Обнаружитель оптических сигналов

 

Изобретение относится к оптическим системам связи и локации, работающим при неизвестном распределении шума. Целью изобретения является повышение эффективности обнаружения за счет устранения корреляционных связей в решающей статистике обнаружителя. Сущность изобретения заключается в использовании дополнительных опорных шумовых каналов . Предлагаемый обнаружитель может быть использован в оптических системах связи и локации, требующих обеспечения постоянства вероятности ложной тревоги. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК . (51)5 Н 04 В 10/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4935385/22 (22) 12,05.91 (46) 23,04,93, Бюл. ¹ 15 (72) B.À.ÏoëÿêîB и Р,Г.Толпарев (56) Томас Д,Б, Непараметрические методы обнаружения сигналов. ТИИЭР, 1970. ¹ 5. (54) ОБНАРУЖИТЕЛЬ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВВ (57) Изобретение относится к оптическим системам связи и локации, работающим при неизвестном распределении шума. Целью

Изобретение относится к оптическим системам связи и цокализации с модуляцией по интенсивности при пассивной паузе, а конкретно к оптическим непараметрическим обнаружителям, обеспечивающим постоянство заданной вероятности должной тревоги в условиях неизвестного распределения шумового фона.

Целью изобретения является повышение эффективности обнаружения путем устранения в решающей статистике прототипа корреляционных связей, возникающих в ней вследствие сравнения каждого сигнального отсчета с общими для всех них шумовыми отсчетами.

Эта цель достигается тем, что в непараметрический обнаружитель, представленный на фиг. 1 и содержащий оптическую систему сигнала 1, вход которой является входом смеси сигнала с шумом обнаружителя, оптически связанную со входом сигнального фотоэлектронного умножителя (ФЭУ)

2, выход которого соединен с информационным входом сигнального аналого-цифрово„„Ы „„1811014 А1 изобретения является повышение эффективности обнаружения за счет устранения корреляционных связей в решающей статистике обнаружителя. Сущность изобретения заключается в использовании дополнительных опорных шумовых каналов. Предлагаемый обнаружитель может быть использован в оптических системах связи и локации, требующих обеспечения постоянства вероятности ложной тревоги. 2 з, и. ф-лы, 4 ил. го преобразователя (АЦП) 3, оптическую систему шума 8, вход которой является входом шумового канала обнаружителя, оптически связаннуюс входом шумового ФЭУ9, выход которого соединен с информационным входом АЦП 10; синхрогенератор 14, выход которого соединен с тактовыми входами сигнального и шумового АЦП, блок анализа

5, последовательно соединенные сумматор

7 и решающий блок 12, выход которого является выходом решения обнаружителя, дополнительно введены группа оптических систем шума, входы которых являются вхо- дами дополнительных шумовых каналов об- . наружителя, группа соединенных между собой шумовых ФЭУ и шумовых АЦП, регистр сигнала 4, группа блоков анализа, распределитель импульсов 18, коммутатор 6, группа блоков элементов И 11, элемент задержки 13, элемент ИЛИ 16, один из входов которого является входом пуска обнаружителя, и три таймера 15, 17, 19, Выходы группы оптических систем шума оптически связаны с входами соответствующих им шумовых ФЭУ, тактовые входы группы шумо1811014 вых АЦП и таймеров соединены с выходом синхрогенератора, выход сигнального АЦП соединен с информационным входом регистра сигнала, выходы шумовых АЦП соединен ы с четвертыми входами соответствующих им блоков анализа, тактовый выход первого таймера соединен с пятыми входами блоков анализа и с тактовым входом регистра сигнала, информационные выходы разрядов которого соединены с информационными входами соответствующих им блоков элементов И, причем выходы последних соединены с вторыми входами соответствующих им блоков анализа, а. управляющие входы объединены и соединены с выходом конца интервала первого таймера, с третьими входами блоков анализа и входом запуска второго таймера, тактовый выход второго таймера соединен с первыми входами блоков анализа, а выход конца интервала второго таймера соединен с входом запуска третьего таймера и со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом запуска первого таймера.

