов {S1i}w в каждом из них максимальная выборка находилась в одной позиции, начало импульса S1(t), которым он привязывается к тактовой последовательности, выбирается условно. При этом может возникнуть систематический сдвиг оценки измерения, который исключают путем предварительной калибровки эталонным временным интервалом Тэ и определения соответствующей поправки ΔNк=(Тээ*)/τ, где Тэ - измеренная величина эталонного интервала. В процессе измерения определяют оценку Т измеряемого интервала по формуле Т=τ(N+ΔN+ΔNк).In order for the maximum sample to be in the same position when forming the patterns {S 1i } w in each of them, the beginning of the pulse S 1 (t), by which it is tied to the clock sequence, is selected conditionally. In this case, a systematic shift in the measurement evaluation can occur, which is excluded by preliminary calibration with the reference time interval T e and determining the corresponding correction ΔN k = (T e -T e * ) / τ, where T e is the measured value of the reference interval. In the measurement process, an estimate of T of the measured interval is determined by the formula T = τ (N + ΔN + ΔN k ).

Предлагаемый способ реализован в экспериментальном образце лазерного дальномера со следующими характеристиками. Тактовая частота FT=25 МГц (тактовый период Т=40 нc). Количество массивов {S0i} W=100. Максимальные выборки всех массивов {S0i}w находятся во 2-й позиции, а общее количество выборок К=5. Среднеквадратичная ошибка измерения интервала Т не превышает 0,4 нс (это соответствует ошибке измерения дальности 0,06 м). У известных приборов ошибка измерения в десятки раз больше этой величины.The proposed method is implemented in an experimental sample of a laser rangefinder with the following characteristics. Clock frequency F T = 25 MHz (clock period T = 40 ns). The number of arrays {S 0i } W = 100. The maximum samples of all arrays {S 0i } w are in the 2nd position, and the total number of samples is K = 5. The standard error of the measurement of the interval T does not exceed 0.4 ns (this corresponds to a measurement error of the range of 0.06 m). In known devices, the measurement error is tens of times greater than this value.

Предлагаемый способ измерения временного интервала по сравнению с известными способами обеспечивает значительно более точную оценку положения второго сигнального импульса по отношению к началу измеряемого интервала как в условиях воздействия шумов, так и в их отсутствие.The proposed method for measuring the time interval in comparison with the known methods provides a significantly more accurate estimate of the position of the second signal pulse with respect to the beginning of the measured interval both in the presence of noise and in their absence.

В результате использования способа обеспечивается существенное повышение точности и помехозащищенности измерения временного интервала стандартными аппаратными средствами.As a result of using the method, a significant increase in the accuracy and noise immunity of measuring the time interval by standard hardware is provided.

Источники информацииInformation sources

1. Е.А.Мелешко «Интегральные схемы в наносекундной ядерной электронике». М.: Атомиздат, 1977, с.139.1. E.A. Meleshko "Integrated Circuits in Nanosecond Nuclear Electronics". M .: Atomizdat, 1977, p. 139.

2. Патент РФ №2133053, 1999. Е.И.Гурин. «Способ ускоренной нониусной интерполяции временных интервалов» - прототип.2. RF patent No. 2133053, 1999. E.I. Gurin. "Method of accelerated nonius interpolation of time intervals" - prototype.

Claims (3)

