Способ приема оптических сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01J1/44 

Иэобретение относится к области оптико-физических измерений и может быть использовано для контроля загрязнений атмосферы, в оптической локации и т.п.

Нелью изобретения является повышение достоверности приема.

На фиг. 1 приведена функциональная схема; на Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу сосед чих поддиапазонов при изменении сигнала вблизи границы устройства, реализующего способ.

Устройство, реализующее способ, содержит фотоприемник 1 с блоком автоматического выбора диапазона измерений, аналоговый коммутатор 2, цифровой коммутатор.3, регулируемый

yiZ

усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь (АШТ) 5, ЭВМ 6. Аналоговые выходы (Ьотоприемника 1 соединены с сигнальными входами аналогового коммутатора 2t управляющие входы которого соединены с выходам цифрового коммутатора 3, а выход соединен с сигнальным входом усилителя 4, выход которого соединен со входом АЦП 5, выход которого срединен с ЭВМ 6. Цифровой выход блока автоматического выбора диапазона измерений сЬотоприем- ника 1 соединен с первым портом ввода ЭВМ 6 и первым шинным входом коммутатора 3, второй шинный вход которого связан с вторым портом вывода ЭВМ 6, третий порт вывода которой соединен с входами управления усилителя 4„

G)

&0

ю

20

31632141

Четпертый порт ввода ЭВМ 6 свячан с выхо/мми АЦП 5„ ЭВМ 6 отдельными линиями связана с внешним синхронизатором, и с входом запуска АЦП 5„

Устройство работает следующим об- рачом. В начале первого акта зондирования объекта исследования на ЭВМ 6 поступает внешний сигнал синхронизации, например, от зондирующего лазе- JQ ра„ Фотоприемник 1 принимает оптические сигналы, отраженные или рассеянные объектом, преобразует их в электрические и подает их на аналоговый коммутатор 2. Фотоприемник представ- j ляет собой фотодетектор с многокаскад- усилителем, в котором выходные сигналы могут сниматься как с оконечного, так и с промежуточного каскадов (таким фотоприемником являет- гя, например, ЭУ со схемой сигнала с анода и диодов). Влок автоматического выбора л1Г: пазона измерений фо- топриемннка вырабатывает цифровой код, который,.пройдя через цифровой коммутатор 3, пропускает на выход аналогового коммутатора 2 сигнал лишь с одного канала (поддиапазона) фотоприемника с максимальным ненасыщенным усилением. Отметим, что в первом ак- ,Q те -зондирования-приема сигнал с первого выходного порта ЭВМ 6, подаваемый на коммутатор 3, отсутствует, что предопределяет управление коммутатором 2 от блока автоматического выбора диапазона измерений. Управляющий код на усилитель 4 от третьего выходного порта ЭВМ 6 также отсутствует, и усиление усилителя 4 номинально, С выхода АЦП 5 на выход устройства и на ЭВМ 6 подается цифровой код, соответствующий входному сигналу в моменты запуска АЦП .от ЭВМ.

Приведенное выше описание соответствует автоматическому режиму работы устройства, которому присущи недостатки, связанные с потерями информации, когда уровень принимаемого сигнала таков, что попадает на границу двух поддиапазонов„ Будем конт25

(несколько актов зондирования-приема) можно принудительно включить оди из двух соседних поддиапазонов на время частых переключений и скорректировать коэффициент усиления в этом поддиапазоне с тем, чтобы в данном интервале времени весь сигнал был измерен в этом выбранном поддиапазоне. Если же на каком-то отрезке времени сп : Сф ,то устройство работает в автоматическом режиме по извест ному способу.

Как правило, в задачах лазерного зондирования атмосферы интервал времени Тпр приема полезных сигналов от объекта исследования значительно меньше периода повторения (Т) актов зондирования-приема. Так, для лидаро с твердотельными лазерами характерны периоды следования Т зондирующих импульсов обычно больше 10 мс, в то время, как длительность ТПп принятого полезного сигнала при токовом режиме регистрации не превышает обычно 20-30 мксо Поэтому, после первого акта приема имеется достаточно времени (Т-ТПр) для того, чтобы с помощью ЭВМ можно было проанализировать информацию, идентифицировать интервалы частых переключений (с малыми интервалами времени между сосед ними переключениями) и к следующим актам зондирования-приема обеспечить принудительный выбор поддиапазона.

