RU2794928C1 - Noise automatic threshold adjustment method - Google Patents

Noise automatic threshold adjustment method Download PDF

Info

Publication number
RU2794928C1
RU2794928C1 RU2023101416A RU2023101416A RU2794928C1 RU 2794928 C1 RU2794928 C1 RU 2794928C1 RU 2023101416 A RU2023101416 A RU 2023101416A RU 2023101416 A RU2023101416 A RU 2023101416A RU 2794928 C1 RU2794928 C1 RU 2794928C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
noise
threshold
frequency
value
zero
Prior art date
Application number
RU2023101416A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер
Михаил Михайлович Землянов
Евгений Викторович Кузнецов
Александр Ефремович Сафутин
Надежда Валентиновна Седова
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
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"
Application granted granted Critical
Publication of RU2794928C1 publication Critical patent/RU2794928C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: optical signals.
SUBSTANCE: invention relates to the extraction of impulse signals from fluctuation noise, in particular to the technique for receiving impulse optical signals, and can be used in location, communications and other fields. The method of noise automatic threshold adjustment (NATA) additionally consists in the fact that the average frequency f0 of the noise process crossing the zero level is preliminarily determined, and after the transient process is established, the threshold value U and the frequency f=N/T of exceeding the threshold by noise emissions in the last stabilization cycle are determined, after which the noise standard deviation is calculated by the formula
Figure 00000025
and
Figure 00000026
, where ξ << 1 is the confidence coefficient, the initial value of the threshold U is set as close to zero as possible, and the coefficient λ is chosen within (1-3)/f0, where f0 is the average frequency of the noise crossing the zero threshold.
EFFECT: prompt determination of the root-mean-square value of the fluctuation normal noise of photodetectors during the production and maintenance of miniature equipment (including portable and built-in equipment), with simple metrological support in a wide operational range.
1 cl, 6 tbl, 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к выделению импульсных сигналов из флуктуационного шума, в частности, к технике приема импульсных оптических сигналов, и может быть использовано в локации, связи и других областях.The present invention relates to the extraction of impulse signals from fluctuation noise, in particular, to the technique for receiving impulse optical signals, and can be used in location, communications and other fields.

Известна техника порогового выделения импульсных сигналов на фоне флуктуационного шума [1-3].A well-known technique is the threshold selection of impulse signals against the background of fluctuation noise [1-3].

Известны технические решения, обеспечивающие автоматическое поддержание порога срабатывания на необходимом уровне с помощью шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП) [4-8].Technical solutions are known that provide automatic maintenance of the response threshold at the required level using noise automatic threshold adjustment (SHARP) [4-8].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ шумовой автоматической стабилизации порога [8].Closest to the proposed technical solution is the method of noise automatic threshold stabilization [8].

Указанный способ шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП), заключается в сравнении шумового процесса с пороговым уровнем U, формировании стандартных выходных импульсов при превышениях порога выбросами шума, определения средней частоты f=N/T превышений порога выбросами шума путем накоплении количества N выходных импульсов за время очередного k-го цикла Т и увеличении порога на величину ΔU=Uk+λfk, где k - порядковый номер цикла, λ - коэффициент передачи схемы ШАРП, до тех пор, пока разность Δf=fk-fk-1 не станет меньше заданного значения.The specified method of noise automatic threshold adjustment (SHARP) consists in comparing the noise process with the threshold level U, generating standard output pulses when the threshold is exceeded by noise emissions, determining the average frequency f=N/T of exceeding the threshold by noise emissions by accumulating the number N of output pulses over time the next k-th cycle T and increasing the threshold by ΔU=U k +λf k , where k is the sequence number of the cycle, λ is the transfer coefficient of the SHARP scheme, until the difference Δf=f k -f k-1 becomes less than the set value.

