RU2732003C1 - Threshold device with automatic noise stabilization of threshold - Google Patents
Threshold device with automatic noise stabilization of threshold Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732003C1 RU2732003C1 RU2019111493A RU2019111493A RU2732003C1 RU 2732003 C1 RU2732003 C1 RU 2732003C1 RU 2019111493 A RU2019111493 A RU 2019111493A RU 2019111493 A RU2019111493 A RU 2019111493A RU 2732003 C1 RU2732003 C1 RU 2732003C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- threshold
- circuit
- noise
- output
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
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 proposed invention relates to signal reception, in particular, to the technique of separating signals from noise and can be used in any field where maximum signal-to-noise ratio is required.
Известен метод 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 known method for stabilizing the average frequency of noise emissions above the threshold level [1-2], which consists in determining the frequency of noise responses at the output of the threshold device and automatically adjusting the threshold to maintain a given response frequency.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является пороговое устройство с автоматической шумовой стабилизацией порога [3], содержащее пороговое устройство с сигнальным и управляющим входами, формирователь стандартного импульса и схему шумовой автоматической регулировки порога, включенную между выходом формирователя стандартного импульса и управляющим входом порогового устройства. В данном устройстве определяют частоту шумовых срабатываний f на выходе путем накопления выходных импульсов в течение времени Т, а порог U в установившемся режиме определяется соотношением U=U0+Uf=U0+ΔUTf, где f=f0exp(-U2/2σ2); U0 - начальное значение порога; f0 - частота пересечения шумом нулевого порога; σ - среднеквадратическое значение шума; ΔU - единичное приращение порога по контуру обратной связи при пересечении порога шумом.The closest in technical essence to the proposed invention is a threshold device with automatic noise threshold stabilization [3], containing a threshold device with signal and control inputs, a standard pulse shaper and a noise automatic threshold adjustment circuit connected between the output of the standard pulse shaper and the control input of the threshold device ... In this device, the frequency of noise operations f at the output is determined by the accumulation of output pulses during the time T, and the threshold U in the steady state is determined by the relationship U = U 0 + U f = U 0 + ΔUTf, where f = f 0 exp (-U 2 / 2σ 2 ); U 0 - the initial value of the threshold; f 0 - frequency of crossing the zero threshold by noise; σ is the root-mean-square noise value; ΔU is the unit increment of the threshold along the feedback loop when the noise crosses the threshold.
Недостатком указанного порогового устройства является медленный выход на рабочий режим, обусловленный тем, что в процессе установления рабочего порога частота шумовых срабатываний уменьшается, и скорость переходного процесса, пропорциональная текущей частоте, снижается. Согласно [3] время Тр выхода на рабочий режим при таком способе составляет 1-6 с в зависимости от требований, предъявляемых к точности стабилизации частоты шумовых срабатываний.The disadvantage of the specified threshold device is a slow exit to the operating mode, due to the fact that in the process of establishing the operating threshold, the frequency of noise responses decreases, and the speed of the transient process, proportional to the current frequency, decreases. According to [3], the time T p of reaching the operating mode with this method is 1-6 s, depending on the requirements for the accuracy of stabilization of the frequency of noise operations.
Задачей изобретения является уменьшение времени выхода на рабочий режим.The object of the invention is to reduce the time to reach the operating mode.
Указанная задача решается за счет того, что в известном пороговом устройстве с автоматической шумовой стабилизацией порога, содержащем пороговое устройство с сигнальным и управляющим входами, формирователь стандартного импульса и схему шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП), включенную между выходом формирователя стандартного импульса и управляющим входом порогового устройства, причем, схема ШАРП состоит из последовательно включенных схемы обратной связи и схемы повышения порога, введена схема сброса порога, подключенная к пороговому устройству и управляемая с выхода порогового сумматора, связанного также со счетчиком циклов, на выходе импульсного формирователя введен ключ, управляемый с выхода счетчика циклов, а на входе схемы повышения порога введены последовательно связанные измеритель времени и вычислитель порога, причем входы измерителя времени связаны с выходами схемы включения и счетчика циклов.This problem is solved due to the fact that in a known threshold device with automatic noise threshold stabilization, containing a threshold device with signal and control inputs, a standard pulse shaper and a noise automatic threshold control circuit (SHARP) connected between the output of the standard pulse shaper and the control input of the threshold device, moreover, the SHARP circuit consists of a series-connected feedback circuit and a threshold increase circuit, a threshold reset circuit is introduced, connected to the threshold device and controlled from the output of the threshold adder, also connected with the cycle counter, a key controlled from the output is introduced at the output of the pulse generator a cycle counter, and at the input of the threshold raising circuit, a sequentially connected time meter and a threshold calculator are introduced, and the inputs of the time meter are connected to the outputs of the switching circuit and the cycle counter.