С целью расширения диапазона изме рительного преобразования фотоприемника на ФЭУ применен съем выходных сигналов как с его анода, так и с .jj динодов (эквивалент системы фотодетектор плюс многокаскадный усилитель) . Выходные сигналы ФЭУ подаются на аналоговый коммутатор и логическую схему выбора канала (блок автоматического выбора диапазона измерений) , которая фактически представляе собой дешифратор н набор компараторов, входы которых соединены с выходами фотоприемннка (ФЭУ), а выходы - с дешифратором. На фиг. 1 подобный

35

45

ролировать длительность Ctt времен- 0 блок подразумевается в составе фото- ного интервала между переключениями приемника 1. Дешифратор преобразует двух соседних поддиапазонов (фиг. 2) (п-1)-разрядный код вида 001...1 и зададимся минимальной длительностью (п число выходов фотоприемника),

в автоматическом режиме. Опреде- , что Сп ; Ј0 , э последующих актах зондирования среды в предположении малой изменчивости оптических параметров за время измерений

о лив

в котором 1 соответствует срабо- 55 тавшему омпаратору в данном канале {поддиапазоне), в п-раэрядиый .код вида 0010,,.О, в котором н соответствует каналу с максимальным

0

Q j ,Q

5

(несколько актов зондирования-приема) можно принудительно включить один из двух соседних поддиапазонов на время частых переключений и скорректировать коэффициент усиления в этом поддиапазоне с тем, чтобы в данном интервале времени весь сигнал был измерен в этом выбранном поддиапазоне. Если же на каком-то отрезке времени сп : Сф ,то устройство работает в автоматическом режиме по известному способу.

Как правило, в задачах лазерного зондирования атмосферы интервал времени Тпр приема полезных сигналов от объекта исследования значительно меньше периода повторения (Т) актов зондирования-приема. Так, для лидаров с твердотельными лазерами характерные периоды следования Т зондирующих импульсов обычно больше 10 мс, в то время, как длительность ТПп принятого полезного сигнала при токовом режиме регистрации не превышает обычно 20-30 мксо Поэтому, после первого акта приема имеется достаточно времени (Т-ТПр) для того, чтобы с помощью ЭВМ можно было проанализировать информацию, идентифицировать интервалы частых переключений (с малыми интервалами времени между соседними переключениями) и к следующим актам зондирования-приема обеспечить принудительный выбор поддиапазона.

С целью расширения диапазона измерительного преобразования фотоприемника на ФЭУ применен съем выходных сигналов как с его анода, так и с .jj динодов (эквивалент системы фотодетектор плюс многокаскадный усилитель) . Выходные сигналы ФЭУ подаются на аналоговый коммутатор и логическую схему выбора канала (блок автоматического выбора диапазона измерений) , которая фактически представляет собой дешифратор н набор компараторов, входы которых соединены с выходами фотоприемннка (ФЭУ), а выходы - с дешифратором. На фиг. 1 подобный

35

45

0 блок подразумевается в составе фото- приемника 1. Дешифратор преобразует (п-1)-разрядный код вида 001...1 (п число выходов фотоприемника),

блок подразумевается в составе фото- приемника 1. Дешифратор преобразует (п-1)-разрядный код вида 001...1 (п число выходов фотоприемника),

в котором 1 соответствует срабо- тавшему омпаратору в данном канале {поддиапазоне), в п-раэрядиый .код вида 0010,,.О, в котором н соответствует каналу с максимальным

