RU2718856C1 - Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions - Google Patents
Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718856C1 RU2718856C1 RU2019111489A RU2019111489A RU2718856C1 RU 2718856 C1 RU2718856 C1 RU 2718856C1 RU 2019111489 A RU2019111489 A RU 2019111489A RU 2019111489 A RU2019111489 A RU 2019111489A RU 2718856 C1 RU2718856 C1 RU 2718856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- noise
- threshold
- frequency
- value
- level
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/06—Receivers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
- H04B1/06—Receivers
- H04B1/10—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Noise Elimination (AREA)
Abstract
Description
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.The present invention relates to the reception of signals, in particular to a technique for extracting signals from noise and can be used in any field where it is necessary to ensure the maximum signal to noise ratio.
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.There is a method of stabilizing the average frequency of noise emissions above a threshold level [1-2], which consists in determining the frequency of noise responses at the output of a threshold device and automatically adjusting the threshold to maintain a given response frequency.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ автоматической стабилизации частоты f пересечения порогового уровня выбросами шумового процесса [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+Uf=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 его пересечении шумом.The closest in technical essence to the proposed method is a method for automatically stabilizing the frequency f of crossing the threshold level by emissions of the noise process [3] by adjusting the threshold level depending on the frequency of its excess noise. According to this method, the frequency f is determined by the accumulation of output pulses over time T, and the threshold U in the steady state is determined by the expression U = U 0 + U f = U 0 + ΔUTf 0 exp (-U 2 / 2σ 2 ), where U 0 - initial threshold value; f 0 is the frequency of noise crossing the zero threshold; σ is the rms value of the noise; ΔU is the unit increment of the threshold along the feedback loop when it is crossed by noise.
Недостатком указанного способа является медленный выход на рабочий режим ввиду того, что в процессе установления рабочего порога частота шумовых срабатываний уменьшается, и крутизна переходного процесса, пропорциональная текущей частоте, снижается. Согласно [3] время Tr выхода на рабочий режим при таком способе составляет 1-6 с в зависимости от требований, предъявляемых к точности стабилизации.The disadvantage of this method is the slow exit to the operating mode due to the fact that in the process of setting the operating threshold, the frequency of noise interventions decreases, and the steepness of the transient, proportional to the current frequency, decreases. According to [3], the time T r of reaching the operating mode with this method is 1-6 s, depending on the requirements for stabilization accuracy.
Задачей изобретения является уменьшение времени выхода на рабочий режим.The objective of the invention is to reduce the time required to reach the operating mode.
Указанная задача решается за счет того, что в известном способе автоматической стабилизации частоты f пересечения порогового уровня выбросами шумового процесса путем регулирования порогового уровня в зависимости от частоты его превышений шумовым процессом, предварительно определяют частоту f0 превышения шумовым процессом нулевого порогового уровня и максимальное среднеквадратическое значение σmax шумового процесса, устанавливают начальный пороговый уровень U1<mσmax, где m<(U1/σ) - предварительная оценка требуемого отношения порог/шум в режиме стабилизации, которому соответствует частота f1 превышения шумовым процессом уровня U1 и уменьшают частоту f до стабильного значения f0>f2>fp, где fp - требуемое значение частоты f в рабочем режиме, путем увеличения порога на величину ΔU после каждого превышения его шумом до тех пор, пока порог не выйдет на стабильный уровень U2, после чего производят подсчет количества N2 превышений порога шумовыми выбросами в течение времени усреднения Т2, по окончании этого времени в момент t3 регистрируют величину N2, определяют частоту шумовых выбросов f2=N2/T2 и устанавливают рабочий пороговый уровень величину Т2 устанавливают из условия N2>1/δ2 N, где δN - предельное относительное отклонение количества шумовых превышений порогового уровня от их среднего значения, величину f2 устанавливают в пределах 0,01<f2/f0<0,9, a ΔU выбирают из условия где индексы означают предварительную оценку максимальных и минимальных значений величин U3, U1 и N1.This problem is solved due to the fact that in the known method for automatically stabilizing the frequency f of the threshold level crossing by the emissions of the noise process by adjusting the threshold level depending on the frequency of its excess by the noise process, the frequency f 0 of the noise process exceeding the zero threshold level and the maximum rms value σ max noise process, set the initial threshold level U 1 <mσ max , where m <(U 1 / σ) is a preliminary estimate of the required threshold / noise ratio in stabilization mode, which corresponds to the frequency f 1 the noise process exceeds the level of U 1 and reduce the frequency f to a stable value f 0 > f 2 > f p , where f p is the desired value of the frequency f in the operating mode, by increasing the threshold by ΔU after each exceeding it by noise until the threshold reaches a stable level of U 2 , after which the number N 2 of exceeding the threshold by noise emissions is calculated during the averaging time T 2 , at the end of this time at the time t 3 the value of N 2 is recorded, determine noise frequency in Quit f 2 = N 2 / T 2 and sets the operating threshold the value of T 2 is set from the condition N 2 > 1 / δ 2 N , where δ N is the limiting relative deviation of the number of noise excesses of the threshold level from their average value, the value of f 2 is set within 0.01 <f 2 / f 0 <0, 9, a ΔU is selected from the condition where the indices mean a preliminary assessment of the maximum and minimum values of U 3 , U 1 and N 1 .