Такая процедура обеспечивает постоянство частоты шумовых превышений порога при изменении параметров источника шума, например, вследствие изменений температуры и других внешних факторов. Однако указанное решение не позволяет контролировать уровень шума на входе порогового устройства, что бывает необходимо в процессе изготовления систем, включающих пороговые устройства, например, фотоприемных устройств для систем локации и связи [9]. Этот вход может быть недоступен в рабочем режиме конструктивно, или подключение к нему внешнего датчика нежелательно из-за вносимых им искажений. Кроме того, стандартные измерительные приборы [14-16] не всегда обеспечивают возможность измерения низкоуровневых шумов и требуют особых лабораторных условий для работы. Так, милливольтметр [16] реализован в лабораторном приборе габаритами (без выносного пробника), 271x191x123 мм и массой 2,57 кг, работающем в узком температурном диапазоне. Такая аппаратура непригодна для встраивания в миниатюрные фотоприемные устройства, особенно в составе портативных систем связи, локации и т.п.This procedure ensures that the frequency of noise exceeding the threshold is constant when the parameters of the noise source change, for example, due to changes in temperature and other external factors. However, this solution does not allow controlling the noise level at the input of the threshold device, which is sometimes necessary in the process of manufacturing systems that include threshold devices, for example, photodetectors for location and communication systems [9]. This input may be structurally unavailable in the operating mode, or connecting an external sensor to it is undesirable due to the distortion it introduces. In addition, standard measuring instruments [14-16] do not always provide the ability to measure low-level noise and require special laboratory conditions for operation. Thus, a millivoltmeter [16] is implemented in a laboratory device with dimensions (without an external probe) of 271x191x123 mm and a mass of 2.57 kg, operating in a narrow temperature range. Such equipment is unsuitable for embedding in miniature photodetectors, especially as part of portable communication systems, locations, etc.

Задачей изобретения является определение среднеквадратического значения флуктуационного шума на входе порогового устройства в составе аппаратуры без подключения внешних средств, в том числе в процессе проектирования, производства и обслуживания, а также применение способа для построения автономных измерителей среднеквадратического значения шума.The objective of the invention is to determine the rms value of fluctuation noise at the input of a threshold device as part of the equipment without connecting external means, including in the process of design, production and maintenance, as well as the application of the method for constructing autonomous rms noise meters.

Указанная задача решается тем, что в известном способе шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП), заключающемся в сравнении шумового процесса с пороговым уровнем U, формировании стандартных выходных импульсов при превышениях порога выбросами шума, определения средней частоты f=N/T превышений порога выбросами шума путем накоплении количества N выходных импульсов за время очередного k-го цикла Т и увеличении порога на величину ΔU=Uk+λfk, где k - порядковый номер цикла, λ - коэффициент передачи схемы ШАРП, до тех пор, пока разность Δf=fk-fk-1 не станет меньше заданного значения, предварительно определяют среднюю частоту f0 пересечения шумовым процессом нулевого уровня, а после установления переходного процесса определяют величину порога U и частоту f=N/T превышений порога выбросами шума в последнем цикле стабилизации, после чего вычисляют величину среднеквадратического отклонения шума по формуле

Figure 00000001
, причем,
Figure 00000002
, где ξ << 1 - доверительный коэффициент, начальное значение порога U устанавливают как можно ближе к нулю, а коэффициент λ выбирают в пределах (1-3)/f0, где f0 - средняя частота пересечения шумом нулевого порога.This problem is solved by the fact that in the known method of noise automatic threshold control (SHARP), which consists in comparing the noise process with a threshold level U, generating standard output pulses when the threshold is exceeded by noise emissions, determining the average frequency f=N/T of exceeding the threshold by noise emissions by accumulation of the number N of output pulses during the next k-th cycle T and increase the threshold by the value ΔU=U k +λf k , where k is the serial number of the cycle, λ is the transfer coefficient of the SHARP scheme, until the difference Δf=f k -f k-1 will not become less than the specified value, the average frequency f 0 of the noise process crossing the zero level is preliminarily determined, and after the transient process is established, the threshold value U and the frequency f=N/T of exceeding the threshold by noise emissions in the last stabilization cycle are determined, after which calculate the value of the standard deviation of the noise according to the formula
Figure 00000001
, moreover,
Figure 00000002
, where ξ << 1 is the confidence factor, the initial value of the threshold U is set as close to zero as possible, and the coefficient λ is chosen within (1-3)/f 0 , where f 0 is the average frequency of the noise crossing the zero threshold.

Принцип работы устройства основан на зависимости средней частоты f пересечения порога U выбросами флуктуационного шума [7, 8, 12], подчиняющегося нормальному распределению.The operating principle of the device is based on the dependence of the average frequency f of crossing the threshold U by fluctuation noise emissions [7, 8, 12], which obeys a normal distribution.

