Устройство обнаружения оптических сигналов Советский патент 1992 года по МПК H04N7/18 

а

J

to

;CJ

сл

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в телевизионных устройствах, осуществляющих селекцию полезного сигнала в режиме счета фотонов.

Цель изобретения -повышение быстродействия и достоверности обнаружения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства обнаружения; на фиг. 2 - структурные электрические схемы блока измерения фона и блока вычисления; на фиг. 3 - структурная электрическая схема блока управления; на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов блока управления.

Устройство обнаружения оптических сигналов (фиг.1) содержит датчик 1 одно- электронных импульсов, формирователь 2 сигнала, элемент И 3, первый, в торой. ..(п+1)-й блоки 4.1, 4.2,4.(п+1) обнаружения, каждый из которых содержит элемент И 5.1, 5.2...5.(п+1) блока 4.1,4.2,...4.(п+1) обнаружения и счетчик 6.1, 6.2...6(п+1) блока 4.1, 4.2...4.(п+1) обнаружения, блок 7 измерения фона, блок 8 вычисления, сумматор 9, элемент ИЛИ 10, регистрирующий блок 11 и блок 12 управления. Блок 7 измерения фона (фиг.2) содержит делитель 13 частоты и счетчик 14 импульсов. Блок 8 вычисления (фиг.2) содержит реверсивный 15 и суммирующий 16 счетчики. Блок 12 управления (фиг.З) содержит первый 17 и второй 18 элементы И блока управления, реверсивный счетчик 19 блока управления, счетчик 20 Джонсона, установочный триггер 21, первый, второй..,(п+1)-й формирователи 22.1, 22.2...22.(п+1) блока управления и задающий генератор 23.

Устройство обнаружения оптических сигналов работает следующим образом.

За счет введения п блоков 4 обнаружения, каждый из которых содержит элемент И 5 и счетчик 6, работающий в режиме вычитания, устройство обнаружения оптических сигналов позволяет проводить компенсацию величины фоновой засветки и обнаружение полезного видеосигнала на промежутке времени, равном длительности выделяемого сигнала ти (фиг.4). Причем начало работы каждой цепочки сдвинуто относительно предыдущей цепочки на время, равное tu/(n+1), где (п+1) - число блоков 4 обнаружения. Введение блока 8 вычисления, который выполняет функцию извлечения квадратного корня из измеренной величины фоновой засветки, позволяет уменьшить вероятность ложной тревоги и тем самым повысить достоверность обнаружения сигнала.

Блок 7 измерения фона предназначен для измерения усредненного значения фоновой засветки, определяемого за время, равное длительности накопления одноэлектронных импульсов в счетчиках 7, 6. Усреднение проводится с целью получения достоверной постоянной составляющей фона. Блок 7 измерения фона (фиг.2) содержит последовательно соединенные делитель 13

частоты и счетчик 14 импульсов. На вход делителя 13 частоты поступает импульсная последовательность с выхода элемента И 3, причем длительности разрешения поступления импульсов на вход блока 7 измерения

фона будет кратна длительности обнаруживаемого сигнала tu, то есть k tu, где k - коэффициент кратности. В этом случае имеется возможность усреднять импульсную последовательность фоновой засветки в течение времени k- tu и измерять его величину. Измеренная счетчиком 14 импульсов величина фона будет соответствовать величине, измеренной за длительность, равную tu. С выхода блока 7 измерения фона информация параллельным кодом поступает на вход сумматора 9. Исходные состояния делителя 13 частоты и счетчика 14 импульсов определены как нулевые и устанавливаются по переднему фронту управляющего импульса to (фиг.4).

Блок 8 вычисления (фиг.2), выполняющий функцию извлечения квадратного корня, содержит последовательно соединенные реверсивный счетчик 15, работающий в

режиме вычитания, и суммирующий счетчик 16, причем выход реверсивного счетчика 15 соединен с установочным его входом, а информационный вход реверсивного счетчика 15 подключен к информационному выходу

суммирующего счетчика 16. Импульсная последовательность с выхода блока 7 измерения фона (с выхода делителя 13 частоты) поступает на вход реверсивного счетчика 15.

Блок 12 управления формирует последовательность управляющих импульсов, которые поступают на вторые входы элемента И 3 и на (п+1)-й блок 4 компенсации фоновой засветки.

Задающий генератор 23 формирует последовательность импульсов, частота которой соответствует величине дискретизации интервала обнаружения сигнала. Выход генератора 23 подключен к первым входам

элементов И 17 и 18, вторые входы которых подключены к входу устройства обнаружения, на который поступает сигнал Обнаружение. Информационные входы реверсивного счетчика 19 подключены к входным шинам, к которым подключен код, соответствующий величине (k- tu).

Блок 12 управления работает следующим образом.

В исходное состояние реверсивный счетчик 19, счетчик Джонсона 20 и установочный триггер 21 приводятся посредством импульса, формируемого по переднему фронту сигнала Обнаружение. При этом в реверсивный счетчик 19 записывается код, равный величине (k tu), а счетчик 20 и триггер 21 устанавливаются в нулевое состояние.

При поступлении сигнала Обнаружение открывается элемент 1/117. Импульсы с генератора 23 поступают на вход реверсивного счетчика 19, вычитая хранящийся код (k tu). При этом первый входной импульс устанавливает триггер 21 в единичное состояние. Импульс на выходе реверсивного счетчика 19 появляется по истечении временного интервала, равного (k tu). Этот импульс переводит триггер 21 в исходное состояние. Таким образом формируется управляющий импульс То (фиг.4). По окончании формирования импульса t открывается элемент И 18, который пропускает импульсы с задающего генератора 23 на вход счетчика Джонсона 20, реакцией которого будет последовательное появление на его выходах перепада с низкого на высокий уровень. В момент этого перепада формирователи 22,1...22,п+1 импульсов формируют управляющие импульсы длительностью, равной

tu.

