Пороговое устройство Советский патент 1980 года по МПК H03K5/22 G05B1/01 

(54) ПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО

1

Изобретение относится к радиотех-, нике и может быть использовано в автоматических системах обработки информации для подавления ложных срабатываний, вызванных боковыми ле- 5 пестками обрабатываемых сигналов и остаточными шумами.

Известно пороговое устройство, которое содержит устройство сравнения, интегрирующее устройство, две линии 10 задержки, устройство вычитания и аттенюатор fl .

На входе порогового устройства всегда присутствуют оотаточные шумы, обусловленные как входными шумами 15 системы первичной обработки информации, так. и ее ообс твенными шумами, причем входной шум может носить существенно нестационарный характер, а собственный шум - менять свое 20 эффективное значение во время работы и отличаться для различных однотипных образцов, поэтому важно свести к минимугду ложные срабатывания от шумов и сохранять постоянной вероят- 25 ность этих срабатываний на достаточно большом интерззале обрабатываемой реализации независимо от уровня шума, характерного для данного образца, ,Кроме того, если обрабатываемая pea-; 30

лизация на входе порогового устройства представляет собОй множество сигналов, амплитуды главных лепестков которых меняются случайно, а временные положения их MaKcnNiyMOB также следуют .случайно друг относительно друга, что является типичным для многоканальной обработки информации, то, как правило, становится задача о временной фиксации максимума главного лепестка наибольшего из сигналов .

Зависимость ложных срабатываний по остаточным шумам от изменения во времени их эффективного значения или мощности, а также отсутствие фиксации по положению максимального выброса ограничивают применение этого порогового устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пороговое устройство, содержащее линию задержки, усилитель, блок памяти со сбросом и. блок сравнен 11Я в виде ограничителя по уровню 2 .

Однако и для этого устройства характерна зависимость ложных срабатываний от эффективного значения дпума поступающего с выхода системы первичной обработки, хотя количество

этих срабатываний ввиду фиксации максимального выброса может быть существенно уменьшена. .

Кроме того,линии задержки,через которые сигналы подаются на блок сравнения,должны обладать требуемой задержкой в достаточно широкой полос частот, чтобы задержать сигнал без искажений, это усложняет подобные устройства, уменьшает их стабильност и приводит к наличию задержки фиксируемого выброса относительно начала .отсчета.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности порогового устройства, а именно, одновременно с подавлением ложных срабатываний от боковых лепестков обрабадгываемого сигнала- подавить ложные срабатывания от остаточных шумов независимо от поведения во времени их С дисперсии) мощности и устранить необходимость в задержке сигналов. .

Указанная цель достигается тем, что в пороговое устройство, содержащее блок сравнения и пиковый детектор, соединенный с шиной входных сигналов, введены диод, генератор импульсов запуска, ключ, конденсатор и фильтр нижних частот, причем пиковый детектор соединен и с выходом фильтра нижних частот, вход которого соединен с шиной входных сигналов, а выход пикового детектора соединен Через диод с выходом детектора импульсов запуска и через последовательный ключ, с одной из обкладок дополнительного конденсатора и одним из входов блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной входных сигналов а выход - с управляющим входом ключа, причем вторая обкладка дополнительного конденсатора соединена с общей шиной.

.На фиг, 1 приведена функциональная схема порогового устройства на фиг. 2 - временные диаграммы а, б и в, поясняющие его работу.

Пороговое устройство содержит блок 1 сравнения и пиковый детектор 2, собранный на операционном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен с шиной входных сигналов и с выходом фильтра 3 нижних частот вход которого также соединен с шиной входных сигналов, выход пикового детектора соединен с катодом диода 4 и.через последовательный ключ 5 о одной из обкладок дополнительного конденсатора б и со вторым входом блока 1 сравнения, а первый вход соединен с шиной входных сигналов. Вторая оокладка дополнителного конденсатора 6 заземлена, анод диода 4 соединен с генератором 1, импульсов запуска, а выход блока 1 сравнения соединен с управляющим входом ключа 5.