Выходы блоков анализа соединены с соответствующими им входами коммутатора, выход которого соединен с входом слагаемых сумматора, тактовый выход третьего таймера соединен с информационным входом распределителя импульсов, с тактовыми входами сумматора и коммутатора.

Выходы распределителя импульсов соединены с шестыми входами соответствующих им блоков анализа, выход конца интервала третьего таймера соединен с входом элемента задержки, с входом разрешения на выдачу суммы сумматора и с входом реше. ния решающего блока, при этом выход блока элемента задержки соединен с входом сброса сумматора.

Поставленная цель достигается также тем, что блок анализа 5, представленный на фиг. 2, содержит регистр сравнений 20, сумматор 21, группу блоков сравнений 22, элемент задержки 23 и регистр шума 24, причем первый вход блока анализа одновременно является тактовыми входами регистра сравнений и сумматора, второй вход одновременно является обьединенными первыми информационными входами блоков сравнений, третий вход одновременно является объединенными входами момента сравнения блоков сравнений, четвертый вход одновременно является информационным входом регистра шума, пятый вход одновременно является тактовым входом регистра шума, а шестой вход одновременно является входом элемента задержки и входом разрешения на выдачу суммы сумматора. При этом выход элемента задержки

Коммутатор 6, представленный на фиг.

30 4, содержит распределитель 28 импульсов и группу блоков 29 элементов И, Оптическая система 1 сигнала, состоящая из фильтра, соответствующего длине волны излучения,-и объектива, оптически

35 связана с входом сигнального ФЭУ 2; Группа оптических систем 8 шума, аналогичных сигнальной, размещена вне пятна засветки передатчика на расстоянии радиуса пространственной корреляции шума друг от друга; направлена параллельно оптической системе 1 сигнала и оптически связана со входами соответствующих ей шумовых ФЭУ 9.

Обнаружитель реализует следующий алгоритм работы. На выходе сигнального канала, оптическая система 1 которого размещена в пределах пятна засветки луча оптического передатчика, формируется выборка xi значений смеси сигнала с шумом объемом N независимых отсчетов (I = 1 - N).

Одновременно каждый из N параллельных шумовых каналов, оптические системы 8 которых размещены вне пятна засветки луча передатчика на расстоянии радиуса пространственной корреляции шума друг от друга, формирует выборку значений шума

2iJ, где I — номер шумового канала; J — порядковый номер значения в выборке, объемом

N независимых отсчетов (J = 1 - N). соединен с входом сброса сумматора, информационные выходы разрядов регистра шума соединены с вторыми информационными входами соответствующих им блоков сравнений, выходы блоков сравнений соединены с информационными входами соответствующих им разрядов регистра сравнений, а информационный выход последнего соединен с входом слагаемых сум"0 матора, выход которого одновременно является выходом блока анализа.

Цель изобретения достигается также тем, что таймер 15, представленный на фиг.

3, содержит элемент И 25, первый вход ко"5 торого одновременно является тактовым входом таймера, а выход — тактовым выходом таймера, триггер 26 и счетчик 27 до заданного числа импульсов, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, а

20 выход счетчика соединен с входом собственного сброса, с входом установки в "ноль" триггера и одновременно является выходом конца интервала таймера, прямой выход триггера соединен с вторым входом элемен25 та И, а вход установки в "единицу" триггера одновременно является входом запуска таймера, 1811014

45

Определяется решающая статисгика

U =, g С(xi-ц), (1) где С (.) = 1 при xi » zif, иначе С (.) --: О.

Значение "U" сравнивается с постоянным порогом П, заранее определенным в соответствии с и= чр(и). Ф (1-p1+M(uj, {2) где р — заданная вероятность ложной тревоги;

Ф 1 — функция, обратная функции нормированного нормального распределения;

M(u) — —, 0(uj — (3) 2 N2

При u > П принимается решение о наличии сигнала, а в противном случае — î его отсутствии.