Вычислитель порога может быть снабжен схемой переключения порога в раз, связанной со счетчиком циклов, где коэффициент повышения порога, необходимый для обеспечения заданной частоты шумовых срабатываний в рабочем режиме; fp - частота шумовых срабатываний в установившемся режиме; fлт - заданная частота шумовых срабатываний в рабочем режиме; f0 - частота превышения шумом нулевого уровня.The threshold calculator can be equipped with a threshold switching circuit in times associated with the loop counter, where threshold increase factor required to ensure the specified frequency of noise alarms in the operating mode; f p - frequency of noise alarms in steady state; f lt - the specified frequency of noise alarms in the operating mode; f 0 - frequency of noise exceeding zero level.
Схема переключения порога может быть выполнена в виде ослабителя с коэффициентом ослабления введенного на входе порогового устройства.The threshold switching circuit can be made in the form of an attenuator with an attenuation coefficient introduced at the input of the threshold device.
На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ. На фиг. 2 показан процесс выхода на рабочий режим.FIG. 1 shows a diagram of a device that implements the method. FIG. 2 shows the process of entering the operating mode.
Импульсное пороговое устройство с автоматической шумовой стабилизацией порога включает последовательно включенные пороговое устройство 1 и формирователь стандартного импульса 2, выход которого связан с управляющим входом порогового устройства 1 через схему ШАРП 3, состоящую из схемы обратной связи 4 и схемы повышения порога 5. Пороговое устройство снабжено схемой сброса 6, связанной со схемой включения 7 (связь показана условно) и пороговым сумматором 8, на выходе которого включен счетчик циклов 9. На управляющем входе схемы повышения порога включен вычислитель порога 10, с подключенным к нему измерителем времени 11, входы которого связаны с выходами схемы включения 7 и счетчика циклов 9. На выходе формирователя стандартного импульса 2 последовательно введен ключ 12, управляемый с выхода счетчика циклов. В состав вычислителя порога 10 может быть введена схема переключения порога в раз 13. Его функцию может также выполнять ослабитель в раз 14, включенный на входе порогового устройства 1.A pulse threshold device with automatic noise threshold stabilization includes a series-connected
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
В момент времени t0 (фиг. 2) схема включения 7 приводит в рабочее состояние все блоки устройства. При этом схема сброса обнуляет пороговый сумматор 8 и устанавливает нулевое положение порога в пороговом устройстве 1. Одновременно запускается измеритель времени 11. Шумы, поступающие на вход порогового устройства, превышают порог с частотой f0 и вызывают срабатывания формирователя стандартного импульса 2. Эти импульсы через схему ШАРП 3 повышают порог срабатывания порогового устройства, в результате чего частота превышений порога снижается. Это снижение является фактором, замедляющим скорость выхода на рабочий режим. Согласно предлагаемому решению, срабатывания формирователя 2 регистрируются пороговым сумматором 8, и по достижении количеством срабатываний n порогового значения N пороговый сумматор 8 выдает сигнал на схему сброса 6, которая обнуляет порог срабатывания порогового устройства и описанный цикл повторяется. Одновременно срабатывает счетчик циклов 9. По достижении заданного количества М циклов счетчик циклов выдает сигнал на переход в рабочий режим. Этот сигнал отпирает ключ 12 и останавливает измеритель времени 11. Измеренный временной интервал Т (фиг. 2) от момента включения до момента достижения М циклов накопления подается на вычислитель 10, определяющий среднюю частоту срабатываний и соответствующую величину порога срабатывания Up в рабочем режиме. Этот уровень схема повышения порога 5 устанавливает в пороговом устройстве 1. Если необходимо поддерживать частоту шумовых срабатываний на существенно более низком уровне, то после выхода на режим стабилизации можно увеличить порог в раз и зафиксировать его в этом положении. Для этого в состав схемы управления порогом необходимо ввести схему переключения порога 13. С той же целью на входе порогового устройства может быть введен ослабитель 14 кратностью , включаемый одновременно с ключом 12.At time t 0 (Fig. 2), the
Работа устройства описывается следующими соотношениями.The operation of the device is described by the following relationships.