1. Способ измерения временного интервала Т путем формирования последовательности тактовых импульсов с периодом τ, синхронизированной с началом измеряемого интервала, формирования в конце интервала задержанного сигнального импульса известной формы, счета количества N тактовых импульсов между началом интервала и моментом регистрации задержанного импульса, формирования поправки ΔN и определения интервала Т по формуле T=τ(N+ΔN), отличающийся тем, что длительность Ти сигнального импульса устанавливают более двух тактовых периодов τ, незадержанный сигнальный импульс предварительно оцифровывают с периодом τ и сохраняют результаты оцифровки в W≥3 массивах
{S1i}w, где i=1, 2,…, I - порядковый номер выборки в массиве, w - порядковый номер массива, I>2 - количество выборок, в процессе оцифровки в каждом массиве {S1i}w берут выборки незадержанного импульса в отсчитываемые от его начала моменты времени tiw=(w-1)τ/W+(i-1)·τ, а начало его оцифровки задают таким образом, чтобы выборка с максимальным значением имела во всех массивах одинаковый порядковый номер, причем в набор выборочных значений массивов {S1i}w включают выборку с максимальным значением и по крайней мере по одной выборке слева и справа от нее, в процессе измерения временного интервала задержанный сигнальный импульс оцифровывают с привязкой к тактовой последовательности, формируя массив {S2i}, при этом массивы {S1i}w и {S2i} формируют с одинаковым количеством выборок I в каждом массиве так, чтобы максимальная выборка в массиве {S2i} находилась в той же позиции, что и в массивах {S1i}w, после чего формируют W оценок Rw=R({S1i}w, {S2i}), характеризующих близость массивов {S1i}w и {S2i}, например, в виде суммарного абсолютного отклонения
Figure 00000006
, определяют порядковый номер w*, при котором оценка Rw в наибольшей степени характеризует близость массивов {S1i}w и {S2i}, и формируют поправку ΔN по формуле ΔN=(w*-1)/W.
1. The method of measuring the time interval T by forming a sequence of clock pulses with a period τ synchronized with the beginning of the measured interval, forming at the end of the interval a delayed signal pulse of a known shape, counting the number N of clock pulses between the beginning of the interval and the moment of registration of the delayed pulse, generating the correction ΔN and determining an interval T using the formula T = τ (N + ΔN) , characterized in that the duration T and the pulse signal is set for more than two clock periods τ, nezade zhanny previously digitized pulse signal with a period τ and stores the result in the digitizing arrays W≥3
{S 1i } w , where i = 1, 2, ..., I is the serial number of the sample in the array, w is the serial number of the array, I> 2 is the number of samples, in the process of digitization in each array {S 1i } w take samples of undelayed pulse at the time moments t iw = (w-1) τ / W + (i-1) · τ counted from its beginning, and the beginning of its digitization is set so that the sample with the maximum value has the same serial number in all arrays, and in a set of sample values of arrays {S 1i } w include a sample with a maximum value and at least one sample to the left and to the right of it, in the process All time interval measurements, the delayed signal pulse is digitized with reference to the clock sequence, forming the array {S 2i }, while the arrays {S 1i } w and {S 2i } are formed with the same number of samples I in each array so that the maximum sample in the array {S 2i } was in the same position as in the arrays {S 1i } w , after which form W estimates R w = R ({S 1i } w , {S 2i }), characterizing the proximity of the arrays {S 1i } w and {S 2i }, for example, in the form of a total absolute deviation
Figure 00000006
, determine the serial number w *, in which the estimate R w characterizes the closeness of the arrays {S 1i } w and {S 2i } to the greatest extent, and form the correction ΔN by the formula ΔN = (w * -1) / W.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массивы {S1i}w и {S2i} нормируют так чтобы их максимальные выборки имели одинаковое значение.2. The method according to claim 1, characterized in that the arrays {S 1i } w and {S 2i } are normalized so that their maximum samples have the same value. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении временного интервала Т вводят дополнительную поправку ΔNк, определяемую предварительно путем измерения эталонного интервала времени Тэ, вычисления поправки ΔNк по формуле ΔNк=(Тээ*)/τ, где Тэ* - измеренная величина интервала Тэ, а в процессе измерения определяют оценку Т измеряемого интервала по формуле T=τ(N+ΔN+ΔNк). 3. The method according to claim 1, characterized in that when determining the time interval T, an additional correction ΔN k is introduced, determined previously by measuring the reference time interval T e , calculating the correction ΔN k by the formula ΔN k = (T e -T e * ) / τ, where T e * is the measured value of the interval T e , and during the measurement process, an estimate of T of the measured interval is determined by the formula T = τ (N + ΔN + ΔN k ).
RU2011101614/28A 2011-01-18 2011-01-18 Method to measure time interval RU2451962C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011101614/28A RU2451962C1 (en) 2011-01-18 2011-01-18 Method to measure time interval

