RU2732004C1 - Pulse threshold device with noise threshold stabilization - Google Patents

Pulse threshold device with noise threshold stabilization Download PDF

Info

Publication number
RU2732004C1
RU2732004C1 RU2019111491A RU2019111491A RU2732004C1 RU 2732004 C1 RU2732004 C1 RU 2732004C1 RU 2019111491 A RU2019111491 A RU 2019111491A RU 2019111491 A RU2019111491 A RU 2019111491A RU 2732004 C1 RU2732004 C1 RU 2732004C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
threshold
output
noise
signal
circuit
Prior art date
Application number
RU2019111491A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер
Михаил Михайлович Землянов
Евгений Викторович Кузнецов
Александр Ефремович Сафутин
Original Assignee
Акционерное общество "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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2019111491A priority Critical patent/RU2732004C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2732004C1 publication Critical patent/RU2732004C1/en

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

FIELD: receiving signals.
SUBSTANCE: invention relates to noise signal separation and can be used in any area where maximum signal-to-noise ratio is required. For this purpose, pulse threshold device with noise stabilization of threshold includes threshold device with signal and compensation inputs, standard pulse shaper and circuit of noise automatic threshold adjustment (NATA) connected between output of standard pulse generator and compensation input of threshold device, introduced are series-connected source of linearly increasing signal and analog adder with non-inverting and inverting inputs, besides, output of summator is connected to control input of threshold device, its non-inverting input is connected to the output of the NATA circuit, and the inverting input is connected to the output of the linear signal source, and, besides, at the output of the standard pulse generator there introduced is a key controlled by the synchronization circuit, which is also connected to the source of the linear signal.
EFFECT: technical result of the invention consists in reducing the time for entering the mode.
1 cl, 3 dwg

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 импульсное пороговое устройство [3], содержащее пороговое устройство с сигнальным и управляющим в ходами, формирователь стандартного импульса и схему шумовой автоматической регулировки порога, включенную между выходом формирователя стандартного импульса и управляющим входом порогового устройства. В данном устройстве частоту шумовых срабатываний f на выходе определяют путем накопления выходных импульсов в течение времени Т, а порог U в установившемся режиме определяется соотношением 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 пересечении порога шумом.The closest in technical essence to the proposed invention is a pulse threshold device [3] containing a threshold device with a signal and control in strokes, 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 responses f at the output is determined by accumulating the 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 0 exp (-U 2 / 2σ 2 ), where 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 ввиду того, что в процессе установления рабочего порога частота шумовых срабатываний уменьшается, и скорость 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 частоты шумовых срабатываний.The disadvantage of this 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 rate of the transient process, 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 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 импульсном пороговом устройстве с шумовой стабилизацией порога, содержащем пороговое устройство с сигнальным и управляющим в ходами, формирователь стандартного импульса и схему шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП), включенную между выходом формирователя стандартного импульса и управляющим входом порогового устройства, введены последовательно включенные источник линейно нарастающего сигнала и аналоговый сумматор с неинвертирующим и инвертирующим входами, причем выход сумматора подключен к управляющему входу порогового устройства, его неинвертирующий вход связан с выходом схемы ШАРП, а инвертирующий вход связан с выходом источника линейного сигнала, а кроме того, на выходе формирователя стандартного импульса введен ключ, управляемый схемой синхронизации, подключенной также к источнику линейного сигнала.This problem is solved due to the fact that in the known pulse threshold device with noise threshold stabilization, containing a threshold device with signaling 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 threshold device, a linearly increasing signal source and an analog adder with non-inverting and inverting inputs are introduced in series, and the adder output is connected to the control input of the threshold device, its non-inverting input is connected to the output of the SHARP circuit, and the inverting input is connected to the output of the linear signal source, and besides In addition, a switch is introduced at the output of the standard pulse shaper, controlled by a synchronization circuit, which is also connected to a line signal source.