Figure 00000003
Figure 00000003

где

Figure 00000004
- средняя частота пересечения шумом нулевого порога;Where
Figure 00000004
- average frequency of noise crossing the zero threshold;

R(τ) - корреляционная функция шума, определяемая частотной характеристикой приемно-усилительного тракта.R(τ) is the noise correlation function determined by the frequency response of the receiving-amplifying path.

Частоту f0 можно определить предварительно при пороговом уровне U=0 путем подсчета количества N0 пересечений нуля шумом за время Т' и вычисления частоты f0 по формуле f0=N0T. Этот параметр является постоянным для данного устройства и не требует проверки при каждом измерении σ.The frequency f 0 can be preliminarily determined at the threshold level U=0 by counting the number N 0 of zero crossings by noise over time T' and calculating the frequency f 0 using the formula f 0 =N 0 T. This parameter is constant for this device and does not require verification at each measurement σ.

Из соотношения (1) следует выражение для вычисления σ, используемое в настоящем изобретении.From relation (1) follows the expression for calculating σ used in the present invention.

Figure 00000005
Figure 00000005

На фиг. 1 показана структура, реализующая способ.In FIG. 1 shows a structure that implements the method.

На фиг. 2 - схема ШАРП.In FIG. 2 - SHARP scheme.

На фиг. 3 - переходный процесс при аналоговом накоплении частоты f.In FIG. 3 - transient process during analog accumulation of frequency f.

На фиг. 4 - эквивалентная схема источника шума (входного контура фотоприемного устройства с трансимпедансным предусилителем).In FIG. 4 - equivalent circuit of the noise source (the input circuit of the photodetector with transimpedance preamplifier).

На фиг. 5 приведена зависимость частоты f от относительного порогового уровня U/σ.In FIG. Figure 5 shows the dependence of the frequency f on the relative threshold level U/σ.

На фиг. 6 - график, характеризующий погрешность оценки а в зависимости от U/σ.In FIG. 6 is a graph characterizing the error in estimating a as a function of U/σ.

Стабилизация порогового уровня использованным методом позволяет точно выставить среднюю частоту f превышений выбросами шума порога U, автоматически устанавливаемого путем регулировки порога с помощью схемы ШАРП [4-8]. При известных f и U с помощью выражения (2) можно определить среднеквадратическое значение шума а.Stabilization of the threshold level using the method used allows you to accurately set the average frequency f of exceeding the threshold U by noise emissions, which is automatically set by adjusting the threshold using the SHARP scheme [4-8]. With known f and U, using expression (2), we can determine the root mean square value of the noise a.

Пороговое устройство, реализующее способ (фиг. 1), включает аналоговый компаратор 1 с формирователем стандартного импульса 2, выход которого через схему ШАРП 3 замкнут на опорный вход аналогового компаратора. На сигнальный вход последнего поступает сигнал от источника шума. Аналоговый выход схемы ШАРП подключен также к аналого-цифровому преобразователю 4, связанному с решающим устройством 5, на другой вход которого от схемы ШАРП поступает цифровая информация об измеренной частоте шумовых выбросов f и сигнал об окончании переходного процесса. Схема ШАРП 3 (фиг. 2) содержит накопитель 6, связанный с блоком обработки 7, подключенным к схеме управления порогом 8 и к решающему устройству 5.The threshold device that implements the method (Fig. 1) includes an analog comparator 1 with a standard pulse shaper 2, the output of which is connected through the SHARP circuit 3 to the reference input of the analog comparator. The signal input of the latter receives a signal from the noise source. The analog output of the SHARP circuit is also connected to an analog-to-digital converter 4 associated with the decision device 5, the other input of which receives digital information from the SHARP circuit about the measured frequency of noise emissions f and a signal about the end of the transient process. The SHARP circuit 3 (Fig. 2) contains an accumulator 6 connected to a processing unit 7 connected to a threshold control circuit 8 and to a decision device 5.