Работа обнаружителя происходит следующим образом. Благодаря последовательности импульсов, подаваемых синхрогенератором 14 на тактовые входы всех АЦП и таймеров, выборка смеси сигнала с шумом (или чистого шума при паузе) с выхода АЦП 3 поступает на вход регистра 4, а шумовая выборка с выходов АЦП 10 — на четвертые входы соответствующих им блоков 5 анализа.

Начало обнаружения определяется импульсом запуска, который через элемент

ИЛИ 16 поступает на вход запуска таймера

15. В результате на тактовый выход таймера

15 будет выдано Nтактовых импульсов,,которые поступят на пятые входы блоков 5 анализа и на тактовый вход регистра 4. Поэтому в регистр 4 будет записано N отсчетов хь В блоках 5 аналйза тактовые импульсы обеспечат запись N шумовых отсчетов zq a регистры 24 шумового сигнала, После выдачи M импульсов таймер 5 по своему выходу конца интервала выдает имI пульс, поступающий на вход запуска таймера 17, на вторые входы блоков 11 элементов

И и на третьи входы блоков 5 анализа. По этому импульсу сигнальные отсчеты регистра 4 через блоки 11 по вторым входам соответствующих им блоков 5 поступят на первые входы блоков 22 сравнения. Одновременно по третьему входу блоков 5 этот импульс поступает на входы момента сравнения блоков 22, в каждом из которых при х1 z f на выходе появится единичный импульсс, иначе — нулевой. Результаты сравнений через информационные входы соответствующих им разрядов записаны в регистр 20.

После прихода импульса на вход запуска таймера 17 по тактовому выходу выдает

N импульсов, которые по первым входам блоков 5 поступают на тактовые входы регистров 2 и сумматоров 21, Под воздействием импульсов результаты сравнений последовательно поступают на сумматор 21, N образуя, >, C(xi - ц).

1=1

После этого таймер 17 по выходу конца интервала выдает импульс поступающий на второй вход элемента ИЛИ 16 и запускающий по входу запуска таймер 19. Последний по тактовому выходу выдает N импульсов, поступающих на тактовые входы коммутатора 6, сумматора 7 и на вход распределителя

18 импульсов. С выхода распределителя 18 импульсы поочередно поступают на шестые входы каждого из N блоков 5 анализа, что соответствует поступлению импульса на вход элемента 23 задержки и на вход разрешения выдачи суммы сумматора 21. Под воздействием этих же импульсов коммутатор 6 последовательно соединяет выходы сумматоров 21 со входом сумматора 7, в котором образуется значение "u" в соответствии с (1), После задержки элементом 23 на время опроса тактовый импульс сбрасывает в "ноль" сумматор 21.

Пройдя элемент ИЛИ 16, импульс с выхода таймера 17 поступает на вход запуска таймера 15 и начинает следующий цикл описываемой процедуры.

Закончив выдачу импульсов, таймер 19 по выходу конца интервала выдает импульс, поступающий на вход элемента 13 задержки, на вход разрешения выдачи суммы сумматора 7 и на вход блока 12 принятия решения, определяя момент решения. При этом значение "u" из сумматора 7 поступает в блок 12, где сравнивается с порогом П, установленным заранее в соответствии с (2).

Результат сравнения выдается на выход блока 12, являющегося выходом обнаружителя, Этот же импульс, задержанный элементом 13, сбрасывает в "ноль" сумматор 7.