Сумматор может быть снабжен схемой переключения выходного уровня Up *=mUp, связанной со схемой синхронизации, где m - коэффициент повышения порога, необходимый для обеспечения заданной величины частоты ложных тревог.The adder can be equipped with an output level switching circuit U p * = mUp associated with a synchronization circuit, where m is the threshold increase factor necessary to provide a given value for the false alarm rate.

Техническим результатом изобретения является сокращение времени выхода на рабочий режим порогового устройства с шумовой стабилизацией порога при обеспечении максимальной вероятности обнаружения сигнала.The technical result of the invention is to reduce the time to reach the operating mode of the threshold device with noise threshold stabilization while ensuring the maximum probability of signal detection.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ. На фиг. 2 показан процесс выхода на рабочий режим. На фиг. 3а), 3б) и 3в) приведены реализации процесса установления рабочего режима порогового устройства при разных углах наклона линейного сигнала.FIG. 1 shows a diagram of a device that implements the method. FIG. 2 shows the process of entering the operating mode. FIG. 3a), 3b) and 3c) show the implementation of the process of establishing the operating mode of the threshold device at different slope angles of the linear signal.

Импульсное пороговое устройство с 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 и неинвертирующий вход сумматора 4. На инвертирующем входе сумматора включен источник линейного сигнала 5, управляемый схемой синхронизации 6, связанной также с ключом 7 на выходе формирователя стандартного импульса 2.A pulse threshold device with a noise threshold stabilization includes a series-connected threshold device 1 and a standard pulse shaper 2, the output of which is connected to the control input of the threshold device 1 through the SHARP circuit 3 and a non-inverting input of the adder 4. At the inverting input of the adder, a linear signal source 5 controlled by the circuit synchronization 6, also connected with the switch 7 at the output of the standard pulse shaper 2.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В момент времени t1 схема синхронизации 6 запирает ключ 7 и запускает линейный сигнал 8 (фиг. 2). Пороговое устройство 1 имеет начальный пороговый уровень U1, близкий к среднеквадратическому значению шума σ. При низком пороговом уровне U1 частота его превышений шумом f1=f0exp(-U1 2/2σ2) близка к частоте f0 пересечения шумом нулевого порога. Эта частота обычно составляет (10-20)⋅106 1/с, таким образом, в начальный момент времени на выходе схемы ШАРП 3 быстро растет компенсационный сигнал Uf 9, повышающий уровень порога и, соответственно, резко снижающий частоту шумовых срабатываний, что замедляет выход на режим. Подача на инвертирующий вход сумматора 4 линейного сигнала Ut 8 препятствует быстрому снижению частоты f, поэтому выход на рабочий режим происходит быстрее. В момент времени t2 угол наклона β процесса 9 равен углу наклона -β линейного сигнала 8, и эквивалентный порог 10 срабатывания порогового устройства Uэкв(t2)=U1+Uf(t2)-Ut(t2) становится постоянным. Для сравнения приведен процесс 11 установления порога в известном устройстве [3] - этот переходный процесс продолжает медленно подниматься в течение длительного времени, во много раз превышающего время выхода на режим стабилизации Т=t2-t1, обеспечиваемое настоящим изобретением. В рабочем периоде Тр=t3-t2 после открытия ключа 7 возможен прием сигналов с частотой ложных тревог F=fp Эта вероятность нелинейно зависит от угла наклона линейного сигнала 8. Процесс изменения частоты f показан кривой 12.At time t 1 , the synchronization circuit 6 locks the switch 7 and starts the linear signal 8 (Fig. 2). The threshold device 1 has an initial threshold level U 1 close to the root-mean-square value of the noise σ. At a low threshold level U 1, the frequency of its exceeding by noise f 1 = f 0 exp (-U 1 2 / 2σ 2 ) is close to the frequency f 0 of crossing the zero threshold by noise. This frequency is usually (10-20) ⋅10 6 1 / s, thus, at the initial moment of time at the output of the SHARP circuit 3, the compensation signal U f 9 grows rapidly, increasing the threshold level and, accordingly, sharply reducing the frequency of noise operations, which slows down the exit to the mode. The supply of a linear signal U t 8 to the inverting input of the adder 4 prevents a rapid decrease in the frequency f, so the output to the operating mode is faster. At time t 2, the angle of inclination β of the process 9 is equal to the angle of inclination -β of the linear signal 8, and the equivalent threshold 10 of the threshold device operation U eq (t 2 ) = U 1 + U f (t 2 ) -U t (t 2 ) becomes permanent. For comparison, the process 11 of setting the threshold in the known device [3] is shown - this transient process continues to rise slowly for a long time, many times longer than the time to reach the stabilization mode T = t 2 -t 1 provided by the present invention. In the working period T p = t 3 -t 2 after opening the key 7, it is possible to receive signals with a frequency of false alarms F = f p This probability nonlinearly depends on the slope of the linear signal 8. The process of changing the frequency f is shown by curve 12.