Частота шумовых импульсов f в каждый момент определяется зависимостью [3]The frequency of noise pulses f at each moment is determined by the relationship [3]
где U - текущий уровень порога; σ - среднеквадратическое значение шума на входе порогового устройства.where U is the current level of the threshold; σ is the root-mean-square value of the noise at the input of the threshold device.
Время выхода на рабочий режим Time to reach operating mode
Средний спад частоты f за время одного цикла Average falloff of frequency f during one cycle
Среднее приращение порога за один цикл Average threshold increment per cycle
Средняя рабочая частота шумовых срабатываний должна быть достаточно высокой для достижения максимального быстродействия, а с другой стороны, должна значимо отличаться от максимальной частоты f0, чтобы обеспечивалась требуемая точность стабилизации. Практически это определяется неравенствомThe average operating frequency of noise alarms must be high enough to achieve the maximum response speed, and on the other hand, it must differ significantly from the maximum frequency f 0 in order to ensure the required stabilization accuracy. In practice, this is determined by the inequality
где ξ=fp/f0.where ξ = f p / f 0 .
Указанная технология позволяет осуществлять выход на рабочий режим при высокой частоте шумовых срабатываний, близкой к предельной частоте при нулевом пороге. Благодаря этому обеспечивается максимальное быстродействие, в 1000 и более раз превышающее быстродействие прототипа [3].This technology allows reaching the operating mode at a high frequency of noise alarms, close to the limiting frequency at a zero threshold. Thanks to this, the maximum performance is provided, 1000 and more times higher than the prototype performance [3].
Для обеспечения необходимой точности стабилизации порога, необходимо, чтобы объем статистики K превышал количество, гарантирующее заданный минимальный статистический разброс. Известно [4], что для пуассоновского процесса, каким является последовательность шумовых превышений порога, математическое ожидание количества таких случайных событий MK=K, а их дисперсия DK=K. Тогда относительное среднеквадратическое отклонение количества KTo ensure the required accuracy of threshold stabilization, it is necessary that the volume of statistics K exceed the amount that guarantees a given minimum statistical spread. It is known [4] that for a Poisson process, which is a sequence of noise threshold exceeding, the mathematical expectation of the number of such random events is M K = K, and their variance is D K = K. Then the relative standard deviation of the amount K
Откуда минимальное количество Where is the minimum quantity
Пример 1.Example 1.
δK=0,02δ K = 0.02
Согласно (7) количество шумовых срабатываний N>2500.According to (7), the number of noise alarms is N> 2500.
Количество циклов М и время выхода на режим Тр определяется выбранной рабочей частотойThe number of M cycles and the time to reach the T p mode is determined by the selected operating frequency
и минимальным количеством N по условию (8), а также требованием, чтобы в течение одного цикла не происходило насыщение контура управления, вызывающее замедление переходного процесса, то есть отношение Um/σ не должно превышать 2-3.and the minimum amount N according to the condition (8), as well as the requirement that during one cycle the control loop does not saturate, causing the deceleration of the transient process, that is, the ratio U m / σ should not exceed 2-3.
Пример 2.Example 2.
f0=107 Гц; ξ=0,1; N=500; K=2500.f 0 = 10 7 Hz; ξ = 0.1; N = 500; K = 2500.
Согласно (8) According to (8)
Частоту шумовых срабатываний в рабочем режиме можно регулировать, изменяя приращение порога (4), но пределы этой регулировки ограничены требованиями по быстродействию устройства.The frequency of noise alarms in the operating mode can be adjusted by changing the increment of the threshold (4), but the limits of this adjustment are limited by the requirements for the speed of the device.
Если необходимо поддерживать частоту шумовых срабатываний на существенно более низком уровне, то после выхода на режим стабилизации можно увеличить порог в раз и зафиксировать его в этом положении. Для этого в состав вычислителя необходимо ввести схему переключения порога 13. С той же целью на входе порогового устройства может быть введен ослабитель 14, связанный со счетчиком циклов 9 и схемой управления порогом - если коэффициент не является фиксированной величиной и определяется в каждом рабочем периоде.If it is necessary to maintain the frequency of noise alarms at a significantly lower level, then after entering the stabilization mode, the threshold can be increased by times and fix it in this position. To do this, it is necessary to introduce a threshold switching circuit into the
Коэффициент переключения определяется из (1).Switching ratio is determined from (1).
