Устройство определения времени прихода оптического сигнала

Изобретение относится к области пассивной оптической локации и может быть использовано для обнаружения оптических импульсных сигналов на фоне мощной фоновой засветки и для определения времени прихода оптического сигнала на фоне помех. Технический результат изобретения - повышение точности определения времени сигнала, прошедшего априорно неизвестную трассу распространения и регистрируемого при больших уровнях фоновой засветки. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит усилитель, первый фильтр, выполненный низкочастотным, управляемый ключ, блок порогового сигнала, инвертор, первый и второй детекторы, выполненные пиковыми положительной и отрицательной полярности, фотодиод, одновибратор, решающее устройство, два компаратора, второй фильтр в виде двойного дифференциатора, при этом перечисленные средства соединены между собой определенным образом. 2 ил.

 

Изобретение относится к области пассивной локации и может быть использовано для обнаружения оптических импульсных сигналов на фоне мощной фоновой засветки и для определения времени прихода оптического сигнала на фоне помех.

Известно устройство для определения времени прихода импульсного сигнала с помощью интегрирования и последовательного суммирования с линий задержки (Чудновский B.C., Чудновский Л.С. Измерение времени прихода импульсного сигнала в присутствии аддитивных шумов / Труды Академии управления МВД «Информационно-техническое обеспечение деятельности органов внутренних дел», М.: 1998, с. 154). Данное устройство применимо для сигналов с быстрым фронтовым вступлением типа A(t-t0)kη(t-t0), где А амплитуда; t0 - время начала процесса; η(t-t0) - единичная функция; k<1-2 - показатель степени. Относительная погрешность определения времени прихода находится на уровне 0,1-0,2 σ, где: σ - среднеквадратическое значение уровня шума на выходе системы интегрирующий фильтр - суммирование с линий задержки. Недостатком этого устройства является резкое снижение точности определения времени прихода при значениях k>2-3. Устройство включает: интегратор, линии задержки, инверторы и сумматор.

Известно устройство определения времени прихода импульсного сигнала с последующим предельным ограничением (клиппирования) и дальнейшим интегрированием. (Вагин Ю.П., Карпин B.C., Чудновский B.C., Чудновский Л.С. Обратная задача пассивной локации / Тезисы докладов Пятых научных чтений памяти М.К. Тихонравова по военной космонавтике: "Космос и обеспечение безопасности России", т. 2. - М.: 2004, с. 100-103).

Данное устройство эффективно требует широкой полосы регистрации входного сигнала, что приводит к проигрышу в отношения сигнал/шум на выходе системы и увеличению погрешности определения времени прихода. Кроме того, необходимо быстрое фронтовое вступление сигнала для достижения приемлемой точности определения времени прихода. Техническая реализация устройства включает: предельный ограничитель, интегратор, компараторы.

Несмотря на простую техническую реализацию предлагаемых устройств определения времени прихода, они не обеспечивают высокую точность для импульсных сигналов при относительно невысоких отношениях сигнал/шум. Например, в космических системах мониторинга молниевых разрядов предъявляются требования к погрешности среднеквадратического определения физического времени прихода менее 0,5 мкс при соотношении сигнал/шум выше 10.

Наиболее близким техническим решением является устройство для обнаружения сигналов (патент RU №2042149, G01S 7/36, опубл. 20.08.1995), содержащее антенну, модулятор входного сигнала, детектор сигнала, усилитель, фильтр, ключи, индикатор, генератор звуковой частоты, генератор запуска световой индикации, дешифратор, генератор тактовых импульсов, блок порогового сигнала, инвертор.

Недостатком этого устройства является невозможность установки и регулирования порога срабатывания. Все сигналы, в том числе и помехи, превышающие порог чувствительности, в пределах полосы пропускания устройства будет регистрироваться оконечным устройством, т.е. вероятность ложных тревог известного устройства высока.

Технический результат изобретения - повышение точности определения времени сигнала, прошедшего априорно неизвестную трассу распространения и регистрируемого при больших уровнях фоновой засветки.