При начальном низком положении порога U средняя частота превышения порога шумовыми выбросами f близка к максимальной частоте f0. Выходные импульсы формирователя 2 кроме оконечного устройства 5 поступают на вход накопителя 6, в котором за время накопления Т формируется сигнал, пропорциональный накопленному за это время количеству N импульсов. Этот сигнал в блоке обработки 7 сравнивается с опорным значением Nоп, и разностная величина через схему управления порогом 8 увеличивает порог U на пропорциональное значение. В результате частота шумовых выбросов снижается, и описанный цикл повторяется до тех пор, пока разность Nоп - N не станет меньше установленного значения, и блок обработки останавливает процесс стабилизации. Сигнал об этом из блока обработки поступает на вход решающего устройства. Одновременно установившаяся величина U через аналого-цифровой преобразователь 4 также поступает в решающее устройство, где хранятся значения f0 и Nоп. По этим данным решающее устройство вычисляет величину о по формуле (2) и выдает результат вычисления на выход 1. На выход 2 может выдаваться другая информация, например, о задержке входного сигнала.At the initial low threshold U, the average frequency of exceeding the threshold by noise emissions f is close to the maximum frequency f 0 . The output pulses of the shaper 2, in addition to the terminal device 5, are fed to the input of the accumulator 6, in which, during the accumulation time T, a signal is generated that is proportional to the number N of pulses accumulated during this time. This signal in the processing unit 7 is compared with the reference value N op , and the difference through the threshold control circuit 8 increases the threshold U by a proportional value. As a result, the frequency of noise emissions is reduced, and the described cycle is repeated until the difference N op - N is less than the set value, and the processing unit stops the stabilization process. A signal about this from the processing unit is fed to the input of the decision device. Simultaneously steady value U through the analog-to-digital Converter 4 also enters the decision device, which stores the values of f 0 and N op . Based on these data, the solver calculates the value of o according to formula (2) and outputs the calculation result to output 1. Other information can be output to output 2, for example, about the delay of the input signal.

Процесс стабилизации иллюстрируется графиками фиг. 3. График 9 представляет собой процесс генерации выходных импульсов формирователя 2. Кривая 10 пропорциональна снижающейся частоте f. График 11 показывает ход порога U от начального значения 40 усл.ед. до установившегося уровня 70 усл.ед. Ввиду случайного характера генерации шумовых выбросов, подчиняющихся закону Пуассона [13], кривые 10 и 11 искажаются этими флуктуациями. Чем больше время усреднения Т, тем меньше отклонения порога U и средней частоты f от среднего значения и тем точнее результат определения а.The stabilization process is illustrated by the graphs of Fig. 3. Graph 9 is the process of generating the output pulses of the shaper 2. Curve 10 is proportional to the decreasing frequency f. Graph 11 shows the course of the threshold U from the initial value of 40 units. to a steady level of 70 sr.u. Due to the random nature of the generation of noise emissions obeying the Poisson law [13], curves 10 and 11 are distorted by these fluctuations. The longer the averaging time T, the smaller the deviation of the threshold U and the average frequency f from the average value and the more accurate the result of determining a.

Характеристики исследуемого источника шума рассмотрены в специальной литературе [10-12]. На фиг. 4 показана эквивалентная шумовая схема приемного контура фотоприемного устройства на базе лавинного фотодиода с трансимпедансным предусилителем [10]. На входе усилителя наряду с сигнальным фототоком Iс присутствуют собственные токовые шумы фотодиода Iт и эквивалентный шумовой ток предусилителя Iу, а также шумовое напряжение предусилителя Еу. Тепловые шумы сопротивлений нагрузки R и обратной связи Roc приведены к источнику Iт. На уровень а влияет частотная характеристика приемно-усилительного тракта, в том числе паразитная входная емкость С и емкость в цепи обратной связи Сос. В связи с большим количеством перечисленных и не учтенных источников шума при проектировании приемного тракта важно знать их суммарный эффект, что делает задачу настоящего изобретения тем более актуальной, что измерение уровня шума с помощью универсальной измерительной аппаратуры не всегда представляется возможным.The characteristics of the studied noise source are considered in the special literature [10-12]. In FIG. Figure 4 shows the equivalent noise circuit of the receiving circuit of a photodetector based on an avalanche photodiode with a transimpedance preamplifier [10]. At the input of the amplifier, along with the signal photocurrent I c, there are intrinsic current noises of the photodiode I t and the equivalent noise current of the preamplifier I y , as well as the noise voltage of the preamplifier E y . The thermal noise of the load resistance R and feedback R oc are brought to the source I t . The level a is affected by the frequency response of the receiving-amplifying path, including the parasitic input capacitance C and the capacitance in the feedback circuit C os. Due to the large number of listed and not taken into account noise sources, when designing the receiving path, it is important to know their total effect, which makes the task of the present invention all the more relevant since it is not always possible to measure the noise level using universal measuring equipment.

