SU1728902A1 - Способ регистрации импульсного сигнала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к регистрации сигналов с помощью приборов с передачей зар да, в частности к обнаружению в шумах импульсных фотосигналов, и может быть использовано в устройствах дискретно-аналоговой обработки сигналов. Цель изобретени  - повышение отношени  сигнал/шум и точности определени  момента прихода импульса сигнала. Цель достигаетс  за счет того, что врем  накоплени  и эффективное врем  усреднени  могут устанавливатьс  независимо друг от друга, причем эффективное врем  усреднени  может быть сделано значительно больше времени накоплени . Способ заключаетс  в том, что периодически считывают часть накапливаемого зар да , оставшуюс  часть зар да запоминают и суммируют с поступающим в процессе накоплени  зар дом, при этом врем  накоплени  Т выбирают не более 1/3 эффективной длительности Тн импульса сигнала, а отношение М накапливаемого .зар да к его отдел емой части удовлетвор ет соотношению VM(M- 1) «упри о 0,5-1,5. 5 ил. сл С

Description

Изобретение относитс  к способам регистрации сигналов с помощью приборов с переносом зар да и может быть использовано в устройствах дискретно-аналоговой обработки сигналов - электронных трактах электронно-оптических систем, мультиплексорах аналогового сигнала, видеопроцессорах , дискретно-аналоговых фильтрах - дл  реализации квазиоптимального обнаружител  колоколообразного импульса в смеси с аддитивным широкополосным шумом.

Известен способ регистрации импульсного сигнала с помощью прибора с переносом зар да, в котором дл  увеличени  отношени  сигнал/шум снижают собственный шум прибора с переносом зар да.

Известен также способ регистрации сигнала с помощью прибора с переносом зар дка, содержащего электроды: накоплени , разделительный и парциальный, имеющие между собой зар довую св зь, включающий непрерывное в течение действи  сигнала линейное преобразование сигнала в зар д с последующим его накоплением под указанными электродами и периодическим считыванием части накопленного зар да.

Недостатками способа  вл ютс  недостаточное отношение сигнал/шум и невозможность совместить высокое значение отношени  сигнал/шум с высокой точностью определени  момента прихода импульса сигнала. Причина указанных

vi ю оо о о

N3

недостатков в том, что дл  эффективного подавлени  шума, более широкополосного, чем сигнал, требуетс  врем  усреднени  Те, приблизительно равное эффективной длительности импульса сигнала Ти. Вместе с тем дл  того, чтобы избежать потерь амплитуды сигнала (с априорно неизвестным моментом прихода) при его дискретизации, опрос необходимо производить гораздо чаще - несколько раз за врем  действи  импульса . В силу того, что в данном способе период опроса Т совпадает с временем усреднени  Те , удовлетворить в нем обоим требовани м - эффективного подавлени  шума (Те-Ти) и малости потерь дискретизации (Т « Ти) - оказываетс  невозможным .

Цель изобретени  - одновременное повышение отношени  сигнал/шум и точности определени  момента прихода импульса сигнала.

Цель достигаетс  тем, что оставшуюс  после считывани  часть сигнала суммируют с зар дом, поступающим в следующем цикле накоплени , при этом врем  накоплени  Тн выбирают не более 1 /3 эффективной длительности Ти импульса сигнала, а отношение накапливаемого зар да к его отдел емой части устанавливают пор дка числа опросов, производимых в течение эффективной длительности импульса сигнала.

Благодар  тому, что зар д, накапливаемый в текущем цикле, суммируетс  с ранее накопленными зар дами, эффективное врем  усреднени  Те увеличиваетс  по сравнению с временем цикла Т. Отношение Те/Т в предлагаемом способе пр мо зависит от отношени  накапливаемого зар да к.его отдел емой части М; расчетным путем получено соотношение:

Te/T VM(M-1) M,Te- MT. (1) Таким образом, выбира  соответствующее М, можно при Т « Ти установить Те Ти, чем удовлетворить обоим услови м наиболее эффективной регистрации сигнала.

Обработка сигнала и шума в данном способе аналогична их обработке в интегрирующей RC-цепи, в которой роль эффективного времени усреднени  Те играет RC-посто нна  TRC. Известно, что наибольшие ОСШ в таком фильтре достигаютс  в том случае, когда Трс-Ти.

Абсолютный максимум ОСШ достигаетс  при TRC 0,9 Ти - т.н. квазиоптимальный фильтр. В случа х же TRC Ти или TRC « Ти фильтр оказываетс  сильно рассогласованным с сигналом, и ОСШ на его выходе падает . Поэтому в предлагаемом способе наиболее высокие значени  ОСШ достигаютс  при Те Ти (абсолютный максимум при Те 0,9 Ти) и в соответствии с (1) М Ти/Т, т.е. отношение накапливаемого зар да к его отдел емой части (М) имеет тот же пор док, что и число опросов, производимых в течение эффективной длительности импульса сигнала.

На фиг. 1-2 изображены электродна  структура прибора с переносом зар да, реализующего предлагаемый способ (а) и распределение потенциала в  чейках в разных фазах цикла (б-е); на фиг. 3-5 - зависимости ОСШ при различных способах обработки.