На фиг. 2 (диг1гра.11ма а) изобра жен входной сигнал состоящий из участка Тцу и части интервала занимаемого множеством сигналов TC J на этом же рисунке изображен тот же сигнал, но уже на выходе пикового детектора 2, как при разомкнутой перемычке (Д-А) ( так и при ее замыкании Uc- и Uca ,где UCA напряжение на нагрузке пикового детектора, а Uc2 - напряжение на дополнительном конденсаторе 6, т.е. на втором входе блока 1 сравнения. Импульсы, соответствующие началу и концу фиксации главного лепестка показаны на фиг. 2 (диаграмма б) . Импульсы срабатываний Кф , а для большей наглядности изменение напряжения Uc-f и и са в увеличенном масштабе, выделено на фиг. 2 (диаграмма в ) .

Устройство работает следующим образом.

Моменту начала обработки входной реализации предшествует импульс запуска, который через диод 4 заряжает конденсатор нагрузки пикового детектора 2 до величины, необход юй для обеспечения выбранной (малой) вероятности ложных срабатываний по остаточным шумам в начале обработки Uci . При отсутствии сигнала срабатываний Кф ключ 5 все время открыт, сопротивлением его можно пренебречь и считать, что емкость нагрузки состоит из конденсатора нагрузки пикового детектора 2 и дополнительного конденсатора б, то есть

Г С +С z пик.лет. лоп

«J

Этот суммарный конденсатор начинает разряжаться с постоянной времени tpcfi , которая определяется сопротивлением в обратной связи операционного усилителя и парал1г,ельным e:/iy сопротивлением нагрузки,- т.е. входным сопротивлением блока 1 сравт нения.

Одновременно, после окончания импульса запуска, фильтр нижних частбт начинает накапливать постоянную составляющую шумов с постоянной времени Тф , которая выбирается из условия ф f tpof: (l) . В случае наличия только. остаточных шумов (T значение этой постоянной составляющей Jout связано с (дисперсии) мощностью шума некоторым козф фициентом f ,зависящим от характера распределения огибающий на выходе системы первичной обработки

Д2)

а в случае наличия сигнала (Тс) ., .ее значение связано некоторыг-1 коэффициентом X с зффективным значением этого сигнала и эф которое

зависит от поведения его скважности и изменения .амплитуды на интервале обработки, то есть

U,9CUJ ,

Посаоянвая составляющая Uo суммируется с мгновенными значениями входной реализации Ugj и, если бы связь (Л-А) на фиг. 1.. была разомкнута, то на выходе пикового детектора 2 в точке (А), образовался бы суммарный сигнал

,,mU,(4)

причем- подбором величин суммирующих резисторов и делителя в обратной связи операционного усилителя, масштаб суммирования для Ugx выбирается равным 1, а для постоянной составляющей Uo в (2) и (3) равны m.

Как только ugxa превысит значение напряжения Uc/i на суммарном конденсаторе С последнее начнет изменяться по закону

сГГ Ju(t)dt,()

3apCj

постоянная времени цепи заряда, которая определяется выходным сопротивлением операционного усилителя Rf,t,i;( , сопротивлением диода в открытом состоянии R и велчиной С то есть

(,,,C6)

причем соотношение между этой постоянной времени и постоянной времен фильтра нижних частот выбирается из условия

,,СГ)

fT

где I, (J - априорно известная, наибольшая длительность сигнала на входе систе1 ы обработки ,

В этом случае выражение (5) с учетом (6) и (7) может быть за-писано в виде

1

mU

. с, ,«- ®Из диaгpa Lмы в (фиг.2 . видно, что условие отсутствия срабатывания по шумам, с учетом (8) будет

, lUou,

v),t;;;,

а с учетом 121

5с,рС

,(t)di ,cg) Jdpcj

8X1

если обозначить первое слагаемое

в правой части неравенства через и„ор.