На фиг. 5 представлен график зависимости (1) для f0=107 1/с. Выбор опорной частоты fоп и, соответственно, количества пересечений порога Nоп=fоп Т за время накопления Т обусловлен несколькими соображениями. С одной стороны, чем выше частота foп, тем быстрее осуществляется выход на режим стабилизации (фиг. 3). С другой стороны, при слишком высокой частоте foп, близкой к f0, повышаются требования к быстродействию аналогового компаратора 1 и формирователя стандартного импульса 2. Существующая элементная база накладывает определенные ограничения на этот выбор [17, 18]. Требования по точности измерения а определяют как выбор опорной частоты foп, так и выбор периода накопления Т. На фиг. 6 приведен график зависимости оценки σ* от параметра порог/шум U/σ, в свою очередь связанного с частотой foп (фиг. 5). Зависимость фиг. 6 получена для истинного значения σ=1 и погрешности определения величины f/f0, равной 0,1%. Видно, что точность оценки σ* увеличивается с ростом отношения порог/шум. При значении этого параметра U/σ>1 погрешность оценки σ не превышает 0,1%. При этом частота foп должна отвечать условиюIn FIG. 5 shows a graph of dependence (1) for f 0 =10 7 1/s. The choice of the reference frequency f op and, accordingly, the number of threshold crossings N op =f op T during the accumulation time T is due to several considerations. On the one hand, the higher the frequency f op , the faster the stabilization mode is reached (Fig. 3). On the other hand, if the frequency f op is too high, close to f 0 , the requirements for the speed of the analog comparator 1 and the standard pulse shaper 2 increase. The existing element base imposes certain restrictions on this choice [17, 18]. The requirements for measurement accuracy a determine both the choice of the reference frequency f op and the choice of the accumulation period T. FIG. Figure 6 shows a graph of the estimate σ* versus the threshold/noise parameter U/σ, which in turn is related to the frequency f op (Fig. 5). The dependence of Fig. 6 obtained for the true value of σ=1 and the error in determining the value of f/f 0 equal to 0.1%. It can be seen that the accuracy of the estimate σ* increases with the growth of the threshold/noise ratio. With the value of this parameter U/σ>1, the error in estimating σ does not exceed 0.1%. In this case, the frequency f op must meet the condition

Figure 00000006
Figure 00000006

Критерием выбора периода накопления Т является известное соотношение для среднеквадратического отклонения on накопленной суммы N [13]The criterion for choosing the accumulation period T is the known ratio for the standard deviation on the accumulated amount N [13]

Figure 00000007
Figure 00000007

Требование σn = где ξ << 1 - доверительный коэффициент, эквивалентно условию

Figure 00000008
откудаThe requirement σ n = where ξ << 1 is the confidence factor, is equivalent to the condition
Figure 00000008
where

Figure 00000009
Figure 00000009

Период накопления Т определяется этими параметрамиThe accumulation period T is determined by these parameters

Figure 00000010
Figure 00000010

Пример 1Example 1

f0=107 1/c; σ=1; ξ=0,003.f 0 =10 7 1/c; σ=1; ξ=0.003.

Figure 00000011
Figure 00000011

Из выражения (2) видно, что относительная погрешность определения U равна заданной погрешности вычисления σ. Этим определяются требования к выбору разрядности и стабильности аналого-цифрового преобразователя 4.It can be seen from expression (2) that the relative error in determining U is equal to the given error in calculating σ. This determines the requirements for the choice of capacity and stability of the analog-to-digital converter 4.

Каждый k-й цикл накопления начинается с опорного уровня Uk=Uk-1+λ⋅10-7fk-1, где Uk-1 - начальный порог предыдущего цикла; fk-1=Nk-1/T - частота выбросов, измеренная в предыдущем цикле; λ - коэффициент передачи схемы ШАРП.Each k-th accumulation cycle starts from the reference level U k =U k-1 +λ⋅10 -7 f k-1 , where U k-1 is the initial threshold of the previous cycle; f k-1 =N k-1 /T - emission frequency measured in the previous cycle; λ is the transfer coefficient of the SHARP scheme.

Время выхода системы на режим заданной точности зависит от коэффициента передачи схемы ШАРП 3 и начальной установки порога U. В таблицах 1-6 приведены варианты переходного процесса при разных значениях указанных параметров при исходных данных примера 1.The time for the system to reach the specified accuracy mode depends on the transfer coefficient of the SHARP 3 scheme and the initial setting of the threshold U. Tables 1-6 show the options for the transient process for different values of the specified parameters with the initial data of example 1.