Если необходимо расширить рабочий период за пределы динамического диапазона сумматора, то можно снабдить его схемой переключения выходного уровня Up *=mUp, связанной со схемой синхронизации, где m - коэффициент повышения порога, необходимый для обеспечения заданной величины частоты ложных тревог. При этом порог Up * может поддерживаться в течение произвольного времени, и одновременно устанавливается требуемая частота ложных тревог

Figure 00000001
If it is necessary to extend the operating period beyond the dynamic range of the adder, then it can be equipped with an output level switching circuit U p * = mU p , associated with a synchronization circuit, where m is the threshold increase factor necessary to ensure a given value of the false alarm frequency. In this case, the U p * threshold can be maintained for an arbitrary time, and at the same time the required frequency of false alarms is set
Figure 00000001

Зависимость переходного процесса, в том числе времени выхода на режим и рабочей частоты F, от угла наклона α линейного сигнала 8 показана на фиг. 3. На фиг. 3 а) показан ход порога 10, средней частоты шумовых срабатываний 12 и реальный шумовой процесс 13 на выходе устройства. Видно, что по мере убывания частоты шумовых срабатываний процесс фиг. 3 а) замедляется, и порог 10 поднимается к рабочему положению долго, более 1000 делений по шкале времени. При подаче линейного сигнала с углом наклона α2 рабочий порог устанавливается за 300 делений по шкале времени. При этом средняя частота шумовых импульсов в установившемся режиме увеличивается с 2 до 5 отн. ед. При дальнейшем увеличении α (в 10 раз) время выхода на режим уменьшается до 50 делений, а средняя частота шумовых срабатываний увеличивается до 50 отн. ед. - пропорционально увеличению α. При этом колебания средней частоты срабатываний увеличиваются до 5% от среднего значения.The dependence of the transient process, including the time to reach the mode and the operating frequency F, on the slope α of the linear signal 8 is shown in FIG. 3. In FIG. 3 a) shows the course of the threshold 10, the average frequency of noise responses 12 and the real noise process 13 at the output of the device. It can be seen that as the frequency of noise alarms decreases, the process of FIG. 3 a) slows down, and the threshold 10 rises to the working position for a long time, more than 1000 divisions on the time scale. When a linear signal with an angle of inclination α 2 is applied, the working threshold is set in 300 divisions on the time scale. In this case, the average frequency of noise pulses in the steady state increases from 2 to 5 rel. units With a further increase in α (by a factor of 10), the time for reaching the mode decreases to 50 divisions, and the average frequency of noise operations increases to 50 rel. units - in proportion to the increase in α. In this case, the fluctuations in the average response frequency increase to 5% of the average value.

Пример, f0=10 МГц. Время выхода на рабочий режим Т в зависимости от угла наклона линейного сигнала β.Example, f 0 = 10 MHz. Time to reach the operating mode T, depending on the slope of the linear signal β.