Генератор 1 представл ет токи сигнала и шума, электроды 2 и 3 (последний из которых поддерживаетс  под посто нным потенциалом ) служат дл  ввода токового сигнала в накопительную  чейку под электродом 4 накоплени  и парциальным электродом 5. Дл  считывани  части

накопленного зар да накопительна   чейка разделена на две части разделительным электродом 6, емкостью которого можно пренебречь. Электрод 8 служит дл  хранени  и вывода отдел емой части зар да,

электроды 7 и 9 обеспечивают изол цию  чеек посредством потенциальных барьеров .

Кривые 10 и 11 показывают изменение ОСШ в зависимости от периода накоплени 

Т дл  прототипа, а кривые 12 и 13 - дл  предлагаемого способа при оптимальном выборе М (Т измер етс  в единицах эффективной длительности импульса Ти, W0 обозначает спектральную плотность мощности

шума; сигнал предполагаетс  имеющим единичную амплитуду). Лини  14 соответствует идеальному оптимальному фильтру.

Работа прибора по предлагаемому способу состоит в циклическом выполнении

следующих операций. В начале цикла в момент времени (t - Т + 0) накопительна   чейка содержит зар д (1-1/М) -Q(t-T), оставшийс  в ней после считывани  М- и части накопленного зар да Q-(t-T). В течение почти всего цикла (поскольку все прочие операции быстрые) происходит накопление сигнала S(t) генератора 1, так что в конце накоплени  в момент (t-О) накопительна   чейка содержит зар д

Q(t) ()-Q(t-T) + q(t)

где через q(t) обозначен накопленный в интервале t - Т, t зар д

q(t) /S(t )dt

t-T

Затем производитс  считывание М-й части зар да Q(t), имеющегос  в накопительной  чейке, путем быстрого подъема потенциала разделительного электрода 6,

при этом в  чейку под парциальным электродом 5 считываетс  и затем передаетс  в выходную  чейку под электродом 8 (фиг. 1д)

зар д ОвИ -jrr Q(t). В заключение восстанавливаетс  исходное распределение потенциала в  чейках дл  очередного цикла. С ростом М пам ть о значени х сигнала в предыдущих циклах становитс  более долговременной . Таким образом, даже при малом периоде накоплени  Т, задаваемом исход  из необходимой точности определени  момента прихода импульса сигнала, выбор достаточно большого М позвол ет сузить полосу пропускани  до необходимого размера, с чем и св зан выигрыш в ОСШ.

Пример. Пусть требуетс  зарегистрировать в белом шуме импульс вида (1) длительностью Ти 240 мкс и неопределенным моментом его прихода. Пусть необходима  точность определени  момента прихода импульса 5t0 составл ет 50 мкс. Врем  накоплени  Т должно составить не более 1/3 Ти, т.е. не более 80 мкс. Выберем Т 80 мкс, тем самым обеспечена точность 5t0 Т/2 40 мкс, т.е. требовани  по точности будут удовлетворены . Выберем далее величину М: М(М-1) 240 мкс/80 мкс 3, откуда М 3,55; тем самым реализуютс  оптимальные услови  регистрации, в которых ОСШописыва- ютс  кривой 12. Значение ОСШ приТ- Ти/3 составит дл  предлагаемого способа 0,75 VTM/WO а дл  известного способа (крива  11) 0,52 VTM/WO (ПРИ наименее благопри тном моменте прихода импульса). Таким образом, выигрыш в ОСШ составл ет в предлагаемом способе 43% по отношению к прототипу. При этом, как следует из сопоставлени  кривых 10 и 12, предлагаемый способ лишь на 10% хуже оптимального фильтра по ОСШ.

Пусть требуетс  точность 6 to не хуже 20 мкс. Тогда зададим Т 2(5 to 40 мкс, откуда ТИ/Т 6 (M-1), М 6,5. Аналогично предыдущему примеру находим, что выигрыш предлагаемого способа по отношению к прототипу составл ет :95%.

Пусть точность 5t0 не задаетс , а период Т выбираетс  вс кий раз из соображений достижени  наивысшего ОСШ. Тогда в способе-прототипе следует выбирать Т 0.573х хТи, при котором ОСШ максимально и равно 0,583 VTM/WO- а в предлагаемом способе

Т 1/3- Ти. Выбор Т 1/3-ТИ в предлагаемом способе дает ОСШ 0,75 VTM/WO т-е- и в этих услови х Предлагаемый способ на 33% превосходит прототип.

Таким образом, использование предлагаемого способа преобразовани  импульсного электрического сигнала с помощью прибора с переносом зар да позвол ет реализовать квазиоптимальный обнаружитель с одновременно высокими отношением

сигнал /шум и точностью определени  момента прихода импульса сигнала.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ регистрации импульсного сигнала с помощью прибора с переносом зар да , содержащего электроды: накоплени , разделительный и управлени , имеющие между собой зар довую св зь, включающий непрерывное в течение действи  сигнала

   линейное преобразование в зар д с последующим накоплением под электродами накоплени , разделени  и управлени  и периодическим считыванием части накопленного зар да, отличающийс  тем,

   что, с целью одновременного повышени  отношени  сигнал - шум и точности определени  момента прихода импульса сигнала, оставшуюс  часть сигнала суммируют с зар дом , поступающим в следующем цикле

   накоплени , при этом врем  накоплени  Тн выбирают не более 1/3 эффективной длительности импульса сигнала Ти, а отношение М накапливаемого зар да к его отдел емой части удовлетвор ет соотношению

   VM(M-I)«TM/TH,

   где ,5-1,5.

   OCM,

   1 2 3 4 5 6 . 9

   Учг.5

   Г/Г