Техническим результатом изобретения является минимальное время выхода на рабочий режим порогового обнаружителя сигналов при обеспечении максимальной вероятности обнаружения сигнала.The technical result of the invention is the minimum time for reaching the operating mode of a threshold signal detector while ensuring the maximum probability of signal detection.
На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ. На фиг. 2 показана циклограмма способа.In FIG. 1 shows a diagram of a device that implements the method. In FIG. 2 shows a cyclogram of a method.
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 связана с таймером стабилизации 5, на выходе которого включен таймер переключения режима 6. Таймер стабилизации 5, таймер выхода на режим 6 и схема сброса порога 7 связаны со схемой включения 8. На выходе импульсного формирователя 2 установлен связанный с таймером выхода на режим 6 ключ 10, выход которого является выходом устройства. На выходе импульсного формирователя 2 установлен счетчик усреднения 11, управляемый с выхода таймера стабилизации 5 и таймера переключения режима 6. На выходе счетчика 11 включен вычислитель рабочего порога 12, связанный с управляющим входом схемы повышения порога 4 и выходом таймера переключения режима 6.According to FIG. 1, the threshold detector contains a
На фиг. 2 показана последовательность операций способа. T1 - время стабилизации; Т2 - время усреднения; Т3 - время переключения в рабочий режим; Т4 - время работы; Тр - время выхода на рабочий режим.In FIG. 2 shows a flowchart of a method. T 1 - stabilization time; T 2 - averaging time; T 3 - time to switch to operating mode; T 4 - operating time; T p - time to exit to operating mode.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В момент времени t1 включают схему сброса порога 9, устанавливающую первоначальный уровень порога U1 и запускающую таймер стабилизации 5 и таймер переключения режима 6. Одновременно закрывается ключ 10. В течение интервала времени T1, задаваемого таймером стабилизации 5, после каждого срабатывания импульсного формирователя 2 схема обратной связи 3 формирует добавку ΔU, на которую увеличивают порог схемы сравнения 2, в результате чего частота шумовых срабатываний понижается, и по истечении времени T1, задаваемого таймером стабилизации 5, процесс шумовой регулировки порога выходит на стационарный режим порога срабатывания U2=Const. В этот момент времени t2 включают таймер переключения режима 6 и счетчик N2 11, с помощью которого подсчитывают количество шумовых срабатываний N2 в течение времени усреднения Т2, задаваемого таймером переключения режима 6. По окончании периода Т2 по команде с таймера переключения режима 6 останавливают счетчик 11 и передают с него число N2 на вычислитель рабочего порога 12, с помощью которого определяют среднюю частоту f2=N2/T2 шумовых превышений порога U2 и величину рабочего порога где f0 - частота превышения шумовым процессом нулевого порогового уровня; fp - частота шумовых превышений рабочего порога U4. По истечении времени Тр=T1+Т2+Т3, задаваемого таймером выхода на режим, где Т3 - время переключения порога, открывают ключ 10 и регистрируют на его выходе срабатывания от поступающих на вход сигналов.At time t 1 , a
Период T1 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 рабочего порога. Для широкого диапазона условий отношение f2/f0 должно быть в пределах 0,01<f2/f0<0,9.The period T 1 should provide a stable frequency f 2 . The frequency f 2 is chosen so that two opposite requirements are met. On the one hand, the frequency f 2 should be as close as possible to f 0 in order to minimize the time T 1 exits to the stabilization mode. On the other hand, the difference between f 2 and f 0 must be significant in order to provide the necessary accuracy in calculating the operating threshold. For a wide range of conditions, the ratio f 2 / f 0 should be within 0.01 <f 2 / f 0 <0.9.
Частота f пересечения порога U нормальным процессом с дисперсией σ2 и коэффициентом корреляции R(τ) определяется выражением [3]The frequency f of crossing the threshold U by a normal process with a variance of σ 2 and a correlation coefficient R (τ) is determined by the expression [3]
где - частота пересечения нулевого порога.Where - the frequency of crossing the zero threshold.