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

В рассмотренных вариантах ШАРП выходит на режим заданной средней частоты foп=3⋅106 1/с за 4-5 циклов накопления. Таким образом, время Тизм измерения σ составляет (4-5)Т. В условиях примера 1 это соответствует Тизм=(0,4-0,5) с.In the considered options, the SHARP enters the mode of the given average frequency f op =3⋅10 6 1/s for 4-5 accumulation cycles. Thus, the time T meas measurement σ is (4-5)T. In the conditions of example 1, this corresponds to T meas = (0.4-0.5) s.

Предлагаемое техническое решение может быть встроено в штатную структуру фотоприемного устройства и позволяет измерять интенсивность шума на выходе линейного тракта в рабочем составе устройства в процессе его работы.The proposed technical solution can be built into the standard structure of the photodetector and allows you to measure the noise intensity at the output of the linear path in the working composition of the device during its operation.

Таким образом, обеспечивается минимальная погрешность (0,1-1) % измерителя о, достаточная для оперативной оценки уровня шума приемно-усилительных устройств в широком температурном диапазоне, как в автономном исполнении, так и в составе функциональных комплексов.Thus, a minimum error (0.1-1)% of the o meter is ensured, sufficient for the operational assessment of the noise level of receiving-amplifying devices in a wide temperature range, both in stand-alone version and as part of functional complexes.

Аналоговые инструментальные процедуры не содержат нелинейных функциональных преобразований, для реализации которых требуются сложные устройства с надежной воспроизводимостью и стабильностью, а также сложным метрологическим обеспечением.Analog instrumental procedures do not contain non-linear functional transformations, the implementation of which requires complex devices with reliable reproducibility and stability, as well as complex metrological support.

Устройства, реализующие способ, не требуют температурной стабилизации и обладают минимальным временем выхода на рабочий режим. При допустимой погрешности определения а в пределах (1-2) % время измерения составляет несколько миллисекунд.Devices that implement the method do not require temperature stabilization and have a minimum time to reach the operating mode. With an acceptable error in determining a within (1-2)%, the measurement time is several milliseconds.

Таким образом, способ обеспечивает решение поставленной задачи - оперативное определение среднеквадратического значения флуктуационного нормального шума фотоприемных устройств в процессе производства и обслуживания миниатюрной, в том числе носимой и встраиваемой аппаратуры, при несложном метрологическом обеспечении в широком эксплуатационном диапазоне.Thus, the method provides a solution to the problem - prompt determination of the root-mean-square value of the fluctuation normal noise of photodetectors during the production and maintenance of miniature, including wearable and embedded equipment, with simple metrological support in a wide operational range.

Источники информацииInformation sources

1 Прием импульсных сигналов в присутствии шумовю Сборник переводных статей под ред. А.Е. Башаринова и М.С. Александрова. - М.: Гос. энергетическое издательство, 1960. - 384 с.1 Reception of impulse signals in the presence of noise Collection of translated articles, ed. A.E. Basharinov and M.S. Alexandrova. - M.: State. energy publishing house, 1960. - 384 p.

2 Я.Д. Ширман, В.Н. Голиков. Основы теории обнаружения радиолокационных сигналов и измерения их параметров. - Москва: Сов. радио, 1963. - 278 с.2 Ya.D. Shirman, V.N. Golikov. Fundamentals of the theory of detection of radar signals and measurement of their parameters. - Moscow: Sov. radio, 1963. - 278 p.

3 Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. - М: Радио и связь, 1989. - 504 с.3 Gower J. Optical communication systems: TRANS. from English. - M: Radio and communication, 1989. - 504 p.

4 US pat. №3516751. Optical radiation pulse control receiver. 1970.4 US Pat. No. 3516751. Optical radiation pulse control receiver. 1970.

5 A.C. №320067 Устройство стабилизации средней частоты шумовых выбросов над пороговым уровнем. 1972.5 A.C. No. 320067 Device for stabilizing the average frequency of noise emissions above the threshold level. 1972.

6 Пат. РФ №2755601. Способ обнаружения оптических сигналов. 2021.6 Pat. RF No. 2755601. Method for detecting optical signals. 2021.