516

ненасыщенным усилением. (В исходном состоянии рабочим установлен канал с максимальной чувствительностью (с максимальным усилением)),, Последний код подается на управляющий вход аналогового KOMMVTaTopa и пропускает на выход сигнал лишь с этого канала (выхода фотоприемника). На фиг. 2а, б показаны верхний UB и нижний U уровни сигналов в первом (1) и втором (Un) каналах, которые ограничивают амплитудный диапазон работы каждого канала. При достижении сиг

налом уровня Uu канальный компаратор

Н

срабатывает и вызывает переключение аналогового коммутатора. Заштрихованные области соответствуют рабочем каналу в каждый момент (рассмотрены лишь 2 соседних поддиапазона), Фиг„ 2в иллюстрирует, какой поддиапазон является рабочим в разные интервалы времени, В интервале ЈtH(J4 , t цон видны частые переключения двух соседних поддиапазонов.

Фиг. 2г и заштрихованная область под пунктирной линией на фиг„ 2а соответствует режиму принудительного выбора поддиапазона (в нашем случае первого) в интервале , Ькои, который устанавливается, если окажется, что интервал между переключениями поддиапазонов меньше заранее выбранного интервала времени 0, ( tp

Са).

Результат измерений U передается на выход устройства в таком виде:

U - А-К-В,

где А - коэффициент, пропорциональный -уровню выходного сигнала в рабочем поддиапазоне;

К - коэффициент усиления регулируемого усилителя, причем К К - номинальному коэффициенту усиления в режиме автоматического выбора поддиапазона и К Кр/Киорм в режиме принудительного выбора поддиапазона, Кн0рм коэффициент нормирования;

В - усиление всех предыдущих (относительно нмбраннот о в

,

данный момент рабочим) каскадов усиления приемоусили- тельного тракта, причем в режиме автоматического выбора В Ва, в принудительном режиме В Вft К,

0

о нор/л

т.-е. корректируется на величину коэффициента нормировки. Здесь В - номинальное усиление предыдущих каскадов. На выход устройства, реализующего способ, подается сигнал С А-К на вьоод 7 (Фиг, t) - в аналоговой фор- i ме его цифровой эквивалент - на вы- 5 хоц 9, коэффициент В г- на выход 9 (также в цифровой форме),

Изобретение позволяет значительно сократить потерн информации при приеме оптических сигналов в широком динамическом диапазоне, когда выходной сигнал фотоприемного устройства оказывается на границе двух поддиапазонов, попеременно то в одном, то в другом. Предлагаемый принудительный выбор рабочего поддиапазона на основе анализа периода междиапазонных переключений (частоты переключений) позволяет устранить частые переключения и тем самым избежать потерь информации во время переключений, а значит - повысить достоверность результатов измерений.

Формула изобретения

Способ приема оптических сигналов, заключающийся в преобразовании их в электрические, многокаскадном их усилении и автоматическом переключении амплитудных поддиапазонов измерений, отличающийс я тем, что, с целью повышения достоверности

приема, дополнительно измеряют период следования переключений, соседних поддиапазонов, определяют временной интервал непревышения этим периодом заданной длительности и в этом ннтервале времени осуществляют принудительный выбор поддиапазона измерений и регулировку усиления в нем при последующих актах приема.

CuHXfcQHU

эация

Порт 11 Порт2 Порт J ЛортЦ №рлг$

дш.1

Изобретение относится к области оптико-физических измерений и может быть использовано для контроля загрязнений атмосферы в оптической локации т.п. Целью изобретения.является повышение достоверности приема оптических сигналов. Способ приема оптических сигналов заключается в преобразовании их в электрические, многокаскадном усилении и автоматическом переключении поддиапазонов. При этом после однократного осуществления вышеназванных операций анализируют период следования переключений соседних поддиапазонов, определяют временной интервал непревышення этим периодом заданной длительности и в этом интервале времени осуществляют принудительный выбор поддиапазона измерений и регулировку усиления в нем при поел едуюших актах приема оптических сигналов. 2 ил„

Рабочий

под&иала

зон

В

Рабочий

поддиопо- зон

Редактор Н, Коляда

Фиг. 2

Составитель А. Ястребов

Техред М.ДидыкКорректор М. Шароши