Технический результат достигается тем, что в устройстве определения времени прихода оптического сигнала, содержащем последовательно соединенные усилитель и первый фильтр, а также содержащем управляемый ключ, блок порогового сигнала, инвертор и первый детектор, в него дополнительно введены фотодиод, одновибратор, решающее устройство, два компаратора, второй детектор, второй фильтр в виде двойного дифференциатора, при этом первый фильтр выполнен низкочастотным, а детекторы выполнены пиковыми положительной и отрицательной полярностей, причем выход фотодиода соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с входом первого фильтра низких частот, выход первого фильтра низких частот соединен с входом двойного дифференциатора, выход двойного дифференциатора подсоединен к первому входу управляемого ключа и входу блока порогового сигнала, выход блока порогового сигнала подключен ко второму входу управляемого ключа, входу одновибратора и входу запуска считывания информации в решающем устройстве, выход управляемого ключа подключен к входам пиковых детекторов и входам компараторов, а выход пикового детектора отрицательной полярности через последовательно соединенный инвертор, выходы компараторов и выход пикового детектора положительной полярности подключены к входам считывания информации решающего устройства, выход одновибратора подсоединен к входу прекращения считывания информации решающего устройства, к входам обнуления показания пиковых детекторов и входу размыкания управляемого ключа.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства определения времени прихода оптического сигнала, где введены следующие обозначения:

1 - фотодиод,

2 - усилитель,

3 - фильтр низких частот (первый фильтр),

4 - двойной дифференциатор (второй фильтр),

5 - блок порогового сигнала,

6 - управляемый ключ,

7 - пиковый детектор положительной полярности,

8 - пиковый детектор отрицательной полярности,

9 - компаратор, срабатывающий на переход напряжения из плюса в минус,

10 - компаратор, срабатывающий на переход напряжения из минуса в плюс,

11 - инвертор,

12 - одновибратор,

13 - решающее устройство.

Устройство имеет следующие функциональные связи (фиг. 1). Выход фотодиода 1 соединен с входом усилителя 2, выход усилителя 2 соединен с входом первого фильтра низких частот 3. Выход первого фильтра низких частот 3 соединен с входом второго фильтра, роль которого выполняет двойной дифференциатор 4. Выход двойного дифференциатора 4 (второго фильтра) подсоединен к входу блока порогового сигнала 5 и первому входу управляемого ключа 6. Выход блока порогового сигнала 5 подключен ко второму входу управляемого ключа 6, к входу одновибратора 12 и входу запуска считывания информации в решающем устройстве 13. Выход управляемого ключа 6 подключен к входам первого и второго пиковых детекторов положительной 7 и отрицательной 8 полярностей и входам компараторов 9 и 10. Выход пикового детектора отрицательной полярности 8 через последовательно соединенный инвертор 11, выходы компараторов 9 и 10 и выход пикового детектора положительной полярности 7 подключены к входам считывания информации решающего устройства 13. Выход одновибратора 12 подсоединен к входу прекращения считывания информации решающего устройства 13, к входам обнуления показания пиковых детекторов 7 и 8 и входу размыкания управляемого ключа 6.

Устройство работает следующим образом.

Входной оптический сигнал s(t) вместе с аддитивным шумом n(t) поступает на фотодиод 1 и далее на последовательно соединенные усилитель 2, фильтр низких частот (ФНЧ) 3 и двойной дифференциатор 4. Выход дифференциатора 4 соединен с входом блока порогового сигнала 5 (значение порога срабатывания Поб задается потребителем) и входом управляемого ключа 6, замыкание которого осуществляется при срабатывании блока порогового сигнала 5. Выход ключа 6 подсоединен к пиковому детектору положительной полярности 7 и к пиковому детектору отрицательной полярности 8, а также к компаратору 9, переходя из положительной полярности в отрицательную полярность, и компаратору 10 перехода из отрицательной полярности в положительную. При срабатывании блока порогового сигнала 5 запускается одновибратор 12, формирующий сигнал стандартной длительности ΔT. Длительность ΔT выбирается из условия максимального времени между переходом t-+ и времени срабатывания блока порогового сигнала 5. После срабатывания блока порогового сигнала 5 в решающем устройстве 13 начинается запись показаний пикового детектора 7, и инвертированного инвертором 11 пикового детектора 8, и времен срабатывания компараторов 9, 10. После завершения срабатывания одновибратора 12 запись показаний в решающее устройство 13 завершается, показания пиковых детекторов 7 и 8 обнуляются, а управляемый ключ 6 приходит в разомкнутое состояние.