Формула изобретения

1, Обнаружитель оптических сигналов, содер>кащий два канала приема и преобразования оптических сигналов, каждый из которых представляет собой последовательное соединение оптической системы, фотоэлектронного умно>кителя и аналогоцифрового преобразователя, а также синхрогенератора, соединенного своим выходом с тактовыми входамИ аналого-цифровых преобразователей, и последовательно соединенные сумматор и блок принятия решений, о тл и ч а ю щи и с я тем,что, с целью повышения эффективности обнаружения полезного сигнала при наличии помех, в него введена дополнительная группа каналов приема и преобразования оптиче1811014 ских сигналов, оси оптических систем кото- четвертым входом сумматора и входом элерых ориентированы параллельно оси апти- . мента задержки, выход которого соединен с ческой системы первого канала и третьим входом сумматора, размещены на расстоянии радиуса пространственной корреляции шума, группу 5 2. Обнаружитель по и. 1, о т л и ч а lo- . блоков анализа, группу элементов И, эле- шийся тем, что блок анализа выполнен в мент ИЛИ, регистр сигнала. первый, второй виде последовательно соединенных регисти третий таймеры, коммутатор. элемент за- ра сравнений и сумматора, а также регистра держки и распрвделитель импульсов, при шумового сигнала, элемента задержки и и этом выход синхрогенератора соединен с 10 блоков сравнения, соответствующих колитактовыми-входами аналого-цифровых пре- честву разрядов, причем информационные образователей дьйолнительной группы и выходы разрядов регистра шумового сигнатрех таймеров; выход аналого-цифрового ла соединены с вторыми информационными преобразователя первого канала приема и входами соответствующих им блоков сравпреобразования оптического сигнала сое- 15 нения, выходы которыхсоединены с.инфординен с информационным входом регистра мационными входами соответствующих им сигнала, а выходы аналого-цифровых преоб- разрядов регистра сравнений, выход элеразователей каналов соединены четверты- ", мента задержки соединен с входом сброса ми входами соответствующих блоков " сумматора; прй этом первым входом блока анализа, первые входы которьа. Соединены 20 аналиэа являются объединенные тактовые с тактовым выходом второго таймера, вто - .,: ..входы регистра сравнений и сумматора, вторые входы соединены с вь ходами Соответ- рым входом — объединенные первые инфорствуюЩих. t алемейтое.-И, третьи входы мационные входы блоков сравнений, соединены с выхбдом концаийтервала. пер- третьим входом — объединенные входы мовогЬ таймера, Й."такж6 Ф: вторыми: входамй 25 ментов сравнения блоков сравнения, чет, СоотвфтствующИМ элементов, И ik.с вторым -. вертым входом — информационный вход . ьходом айпускаюгброготаймера;пят:i6:вхо-:" . регистра шумового сигнала, тактовый вход ды:сОедийейы с тйтовым выходом первого -.;, которого является пятым входом блока ана ."нала, Йебтыа" входЫ Соедийвнй С„ i-м.выхо- 30 ся объединенные входы элемента задержки домфйспред лйтеля. ийпульсов, а: выходы! и управляющий вход сумматора, выход кофима информационными рходайи коммута- :-, — 3. Обнаружитель по пп, 1 и 2, о т л и ч атора, выхОд" которогб соединен:с первйм -, ю шийся тем, что таймер выполнен в виде

13xoQof4 c l4QT0p8, йуправля@4ий вход со- 35 последовательного соединения триггера, единенстактОйымвь <одомтретьеготайме- элемента И и счетчика, при этом первый ра,".ФхОдОм раСпределителя иййульсов и вход элемента И является тактовым входом вторЫМ еходОм cgt4M9lop8, вьйбд конца ин- таймера, входом запуска которого является . те)йалй второгО таймфра Соединей с входом вход установки триггера в "1", выход эле.. зайусй третьего таймера и входом элемен- 40 мента И является тактовым выходом тайме та ИЛИ,.вйход котороГо СОединен с входоМ ра, а выход счетчика, соединенный с входом запуск. йервОгО таймера, выход конца ин- собственного сброса и входом установки тераала третьего таймера соединен с вто- триггера в "0", является выходом конца инрыМ входом блока приня ия решений с тер а а та е а

1S11014

Фиг. 4

Составитель 8. Калмыков

Редактор С, Кулакова Техред M.Моргентал Корректор А. Козориз

Заказ 1452 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101