Эпюры, представленные на фиг.4, поясняют принцип действия блока 12 управления, при этом на фиг. 4а - сигнал с выхода генератора 16 импульсов; на фиг. 46 - сигнал - на входах элементов И 17 и 18; на фиг. 4в - временной интервал, формируемый установочным триггером 21; на фг. 4г, д, е - сигналы с выходов соответственно формирователей 22.1, 22.1, 22.П+1.

Датчик 1 одноэлектронных импульсов, в качестве которого может выступать, например, диссектор, преобразует световой поток фона и объекта в последовательность одноэлектронных импульсов. Формирователь 2 сигнала усиливает входные импульсы и нормирует их по амплитуде. Далее импульсная последовательность поступает на входы элемента И 3 и на входы п+1 блока обнаружения.

При поступлении сигнала Обнаруже- ние блок 12 управления формирует на своих выходах последовательность управляющих сигналов согласно временной диаграмме (фиг.4).

0

5

0

5 0

5

0

5

0

5

В момент to формируется разрешающий импульс, длительность которого равна (k- tu), где k - коэффициент кратности, , tu - длительность обнаруживаемого сигнала. Коэффициент k определяет промежуток времени, кратный длительности tu, за который должно произойти усреднение фоновой составляющей, ее измерение Np и вычисление случайной составляющей Стф, обусловленной фоновой засветкой. Вычисление среднеквадратической величины осуществляется по формуле

Оф Л41ф

блоком 8 вычисления.

За время длительностью (k tu) посредством блока 7 измерения фона и блока в вычисления измеряются среднее значение Ыф и среднеквадратическое значение (7ф фоновой засветки.

Далее измеренные значения суммируются в сумматоре 9 и хранятся там весь период обнаружения.

Результат суммирования параллельным кодом поступает на информационные входы счетчиков 6.1...6.п+1 блоков 4.1,...4.п+1 обнаружения. Блок 12 управления в моменты времени ti,...tn-H (фиг.4) формирует импульсы длительностью tu,которые сдвинуты один относительно другого на период дискретизации Atg. Эти сигналы последовательно разрешают прохождение одноэлектронных импульсов через элементы И 5.1...5.п+1 на входы счетчиков 6.1...6.п+1, работающих в режиме вычитания. По переднему фронту управляющих импульсов (ti...tn+i) проводится запись кода по информационным входам счетчиков 6, Счетчики 6 в устройстве выполняют функции компенсатора постоянной составляющей фона и порогового устройства. Если число одноэлектронных импульсов за длительность tu превышает число, записанное по информационным входам, то на выходе формируется сигнал обнаружения, который через элемент ИЛИ 10 поступает на регистрирующий блок 11. В противном случае оставшаяся часть информации в счетчиках вновь относится по приходу следующего управляющего импульса с блока 12 управления. Обнаруженный сигнал представляет собой пачку сигналов обнаружения, которая регистрируется блоком 11, в качестве которого может служить, например, устройство, фиксирующее временной момент появления сигналов обнаружения с последующим их накоплением.

По окончании периода обнаружения устройство обнаружения оптических сигналов приводится в исходное состояние. Формула изобретения Устройство обнаружения оптических сигналов, содержащее последовательно соединенные датчик одноэлектронных импульсов и формирователь сигнала, элемент И, первый вход которого соединен с выходом формирователя сигнала, а второй вход - с первым выходом блока управления, первый блок обнаружения, содержащий последовательно соединенные элемент И первого блока обнаружения и счетчик первого блока обнаружения, сумматор и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и достоверности обнаружения, введены п-1 блоков обнаружения, каждый из которых содержит последовательно соединенные элемент И блока обнаружения, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока обнаружения и счетчик блока обнаружения, выход

0

5

0

5

которого является выходом блока обнаружения, информационный и управляющий входы счетчика блока обнаружения являются соответственно третьим и четвертым в,хо- дами блока обнаружения, элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом регистрирующего блока, а с первого по n-й входы соединены с выходами соответствующих блоков обнаружения, блок измерения фона, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый выход - с первым входом введенного блока вычисления, а второй выход - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока вычисления, второй вход блока измерения фона соединен с вторым входом блока вычисления, с входом блока управления и является входом для сигнала Обнаружение, с второго по n-й выходы блока управления соединены с первым и третьим входами соответственно с п-1 по n-й блоков обнаружения, вторые входы которых соединены с выходом формирователя сигнала, а четвертые входы - с выходом сумматора.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в телевизионных устройствах, осуществляющих селекцию полезного сигнала в режиме счета фотонов. Цель изобретения - повышение быстродействия и достоверности обнаружения. Датчик 1 одноэлектронных импульсов преобразует световой поток фона и объекта в последовательность одноэлектронных импульсов, нормируемых формирователем 2 сигнала. Импульсная последовательность поступает на вход элемента 3 И и на входы п+1 блоков 4 обнаружения. При поступлении сигнала Обнаружение блок 12 управления формирует последовательность управляющих сигналов, открывающих элемент 3 И и элемент 5 И блоков 4 обнаружения. В блоке 8 вычисления осуществляется измерение среднего значения и средне- квадратическое значение фоновой засветки, суммируемые в сумматоре 9. Суммарное значение фоновой засветки записывается в счетчики 6 блоков 4 обнаружения. Из этих значений вычитаются одноэлектронные импульсы, при этом, если число превышает записанные в счетчик 6 записи, формируется сигнал обнаружения, фиксируемый в регистр блока 11.4 ил. ел О

От5лЗ

фиг. 2

Сигнал „Обнаружение

S/c Л

с

фиг.З

I i