то есть

-

и

)

пор iCSpCj;

Это и будет тот порог, Превьпиение которого разностью

8X/)-,Us..-%

и приведет к срабатыванию.

Если учесть, что распределение огибающей.шумов на входе порогового устройства - релеевское, то вероятность ложных срабатываний определяется, как показано например в (4) выражением

,2

-и

пор

C-fZ)

Подставив в (12) выражение

ипо

для (10Х получим

25

CI3)

откуда видно, что для данного устройства величина вероятности ложных

срабатываний зависит от выбранного для нее масштаба суммирования постоянной составляющей m в (4) и постоянной времени заряда «Р Cg С6) и не зависит от (дисперсии) мощности

остаточных шумов.

При наличии сигнала, постоянная составляющая его Doc / благодаря наличию задержки в фильтре нижних частот (фильтр двухзвённый) в начальный момент будет равна постоянной

составляющей Уош шумов, накопленной в предыдущей части реализации на входе порогового устройства и в момент, когда будет равенство

.

)

(i)

ВХГ Jtapct

сигнал с выхода блока 1 сравнения закроет ключ 5 и Дополнительный конденсатор б (при достаточно большом сопротивлении ключа в закрытом состоянии и большой величине сопротив.-Ленин нагрузки), сохранит значение DC I которое было на cy Ф apнoй емкости в момент превышения (фиг.2, диаграмма в), а емкость нагрузки пикового детектора продолжает заряжаться с постоянной времени

ЙО sapc пикАёт. вы;( Ъ( если выбрать

.Ает.С.„„ 1 US)

65

j.on то практически зсфспик.д.еТ, будет равна Cf . В момент, когда L}g;{ (t) станет меньше и пор сигнал с выхода схемы сравнения откроет ключ и дополнитель ный конденсатор (С ооп) быстро зарядится до значения которое будет в этот момент на конденсаторе нагрузки пикового детектора (Crtwv.em К следующему выбросу сигн-ала уже начинает нарастать его постоянная составляющая Uoc ив условиях срабатывания (11) к (ш необходимо прибавить ЗКУсэср из (3), т.е. из (10) следует, что уис г ш- деисзу ttoPCt Таким образом, благодаря пиковоглу детектору и двухзвенному фильтру ниж них частот с соотношением между их постоянными времени (7) и (1), последнее срабатывание от сигнала будет соответствовать главному лепестку наибольшего из сигналов, положение максимума которого можно без труда определить измерением половины длительности импульса Кср на вьдход схемы сравнения (фиг.2, диаграмма б).Причем задержка относительно начала отсчета, которая имеет место в аналогичных устройствах,в этом уст ройстве отсутствует. Применение предлагаемого устройст ва позволяет, нарйду с подавлением ложных срабатываний по боковым лепесткам обрабатываемого сигнала, которое осуществляется путем фиксации м аксимального выброса, стабилизи ровать вероятность ложных срабатыва ний по шумам при их нестационарном характере и фиксировать выброс сигнала не прибегая к его задержке относительно начала отсчета. Формула изобретения nopoi oBoe устройство, содержащее блок сравнения и пиковый детектор, соединенный с шиной входных сигналов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, в него введены диод, генератор импульсов запуска, ключ, конденсатор и фильтр частот, причем пиковый детектор соединен и с выходом фильтра нижних частот, вход которого соединен с шиной входных сигналов а выход пикового детектора соединен через диод с выходом генератора импульсов запуска и, через последовательный ключ, с одной из обкладок дополнительного конденсатора и с одним из входов блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной входных сигналов, а выход- - с управляющим входом ключа, причем вторая обкладка дополнительного конденсатора соединена с общей шиной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 530445, кл, Н 03 К 5/20, 30 .11.76. 2,Ипатов В.П. КазариноБ Ю.М. Коломенский Ю.А. Ульяницкий Ю.Д. Поиск, обнаружение и измерение параметров сигналов в рДционавигационных системах. М., Сов.радио, 1975, с.234, рис, 7,18а (прототип).