Из (1) и фиг. 2 следуетFrom (1) and FIG. 2 follows
И, соответственно,And correspondingly,
где U4 и fp - рабочие значения порога и частоты шумовых срабатываний после момента t4 выхода на рабочий режим.where U 4 and f p are the operating values of the threshold and the frequency of noise responses after the moment t 4 of reaching the operating mode.
Период стабилизации T1 определяется по известной методике [3], причем T1 и время выхода на режим Тпр, обеспечиваемое прототипом, связаны очевидным соотношениемStabilization period T 1 is determined by the known procedure [3], wherein T 1 and time to T mode, etc., provided by the prototype associated obvious relation
Пример 1. f0=107 Гц; f2=0,8f0=8⋅106 Гц; f4=100 Гц; Тпр=1 с (низкая точность стабилизации). T1=1,25⋅10-4 с.Example 1. f 0 = 10 7 Hz; f 2 = 0.8f 0 = 8⋅10 6 Hz; f 4 = 100 Hz; T ol = 1 s (low accuracy of stabilization). T 1 = 1.25⋅10 -4 s.
Время усреднения Т2 определяется вероятностным разбросом количества срабатываний N2. При распределении случайной величины со средним значением N по закону Пуассона (имеющему место в данном случае) ее дисперсия [4, с. 574] DN=N, а среднеквадратическое отклонение The averaging time T 2 is determined by the probability spread of the number of responses N 2 . When distributing a random variable with an average value of N according to the Poisson law (taking place in this case), its variance [4, p. 574] D N = N, and the standard deviation
Относительное среднеквадратическое отклонение количества шумовых срабатываний откуда требуемое минимальное количество N2 составляетThe relative standard deviation of the number of noise responses whence the required minimum amount of N 2 is
Пример 2. δN=0,02. N2=2500.Example 2. δ N = 0.02. N 2 = 2500.
Среднюю частоту шумовых превышений порога U2 определяют по формулеThe average frequency of noise exceeding the threshold U 2 is determined by the formula
Откуда Where from
Пример 3. f2=8⋅106 Гц; N2=2500. Т2~3⋅10-4 с. Example 3. f 2 = 8⋅10 6 Hz; N 2 = 2500. T 2 ~ 3⋅10 -4 s.
Если принять время переключения порога Т3<<Т1, то время выхода на рабочий режим при полученных выше результатахIf we take the threshold switching time T 3 << T 1 , then the exit time to the operating mode with the above results
Тр~Т1+Т2~4⋅10-4 с. T r ~ T 1 + T 2 ~ 4⋅10 -4 s.
Прототип [3] обеспечивает выход на режим за 1-6 с. Таким образом, выигрыш предлагаемого способа по быстродействию составляет 2500-15000 раз.The prototype [3] provides access to the mode for 1-6 s. Thus, the gain of the proposed method for speed is 2500-15000 times.
Данный способ позволяет:This method allows you to:
- Существенно сократить время выхода порогового обнаружителя на рабочий режим до 0,5 мс и менее.- Significantly reduce the time for the threshold detector to reach the operating mode to 0.5 ms or less.
- Обеспечить работу в частотном режиме, что существенно для ряда приложений, например, в частотных дальномерах, при обновлении информации с частотой до 1000 Гц.- Ensure operation in the frequency mode, which is essential for a number of applications, for example, in frequency rangefinders, when updating information with a frequency of up to 1000 Hz.
- Обеспечить работу при нестационарном шуме.- Ensure operation in unsteady noise.
- обеспечить максимальное значение отношения порог шум с высокой точностью.- provide the maximum value of the ratio of the threshold noise with high accuracy.
Эти выводы подтверждены компьютерным моделированием и испытаниями макетных образцов. Тем самым, подтверждено решение поставленной задачи - существенное уменьшение времени выхода на рабочий режим.These findings are confirmed by computer simulation and testing of prototypes. Thus, the solution of the task is confirmed - a significant reduction in the time to reach the operating mode.
Источники информацииInformation sources
1. US pat. №3516751. Optical radiation pulse control receiver. 1970.1. US pat. No. 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. 176-178.2. Burd A.M., Leichenko Yu.A., Motenko B.N., Popov A.C. Temperature stabilization of a photodetector with APD // Instruments and experimental technique. - 1975. - No. 4, - S. 176-178.
3. Вильнер В.Г. Проектирование пороговых устройств с шумовой стабилизацией порога. // Оптико-механическая промышленность. - 1984 г. - №5, - С. 39-41. - прототип.3. Vilner V.G. Design threshold devices with noise stabilization threshold. // Optical-mechanical industry. - 1984 - No. 5, - S. 39-41. - prototype.
4. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). - «Наука», М., 1973 г. - 832 с. 4. G. Korn, T. Korn. Handbook of mathematics (for scientists and engineers). - “Science”, M., 1973 - 832 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111489A RU2718856C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111489A RU2718856C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2718856C1 true RU2718856C1 (en) | 2020-04-15 |
Family
ID=70277922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019111489A RU2718856C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2718856C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2750444C1 (en) * | 2020-11-26 | 2021-06-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for receiving pulsed optical signals |
RU2755602C1 (en) * | 2020-11-26 | 2021-09-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for threshold detection of optical signals |
RU2794928C1 (en) * | 2023-01-24 | 2023-04-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Noise automatic threshold adjustment method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU320067A1 (en) * | Э. Г. Митрейтер , А. А. Рудой | DEVICE OF STABILIZATION OF AVERAGE FREQUENCY OF NOISE EMISSIONS OVER THE THRESHOLD LEVEL | ||
US4051473A (en) * | 1976-09-27 | 1977-09-27 | Rockwell International Corporation | Input tracking threshold detector |
SU1133672A1 (en) * | 1983-02-08 | 1985-01-07 | Предприятие П/Я В-2232 | Device for stabilizing average frequency of noise shoots over threshold level |
-
2019
- 2019-04-17 RU RU2019111489A patent/RU2718856C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU320067A1 (en) * | Э. Г. Митрейтер , А. А. Рудой | DEVICE OF STABILIZATION OF AVERAGE FREQUENCY OF NOISE EMISSIONS OVER THE THRESHOLD LEVEL | ||
US4051473A (en) * | 1976-09-27 | 1977-09-27 | Rockwell International Corporation | Input tracking threshold detector |
SU1133672A1 (en) * | 1983-02-08 | 1985-01-07 | Предприятие П/Я В-2232 | Device for stabilizing average frequency of noise shoots over threshold level |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВИЛЬНЕР В.Г. Проектирование пороговых устройств с шумовой стабилизацией порога, ж. ОМП, 1984, N5, 39-41. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2750444C1 (en) * | 2020-11-26 | 2021-06-28 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for receiving pulsed optical signals |
RU2755602C1 (en) * | 2020-11-26 | 2021-09-17 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for threshold detection of optical signals |
RU2794928C1 (en) * | 2023-01-24 | 2023-04-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Noise automatic threshold adjustment method |
RU2797829C1 (en) * | 2023-01-24 | 2023-06-08 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Noise dispersion method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2718856C1 (en) | Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions | |
Artyushenko et al. | Threshold method of measurement of extended objects speed of radio engineering devices of short-range detection | |
Colli et al. | Measurement accuracy of weighing and tipping-bucket rainfall intensity gauges under dynamic laboratory testing | |
Du et al. | Laser detection of remote targets applying chaotic pulse position modulation | |
RU2732005C1 (en) | Pulse signal reception method | |
CN110087060A (en) | Shutter triggering moment method of adjustment, device and the equipment of depth camera | |
RU2721174C1 (en) | Threshold device with threshold noise stabilization | |
CN109814085B (en) | Laser radar temperature compensation method, device, system and equipment | |
RU2732004C1 (en) | Pulse threshold device with noise threshold stabilization | |
RU2732003C1 (en) | Threshold device with automatic noise stabilization of threshold | |
Ruban et al. | Signal sampling with analog accumulation | |
Gao et al. | An improved method to estimate the rate of change of streamflow recession and basin synthetic recession parameters from hydrographs | |
Bishop et al. | Pupillary response of the screech owl, Otus asio | |
RU2797829C1 (en) | Noise dispersion method | |
RU2617172C1 (en) | Precision digital cymometer | |
RU2778047C1 (en) | Method for receiving optical signals | |
RU2810708C1 (en) | Method for detecting pulsed optical signals | |
RU2610621C2 (en) | Method of measuring pulse power of microwave pulses of arbitrary shape | |
EP3885714A1 (en) | Static fluid meter | |
JP2909761B2 (en) | Intermittent ground fault detection method | |
CN117607562B (en) | Power signal noise level estimation method, device and medium based on phase calibration | |
Georgakaki et al. | Time series analysis of the response of measurement instruments | |
Driesse | Radiometer Response Time and Irradiance Measurement Accuracy | |
Pikina et al. | Using regular binary sequences for active identification of systems | |
RU2655465C1 (en) | Device for measuring of the time position and duration of a random pulse signal |