7 Патент РФ №2732004. Импульсное пороговое устройство с шумовой стабилизацией порога. 2019.7 RF Patent No. 2732004. Pulse threshold device with noise threshold stabilization. 2019.

8 Вильнер В.Г. Проектирование пороговых устройств с шумовой стабилизацией порога. // Оптико-механическая промышленность. - 1984 г. - №5, - С. 39-41. - прототип.8 Vilner V.G. Design of threshold devices with noise threshold stabilization. // Optical-mechanical industry. - 1984 - No. 5, - S. 39-41. - prototype.

9 Патент РФ №2759262. Приемное устройство лазерного дальномера.9 RF Patent No. 2759262. The receiver of the laser rangefinder.

10 Paul Horovinz, Winfield Hill. The art of electronics. Third Edition. Cambridge University Press, 2015. - p. 539.10 Paul Horovinz, Winfield Hill. The art of electronics. third edition. Cambridge University Press, 2015. - p. 539.

11 И.Д. Анисимова и др. Под ред. В.И. Стафеева. Полупроводниковые фотоприемники. Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра. - М: Радио и связь, 1984 г. - 216 с.11 I.D. Anisimova and others. Ed. IN AND. Stafeeva. Semiconductor photodetectors. Ultraviolet, visible and near infrared ranges of the spectrum. - M: Radio and communication, 1984 - 216 p.

12 Филачев A.M., Таубкин И.И., Тришенков М.А. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. Москва, Физматгиз. 2007, - с. 345.12 Filachev A.M., Taubkin I.I., Trishenkov M.A. Solid state photoelectronics. Physical bases. Moscow, Fizmatgiz. 2007, - p. 345.

13 Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1970, - с. 392.13 Tikhonov V.I. Emissions of random processes. Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1970, - p. 392.

14 Насонов B.C. Справочник по радиоизмерительным приборам. - М.: Советское радио, 1976, т. 1., 234 с.14 Nasonov B.C. Handbook of radio measuring instruments. - M.: Soviet radio, 1976, vol. 1., 234 p.

15 Ф.В. Кушнир. Электрорадиоизмерения.: Уч. пособие для вузов. - Л., Энергоатомиздат. Ленингр. отд., 1983 г. - 320 с.15 F.V. Kushnir. Electroradio measurements.: Uch. allowance for universities. - L., Energoatomizdat. Leningrad. department, 1983 - 320 p.

16 Д. Молоков. Высокочастотный среднеквадратичный милливольтметр. Журнал «Радио». №5, 2019 г. - С. 14-21 - прототип.16 D. Molokov. High frequency RMS millivoltmeter. Radio magazine. No. 5, 2019 - S. 14-21 - prototype.

17 Высокоскоростной компаратор TL714C. Texas Instruments. Datasheet 2003.17 High speed comparator TL714C. Texas Instruments. Datasheet 2003.

18 Высокоскоростной компаратор МАХ941/МАХ942/МАХ944. MAXIM. Datasheet 2004.18 High speed comparator MAX941/MAX942/MAX944. MAXIM. Datasheet 2004.

Claims (1)

Способ шумовой автоматической регулировки порога (ШАРП), заключающийся в сравнении шумового процесса с пороговым уровнем U, формировании стандартных выходных импульсов при превышениях порога выбросами шума, определении средней частоты f=N/T превышений порога выбросами шума путем накопления количества N выходных импульсов за время очередного k-го цикла Т и увеличения порога на величину ΔU=Uk+λfk, где k - порядковый номер цикла, λ - коэффициент передачи схемы ШАРП, до тех пор, пока разность Δf=fk-fk-1 не станет меньше заданного значения, отличающийся тем, что предварительно определяют среднюю частоту f0 пересечения шумовым процессом нулевого уровня, а после установления переходного процесса определяют величину порога U и частоту f=N/T превышений порога выбросами шума в последнем цикле стабилизации, после чего вычисляют величину среднеквадратического отклонения шума по формуле
Figure 00000018
причем
Figure 00000019
, где ξ << 1 - доверительный коэффициент, начальное значение порога U устанавливают как можно ближе к нулю, а коэффициент λ выбирают в пределах (1-3)/f0, где f0 - средняя частота пересечения шумом нулевого порога.
The method of noise automatic threshold adjustment (SHARP), which consists in comparing the noise process with the threshold level U, generating standard output pulses when the threshold is exceeded by noise emissions, determining the average frequency f=N/T of exceeding the threshold by noise emissions by accumulating the number N of output pulses during the next k-th cycle T and increase the threshold by ΔU=U k +λf k , where k is the sequence number of the cycle, λ is the transfer coefficient of the SHARP scheme, until the difference Δf=f k -f k-1 becomes less a given value, characterized in that the average frequency f 0 of the noise process crossing the zero level is preliminarily determined, and after the transient process is established, the threshold value U and the frequency f=N/T of exceeding the threshold by noise emissions in the last stabilization cycle are determined, after which the value of the root-mean-square deviation is calculated noise by formula
Figure 00000018
and
Figure 00000019
, where ξ << 1 is the confidence factor, the initial value of the threshold U is set as close to zero as possible, and the coefficient λ is chosen within (1-3)/f 0 , where f 0 is the average frequency of the noise crossing the zero threshold.
RU2023101416A 2023-01-24 Noise automatic threshold adjustment method RU2794928C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794928C1 true RU2794928C1 (en) 2023-04-25

