Обнаружитель оптических сигналов Советский патент 1993 года по МПК H04B10/00 

Изобретение относится к оптическим системам связи и локализации 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 путём 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-цифрового преобразователя (АЦП) 3, оптическую систему шума 8, вход которой является входом шумового канала обнаружителя, оптически связаннуюс входом шумового ФЭУ 9, 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 входами дополнительных шумовых каналов обнаружителя, 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 ИЛ И 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 шумо(Л

С

00

о Ј

вых АЦП и таймеров соединены с выходом синхрогенератора, выход сигнального АЦП соединен с информационным входом регистра сигнала, выходы шумовых АЦП соеди- нены 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 решения 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 объединенными 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

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 соот- ветствующих им разрядов регистра сравнений, а информационный выход последнего соединен с входом слагаемых сумматора, 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 которого 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

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 элемента И, а вход установки в единицу триггера одновременно является входом запуска таймера,

Коммутатор 6, представленный на фиг.

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

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 (1 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 2|, где I - номер шумового канала; J - порядковый номер значения в выборке, объемом N независимых отсчетов Q 1 - N).

Определяется решающая статистка U ||iJiC(x,-z,i), (1)

где С (.) 1 при xi zjj, иначе С (.) - 0.

Значение U сравнивается с постоянным порогом П, заранее определенным в соответствии с

П VD). ) + М(и),(2) где р - заданная вероятность ложной тревоги;

Ф 1 - функция, обратная функции нормированного нормального распределения;

N2 . г,г:.-, - N2(2N-1)

(3)

-y-;D u - 12

При и Э: Г) принимается решение о на- личии сигнала, а в противном случае - о его отсутствии.

Работа обнаружителя происходит следующим образом. Благодаря последова- тельности 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 N тактовых импульсов, которые поступят на пятые входы блоков 5 анализа и на тактовый вход регистра 4. По- этому в регистр 4 будет записано N отсчетов XL В блоках 5 анализа тактовые импульсы обеспечат запись N шумовых отсчетов zjj в регистры 24 шумового сигнала,

После выдачи N импульсов таймер 15 по своему выходу конца интервала выдает импульс, поступающий на вход запуска тайме- ра17, 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 xi zij на выходе появится единичный импульс, 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 ре

0

5

:

0 5

0 5

0 5

5

0

гистров 2 и сумматоров 21. Под воздействием импульсов результаты сравнений последовательно поступают на сумматор 21,

N

образуя У с(х z i)

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 б, 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 и 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 и 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.

Формул а изобретения

1, Обнаружитель оптических сигналов, содержащий два канала приема и преобразования оптических сигналов, каждый из которых представляет собой последовательное соединение оптической системы, фотоэлектронного умножителя и аналого- цифрового преобразователя, а также синх- рогенератора, соединенного своим выходом с тактовыми входами аналого-циф- ровых преобразователей, и последовательно соединенные сумматор и блок принятия решений, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности обнаружения полезного сигнала при наличии помех, в него введена дополнительная группа каналов приема и преобразования оптических сигналов, оси оптических систем которых ориентированы параллельно оси оптической системы первого канала и размещены на расстоянии радиуса пространственной корреляции шума, группу блоков анализа, группу элементов И, элемент ИЛИ, регистр сигнала, первый, второй и третий таймеры, коммутатор, элемент за- Держкй и р спред Штель импульсов, при этом выход синхрйген0ратора соединен с тактовыми входзйи аналого-цифровых пре- образователей дополнительной группы и трех таймеров, выход айалого-цифроврго прёъЬразбвателя hepBorp канала приёма и преобразования оптического сигнала соединёнс информационным фйдом регистра сигнала, а выхо Дм анал ого-цифровых преоб- разователей . соединены 4efjie рты-ми ;вХйДами cootie анализа, первые кдтбрЦх бе нены (С таШовы|и рЫ|евходи соединены .. ствуюЩйх- j эл(№04 ;М. третий ОБХОДЫ с

; Bpto таймера рйсШ ;;& в)«бДаЦ1 вҐЮ1Ц |зЈЈ м1 и ..: t ;Ш|ьг(

pftotf

Щ;(в)ййе; i

;::та й1р :;И 1 т в м. -вх $fviCTp|i.:f иг:

:$

Щимй йнформа iilirt6i;i.iH H: il WyjtSf )

входом сумматора,:i|:yn w |t ib ;cp;-. йЦё ётактоШЙ -выхЙДйм; р ё ёгот-аймё -1

.. м пул СОВ Й

1еторй вхо

Btopo d входом 3ahyctca третьег тёйМёЙ V входом элементаi ИЛ Иг i otbporu Шединен с входом запуска riepBorb fаймё|а, выход конца ин- терйайа третьего таймера соединен с вторым 6/10каВ1ПЕ йнятия . решений, с

четвертым входом сумматора и входом элемента задержки, выход которого соединен с третьим входом сумматора.

2. Обнаружитель поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что блок анализа выполнен в виде последовательно соединенных регистра сравнений и сумматора, а также регистра шумового сигнала, элемента задержки и п

блоков сравнения, соответствующих количеству разрядов, причем информационные выходы разрядов регистра шумового сигнала соединены с вторыми информационными входами соответствующих им блоков сравнения, выходы которых соединены с. информацибнными входами соответствующих им

разрядов регистра сравнений, выход элемента задержки соединен с входом сброса

сумматора, при этом первым входом блока

анализа являются объединенные тактовые входы регистра сравнений и сумматора, вторым входом - объединенные первые информацией ные входы блоков сравнений, Третьим входом- объединенные входы моментов сравнения блоков сравнения, четвертым входом - информационный вход регмстра шумового сигнала, такто вый вход

которого является пятым входом блока ана Лиза,:Шестым входом блока анализа являютея объединенные входы элемента задержки

и управляющий вход сумматора, выход которого является выходом блока анализа.

3. Обнаружитель по пп, 1 и2,отлича- кэ щ и и с я тем, что таймер выполнен в виде последовательного соединения триггера, элемента И и счетчика, при этом первый вход элемента И является тактовым входом таймера, входом запуска которого является вход установки триггера в 1, выход эле- мента И является тактовым выходом таймера, а выход счетчика, соединенный с входом собственного сброса и входом установки триггера в 0 является выходом конца интервала та и мера.,

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.