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011101614/28A RU2451962C1 (en) 2011-01-18 2011-01-18 Method to measure time interval

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2451962C1 true RU2451962C1 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011101614/28A RU2451962C1 (en) 2011-01-18 2011-01-18 Method to measure time interval

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451962C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4514835A (en) * 1983-08-06 1985-04-30 Robert Bosch Gmbh Device for measuring time intervals between a plurality of successive events
RU2069888C1 (en) * 1991-04-15 1996-11-27 Научно-исследовательский институт измерительных систем Time space conversion method
RU2133053C1 (en) * 1997-07-21 1999-07-10 Гурин Евгений Иванович Method of accelerated nonius interpolation of time intervals
EP1016944A1 (en) * 1998-12-30 2000-07-05 Commissariat A L'energie Atomique Method for measuring a time interval and means for applying this method
RU2241246C2 (en) * 2002-01-08 2004-11-27 Открытое акционерное общество "МОРИОН" Device for measuring time intervals of electric signals

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4514835A (en) * 1983-08-06 1985-04-30 Robert Bosch Gmbh Device for measuring time intervals between a plurality of successive events
RU2069888C1 (en) * 1991-04-15 1996-11-27 Научно-исследовательский институт измерительных систем Time space conversion method
RU2133053C1 (en) * 1997-07-21 1999-07-10 Гурин Евгений Иванович Method of accelerated nonius interpolation of time intervals
EP1016944A1 (en) * 1998-12-30 2000-07-05 Commissariat A L'energie Atomique Method for measuring a time interval and means for applying this method
RU2241246C2 (en) * 2002-01-08 2004-11-27 Открытое акционерное общество "МОРИОН" Device for measuring time intervals of electric signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10185032B2 (en) Time measurement circuit and optoelectronic distance meter having such a time measurement circuit
US20180235506A1 (en) Method and device for measuring biometric data using uwb radar
TWI395955B (en) Probability density function separating apparatus, probability density function separating method, testing apparatus, bit error rate measuring apparatus, electronic device, and program
JP6304321B2 (en) Ranging sensor and ranging method
US7184908B2 (en) Calibration method of time measurement apparatus
CN105549027B (en) A kind of distance measuring method and system based on laser pulse shape leading edge detection
CN110988834A (en) Pulse arrival time measuring method based on self-adaptive threshold value double thresholds
US7945406B2 (en) Measuring device and method for measuring relative phase shifts of digital signals
US7450043B2 (en) Method of compensating for deterministic jitter due to interleave error
CN107678333B (en) Step length time correction method and device based on equivalent time sequence sampling
CN210129035U (en) Laser radar echo data extraction device
RU2451962C1 (en) Method to measure time interval
US10955441B2 (en) Measurement system and method for operating a measurement system
CN113625050A (en) High-precision pulse repetition interval measuring device and method based on interpolation method
CN116338708A (en) Method, device and system for measuring flight time
US10145719B2 (en) Echo curve determination at a resolution that differs on area-by-area basis
RU2469269C2 (en) Range-finding method
CN117310636B (en) Fixed pulse repetition interval measurement method, device and medium
Jaya et al. The design of clocked-comparator-based time-interval measurement circuit for pulse ToF measurement
CN107870365B (en) High frequency static correction value modification method and system
CN114270219A (en) Measurement method, apparatus, movable platform and computer readable medium
RU2456632C1 (en) Method of measuring time intervals between radio pulses
RU2478213C2 (en) Signal frequency measurement method
US20140188436A1 (en) Test apparatus and test method
CN111486804B (en) Signal processing method and measuring method for precision part thickness measurement