Family

ID=

Citations (6)

* 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
CN106712804A (en) * 2016-12-30 2017-05-24 陕西烽火电子股份有限公司 Frequency-hopping receiving channel quick gain control system
RU2718856C1 (en) * 2019-04-17 2020-04-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions
RU2721174C1 (en) * 2019-04-17 2020-05-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Threshold device with threshold noise stabilization
RU2732003C1 (en) * 2019-04-17 2020-09-09 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Threshold device with automatic noise stabilization of threshold
RU2732004C1 (en) * 2019-04-17 2020-09-09 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Pulse threshold device with noise threshold stabilization

Patent Citations (6)

* 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
CN106712804A (en) * 2016-12-30 2017-05-24 陕西烽火电子股份有限公司 Frequency-hopping receiving channel quick gain control system
RU2718856C1 (en) * 2019-04-17 2020-04-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for automatic stabilization of threshold frequency crossing frequency by noise process emissions
RU2721174C1 (en) * 2019-04-17 2020-05-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Threshold device with threshold noise stabilization
RU2732003C1 (en) * 2019-04-17 2020-09-09 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Threshold device with automatic noise stabilization of threshold
RU2732004C1 (en) * 2019-04-17 2020-09-09 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Pulse threshold device with noise threshold stabilization

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Maatta et al. A high-precision time-to-digital converter for pulsed time-of-flight laser radar applications
Kurtti et al. A wide dynamic range CMOS laser radar receiver with a time-domain walk error compensation scheme
Kurtti et al. An integrated laser radar receiver channel utilizing a time-domain walk error compensation scheme
Palojarvi et al. A 250-MHz BiCMOS receiver channel with leading edge timing discriminator for a pulsed time-of-flight laser rangefinder
CN105548848A (en) Device, equipment and method for measuring breakdown voltage
WO2017097147A1 (en) Apparatus, device and method for measuring gain of sensor
CN111766571A (en) Outdoor calibration method for infrared range finder
RU2794928C1 (en) Noise automatic threshold adjustment method
CN104777471B (en) A kind of pulse laser short range dynamic gain control circuit
HU196513B (en) Apparatus for measuring voltage by sampling
CN113406656A (en) Device and method for improving signal-to-noise ratio of laser Doppler coherent velocity measurement system
CN1971248A (en) High-precision film stress real-time measuring device and measuring method
US11635531B2 (en) Apparatus for measuring photon information and photon measurement device
Stukach et al. Towards the distributed temperature sensor with potential characteristics of accuracy
CN112240780A (en) OTDR sampling system and method for real-time dynamic sectional regulation of amplification factor
RU2800397C1 (en) Rms millivoltmeter
EP3296761B1 (en) Distance measuring device
Zygmunt et al. Real-time measurement technique of the echo signal magnitude in ToF laser scanners
RU2750443C1 (en) Signal receiving method
Heweage et al. Developing laser spot position determination circuit modeling and measurements with a quad detector
RU2815330C1 (en) Method for detecting optical signals using avalanche photodiode
CN107576482B (en) Optical parameter measuring device and measuring method thereof
RU2750444C1 (en) Method for receiving pulsed optical signals
CN116086630A (en) Low-frequency narrow-pulse-width alternating current light responsivity test method
RU2810708C1 (en) Method for detecting pulsed optical signals