Установившемуся значению порога Up соответствует частота шумовых срабатыванийThe steady-state value of the threshold U p corresponds to the frequency of noise
Для снижения частоты f до заданного уровня частоты ложных тревог fлт необходимо выполнение условияTo reduce the frequency f to a given level of false alarm frequency f lt , the condition must be met
Из (9) и (10) следуетFrom (9) and (10) it follows
Пример 3Example 3
fp=105 Гц; fлт=100 Гц; f0=107 Гц.f p = 10 5 Hz; f lt = 100 Hz; f 0 = 10 7 Hz.
Данный способ позволяет:This method allows:
- Существенно сократить время выхода порогового обнаружителя на рабочий режим до 1 мс и менее.- Significantly reduce the time required for the threshold detector to reach the operating mode to 1 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 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.- Provide work with non-stationary noise.
- 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.- Provide the maximum value of the threshold noise ratio with high accuracy. These conclusions are confirmed by computer modeling and testing of prototypes. Thus, the solution to the task was confirmed - a significant reduction in the time to reach the operating mode.
Источники информацииSources of information
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 А.С. Температурная стабилизация фотоприемника с ЛФД // ПТЭ - 1975. - №4, - С. 176-178.2. Burd A.M., Leichenko Yu.A., Motenko B.N., Popov A.S. Temperature stabilization of a photodetector with APD // PTE - 1975. - No. 4, - P. 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 of threshold devices with noise threshold stabilization. // Optical and 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 (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111493A RU2732003C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Threshold device with automatic noise stabilization of threshold |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111493A RU2732003C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Threshold device with automatic noise stabilization of threshold |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2732003C1 true RU2732003C1 (en) | 2020-09-09 |
Family
ID=72421973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019111493A RU2732003C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Threshold device with automatic noise stabilization of threshold |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2732003C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2794928C1 (en) * | 2023-01-24 | 2023-04-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Noise automatic threshold adjustment method |
Citations (4)
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 | ||
US3516751A (en) * | 1965-06-04 | 1970-06-23 | Frank Fruengel | Optical radiation pulse control receiver |
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 RU2019111493A patent/RU2732003C1/en active
Patent Citations (4)
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 | ||
US3516751A (en) * | 1965-06-04 | 1970-06-23 | Frank Fruengel | Optical radiation pulse control receiver |
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. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2794928C1 (en) * | 2023-01-24 | 2023-04-25 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Noise automatic threshold adjustment method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3051939A (en) | Analog-to-digital converter | |
US3493874A (en) | Statistical decision systems | |
RU2732003C1 (en) | Threshold device with automatic noise stabilization of threshold | |
US2951202A (en) | Frequency meter apparatus | |
RU2718856C1 (en) | Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions | |
US10739391B2 (en) | Duty cycle measurement | |
RU2732005C1 (en) | Pulse signal reception method | |
RU2721174C1 (en) | Threshold device with threshold noise stabilization | |
US3906346A (en) | Precision time interval comparator | |
RU2732004C1 (en) | Pulse threshold device with noise threshold stabilization | |
US3238449A (en) | Pulse comparing device for digital measurement of signal shape | |
US4277308A (en) | Count-doubling time safety circuit | |
US4127809A (en) | Pulse modulated wave measuring device | |
RU2784409C1 (en) | Method and device for determining nuclear reactor steady period | |
SU822053A1 (en) | Pulse overload monitoring device | |
CA2052600C (en) | Adaptive bandwidth moving average filter | |
SU660247A1 (en) | Arrangement for control of multichannel measuring system | |
US2883661A (en) | Pulse radar simulator | |
SU545991A1 (en) | Device for automatic testing of relay structures | |
US3600687A (en) | Logic one-shot | |
SU754447A1 (en) | Device for simulating wear and erasion processes | |
SU746921A1 (en) | Code-to-pulse repetition frequency converter | |
SU684493A1 (en) | Device for referencing time scale | |
SU1273829A1 (en) | Device for checking boundary frequengy | |
SU822335A1 (en) | Pulse duration discriminator |