В решающем устройстве 13, после завершения записи исходных данных, определяется время прихода импульсного однополярного сигнала. Для точного определения времени прихода t0 в решающее устройство поступают сигналы единого времени (СЕВ).

Определение времени прихода импульсных излучений на фоне помех предполагает первичную фильтрацию входной реализация с целью повышения отношения сигнал/шум, что достигается применением фильтра Баттерворта низких частот пятого порядка. Для обострения фронтового вступления входного сигнала используется двойное дифференцирование.

На фиг. 2 приведены осциллограммы: входного однополярного излучения I и на выходе системы низкочастотный фильтр - двойной дифференциатор II (отношение сигнал/шум на входе равно 10). Характерные точки на фиг. 2: амплитуда первого максимума А+, время перехода через ноль от первого максимума к первому минимуму t+-, амплитуда первого минимума А-, время перехода от первого минимума ко второму максимуму t-+. Из соотношения подобия треугольников можно представить первое приближение времени прихода tnp:

Поскольку при таком методе первое приближение времени прихода определяется с систематической ошибкой, то в зависимости от результата фильтрации в оценку времени прихода t0 вводится функциональная поправка f(t-+ - t+-)

Устройство определения времени прихода оптического сигнала, содержащее последовательно соединенные усилитель и первый фильтр, а также содержащее управляемый ключ, блок порогового сигнала, инвертор и первый детектор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены фотодиод, одновибратор, решающее устройство, два компаратора, второй детектор, второй фильтр в виде двойного дифференциатора, при этом первый фильтр выполнен низкочастотным, а детекторы выполнены пиковыми положительной и отрицательной полярностей, причем выход фотодиода соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с входом первого фильтра низких частот, выход первого фильтра низких частот соединен с входом двойного дифференциатора, выход двойного дифференциатора подсоединен к первому входу управляемого ключа и входу блока порогового сигнала, выход блока порогового сигнала подключен ко второму входу управляемого ключа, входу одновибратора и входу запуска считывания информации в решающем устройстве, выход управляемого ключа подключен к входам пиковых детекторов и входам компараторов, а выход пикового детектора отрицательной полярности через последовательно соединенный инвертор, выходы компараторов и выход пикового детектора положительной полярности подключены к входам считывания информации решающего устройства, выход одновибратора подсоединен к входу прекращения считывания информации решающего устройства, к входам обнуления показания пиковых детекторов и входу размыкания управляемого ключа.



 

Похожие патенты:

Активно-импульсный телевизионный прибор ночного видения содержит блок наблюдения, телевизионный канал, блок управления и синхронизации, импульсный инфракрасный осветитель и блок деления частоты.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Техническим результатом является увеличение дальности действия лазерного дальномера.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к радиолокационным станциям (радиолокаторам), устанавливаемым на летательных аппаратах. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет реализации функции обнаружения малоскоростных и неподвижных целей на фоне поверхности земли.

Изобретение относится к области радиолокационной техники, а именно к способам определения угловых координат измерений произвольного количества точечных близко расположенных целей.

Изобретение относится к области радиопеленгования импульсных радиоизлучателей электромагнитной энергии (например, молниевых разрядов) в приземном волноводе Земля - ионосфера.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для сокращения времени обзора направления. Достигаемым техническим результатом изобретений является сокращение временных затрат на обнаружение подвижных целей и на измерение их координат в условиях действия пассивных помех.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения ИРИ с летательного аппарата (ЛА), в частности с беспилотного ЛА.