Figure 00000002
Figure 00000002

Данное техническое решение позволяет:This technical solution 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 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 techniques. - 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 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 (2)

1. Импульсное пороговое устройство с шумовой стабилизацией порога, содержащее пороговое устройство с сигнальным и компенсационным входами, соединенное с входом формирователя стандартного импульса, и схему шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП), соединенную с выходом формирователя стандартного импульса, отличающееся тем, что введены источник линейно нарастающего сигнала и аналоговый сумматор с неинвертирующим и инвертирующим входами, причем выход сумматора подключен к компенсационному входу порогового устройства, его неинвертирующий вход связан с выходом схемы ШАРП, а инвертирующий вход связан с выходом источника линейного сигнала, а, кроме того, на выходе формирователя стандартного импульса введен ключ, управляемый схемой синхронизации, подключенной также к источнику линейного сигнала.1. Pulse threshold device with noise threshold stabilization, containing a threshold device with signal and compensation inputs, connected to the input of the standard pulse shaper, and a noise automatic threshold control circuit (SHARP) connected to the output of the standard pulse shaper, characterized in that the source is introduced linearly increasing signal and an analog adder with non-inverting and inverting inputs, and the adder output is connected to the compensation input of the threshold device, its non-inverting input is connected to the output of the SHARP circuit, and the inverting input is connected to the output of the linear signal source, and, in addition, to the output of the standard pulse shaper a key is introduced, controlled by a synchronization circuit, which is also connected to the line signal source. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сумматор снабжен схемой переключения выходного уровня Up*=mUp, связанной со схемой синхронизации, где m - коэффициент повышения порога, необходимый для обеспечения заданной величины частоты ложных тревог.2. The device according to claim 1, characterized in that the adder is equipped with an output level switching circuit Up * = mUp associated with a synchronization circuit, where m is the threshold increase factor necessary to provide a given value of the false alarm frequency.
RU2019111491A 2019-04-17 2019-04-17 Pulse threshold device with noise threshold stabilization RU2732004C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111491A RU2732004C1 (en) 2019-04-17 2019-04-17 Pulse threshold device with noise threshold stabilization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111491A RU2732004C1 (en) 2019-04-17 2019-04-17 Pulse threshold device with noise threshold stabilization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732004C1 true RU2732004C1 (en) 2020-09-09

Family

ID=72421965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111491A RU2732004C1 (en) 2019-04-17 2019-04-17 Pulse threshold device with noise threshold stabilization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732004C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВИЛЬНЕР В.Г. Проектирование пороговых устройств с шумовой стабилизацией порога, ж.ОМП,1984. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
KR840003950A (en) Digital automatic gain control
JPH0158466B2 (en)
RU2732004C1 (en) Pulse threshold device with noise threshold stabilization
US3493874A (en) Statistical decision systems
EP4250053A1 (en) Apparatus, method and system for adjusting voltage stabilization output of power source
US3660647A (en) Automatic signal delay tracking system
US3388377A (en) Method and apparatus for digital data processing
RU2718856C1 (en) Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions
RU2732005C1 (en) Pulse signal reception method
US3611157A (en) Pulse width discriminator
US20170005632A1 (en) Noise-based gain adjustment and amplitude estimation system
US3758856A (en) Pulse repetition frequency determination system
US3102261A (en) Sonic altimeter
JP2016024191A (en) Distance measuring sensor for recognition of object and distance measurement
RU2732003C1 (en) Threshold device with automatic noise stabilization of threshold
US2901699A (en) Frequency measuring instrument
RU2721174C1 (en) Threshold device with threshold noise stabilization
RU2436120C2 (en) Dynamic radiation monitoring method
US3392386A (en) Multilevel digital skimmer
US3805170A (en) Transition detector
US3351939A (en) Pulse repetition interval correlation detector
RU97113716A (en) FIRE MANAGEMENT SYSTEM
US2883661A (en) Pulse radar simulator
US3600687A (en) Logic one-shot
US2975416A (en) Continuously variable range circuit