Изобретение относится к области создания портативных навигационных приемников, а также средств автономного контроля навигационных сигналов спутниковых систем ГЛОНАСС, GPS.

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности к радиотехническим системам, и может быть применено в конструкции радиолокационной системы с использованием вторичного излучения радиоволн.

Изобретение относится к области радиоэлектроники. .

Изобретение относится к области радиолокации и может применяться для обнаружения, распознавания и классификации радиолокационных сигналов. .

Изобретение относится к технике обнаружения цели и определения направления на цель. .

Использование: для дистанционного измерения поля скорости и направления ветра. Сущность изобретения заключается в том, что доплеровский сканирующий лидар бортового базирования содержит: полупроводниковый лазер; делитель; волоконно-оптический усилитель; акустооптический модулятор; многокаскадный волоконно-оптический усилитель; оптический циркулятор; приемо-передающий телескоп; сканирующий узел; волоконно-оптический сумматор; балансный детектор и микропроцессор.

Изобретение относится к области лесопользования, в частности к определению состояния деревьев в лесных массивах. Устройство для выполнения измерений в группе деревьев содержит беспилотное воздушное транспортное средство (236), датчиковую систему (306), связанную с беспилотным воздушным транспортным средством (236), управляющее устройство (310).

Лидарный комплекс содержит лазерный источник зондирования, оптическую систему, направляющую лазерное излучение в инспектируемое пространство, приемный телескоп, спектроанализатор и фотоприемное устройство.

Изобретение относится к области океанографических измерений. Способ дистанционного определения дисперсии уклонов морской поверхности заключается в том, что импульсным лазером вертикально зондируют морскую поверхность, регистрируют отраженные импульсы и по ним рассчитывают дисперсию уклонов морской поверхности.

Многоканальная оптико-локационная система содержит тепловизионный, телевизионный и инфракрасный коротковолновый каналы наблюдения с общим зеркальным телескопом, излучающий и приемный лазерные каналы, широкоспектральный и два узкоспектральных излучателя, приемо-передающий телескоп, спектроделители, а также вычислительно-управляющий блок.

Способ формирования и обработки зондирующего лазерного сигнала основан на генерации неэквидистантных импульсов лазерного излучения, фильтрации принятого сигнала, вычисления взаимной корреляционной функции принятого сигнала и опорного сигнала.

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности маневрирования судов при подходе к причалу и может быть использовано для швартовки судов. Для швартовки судна с помощью лазерной системы (1) лазерные измерители расстояния (2) и (3) до объекта швартовки с устройствами передачи-приема устанавливают на оконечностях судна.

Группа изобретений относится к способу и устройствам ориентации транспортных средств по лазерному лучу. Для ориентации транспортного средства направляют лазерный луч в сторону транспортного средства параллельно или под небольшим углом к траектории его движения, формируют линейную поляризацию излучения, устанавливают положение плоскости поляризации перпендикулярно плоскости, проходящей через лазерный луч и траекторию движения, определяют отклонение от заданной траектории движения.

Сканирующий многолучевой лидар содержит оптическую приемную систему, в которой используется зеркальный объектив, вторичное зеркало которого выполнено в виде зеркально-линзового компонента, за которым на оптической оси телескопа установлены дополнительная положительная линза и ТВ-камера.

Изобретение относится к области пассивной оптической локации и может быть использовано для обнаружения оптических импульсных сигналов на фоне мощной фоновой засветки и для определения времени прихода оптического сигнала на фоне помех. Технический результат изобретения - повышение точности определения времени сигнала, прошедшего априорно неизвестную трассу распространения и регистрируемого при больших уровнях фоновой засветки. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит усилитель, первый фильтр, выполненный низкочастотным, управляемый ключ, блок порогового сигнала, инвертор, первый и второй детекторы, выполненные пиковыми положительной и отрицательной полярности, фотодиод, одновибратор, решающее устройство, два компаратора, второй фильтр в виде двойного дифференциатора, при этом перечисленные средства соединены между собой определенным образом. 2 ил.

Наверх