Способ регистрации импульсного сигнала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 02 А 1 9) 51)5 Н 0127/148 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(54) СПОСОБ НОГО СИГНАЛ (57) Изобретен сигналов с по заряда,вчаст импульсных фо пользовано в у РЕГИСТРАЦИИ ИМПУЛА ие относитсямощью и рибо ости к обнару тосигналов, истройствах ди к регистрации ов с передачей жению в шумах может быть ис- скретно-анало(21) 4787923/25(56) Авторское свидетельство СССРМ 862751, кл.Н 0127/10, 1979.Снап И/. С. Оесестог-с)агде-соиребс 3 ечсез(ССО) псег 1 асе п)ейобз // Ргос. Яос.Р)ото пзбг. цд. ч 244,1980, р. 81-90, 1914 а. Изобретение относится к способам регистрации сигналов с помощью приборов с переносом заряда и может быть использовано в устройствах дискретно-аналоговой обработки сигналов - электронных трактах электронно-оптических систем, мультиплексорах аналогового сигнала, видеопроцессорах, дискретно-аналоговых фильтрах - для реализации квазиоптимального обнаружителя колоколообразного импульса в смеси с аддитивным широкополосным шумом,Известен способ регистрации импульсного сигнала с помощью прибора с переносом заряда, в котором для увеличения отношения сигнал/шум снижают собственный шум прибора с переносом заряда. говой обработки сигналов, Цель изобретения - повышение отношения сигнал/шум и точности определения момента прихода импульса сигнала, Цель достигается за счет того, что время накопления и эффективное время усреднения могут устанавливаться независимо друг отдруга, причем эффективное время усреднения может быть сделано значительно больше времени накопления. Способ заключается в том, что периодически считывают часть накапливаемого заряда, оставшуюся часть заряда запоминают и суммируют с поступающим в процессе накопления зарядом, при этом время накопления Т выбирают не более 1/3 эффективной длительности Тн импульса сигнала, а отношение М накапливаемого заряда к его отделяемой части удовлетворяет соотношению 1 Я(М) =а - при р 0,51,6,5 ип.ТтТ Известен также способ регистрации сигнала с помощью прибора с переносом зарядка, содержащего электроды: накопления, разделительный и парциальный, имеющие между собой зарядовую связь, включающий непрерывное в течение действия сигнала линейное преобразование сигнала в заряд с последующим его накоплением под указанными электродами и периодическим считыванием части накопленного заряда.Недостатками способа являются недостаточное отношение сигнал/шум и невозможность совместить высокое значение отношения сигнал/шум с высокой точностью определения момента прихода импульса сигнала, Причина указанныхнедостатков в том, что для эффективного подавления шума, более широкополосного, чем сигнал, требуется время усреднения Т, приблизительно равное эффективной длительности импульса сигнала Ти, Вместе с тем для того, чтобы избежать потерь амплитуды сигнала (с априорно неизвестным моментом прихода) при его дискретизации, опрос необходимо производить гораздо чаще - несколько раз за время действия импульса. В силу того, что в данном способе период опроса Т совпадает с временем усреднения Тв Т=ТВ, удовлетворить в нем обоим требованиям - эффективного подавления шума (Тв-Ти) и малости потерь дискретизации (Т Т,) - оказывается невозможн ым.Цель изобретения - одновременное повышение отношения сигнал/шум и точности определения момента прихода импульса сигнала.Цель достигается тем, что оставшуюся после считывания часть сигнала суммируют с зарядом, поступающим в следующем цикле накопления, при этом время накопления Тн выбирают не более 1/3 эффективной длительности Тм импульса сигнала, а отношение накапливаемого заряда к его отделяемой части устанавливают порядка числа опросов, производимых в течение эффективной длительности импульса сигнала,Благодаря тому, что заряд, накапливаемый в текущем цикле, суммируется с ранее накопленными зарядами, эффективное время усреднения Те увеличивается по сравнению с временем цикла Т. Отношение Т,/Т в предлагаемом способе прямо зависит от отношения накапливаемого заряда к.его отделяемой части М; расчетным путем получено соотношение:т,/т=тд(м - 11 м,т, - мт, (1) Таким образом, выбирая соответствующее М, можно при ТТи установить Те - Ти, чем удовлетворить обоим условиям наиболее эффективной регистрации сигнала.Обработка сигнала и шума в данном способе аналогична их обработке в интегрирующей ВС-цепи, в которой роль эффективного времени усреднения Те играет ВС-постоянная Твс. Известно, что наибольшие ОСШ в таком фильтре достигаются в том случае, когда Твс - Ти.Абсолютный максимум ОСШ достигается при Твс= 0,9 Ти - т.н. квазиоптимальный фильтр. В случаях же Твс Тм или Твс Т, фильтр оказывается сильно рассогласованным с сигналом, и ОСШ на его выходе падает. Поэтому в предлагаемом способе наиболее высокие значения ОСШ достигаются при Тв = Ти (абсолютный максимум -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 при Те = 0,9 Ти) и в соответствии с (1) М = =Тм/Т, т.е. отношение накапливаемого заряда к его отделяемой части (М) имеет тот же порядок, что и число опросов, производимых в течение эффективной длительности импульса сигнала.На фиг. 1-2 изображены электродная структура прибора с переносом заряда, реализующего предлагаемый способ (а) и распределение потенциала в ячейках в разных фазах цикла (б-е); на фиг. 3-5 - зависимости ОСШ при различных способах обработки,Генератор 1 представляет токи сигнала и шума, электроды 2 и 3 (последний из которых поддерживается под постоянным потенциалом) служат для ввода токового сигнала в накопительную ячейку под электродом 4 накопления и парциальным электродом 5, Для считывания части накопленного заряда накопительная ячейка разделена на две части разделительным электродом 6, емкостью которого можно пренебречь. Электрод 8 служит для хранения и вывода отделяемой части заряда, электроды 7 и 9 обеспечивают изоляцию ячеек посредством потенциальных барьеров.Кривые 10 и 11 показывают изменение ОСШ в зависимости от периода накопления Т для прототипа, а кривые.12 и 13 - для предлагаемого способа при оптимальном выборе М (Т измеряется в единицах эффективной длительности импульса Ти, В/О обозначает спектральную плотность мощности шума; сигнал предполагается имеющим единичную амплитуду). Линия 14 соответствует идеальному оптимальному фильтру.Работа прибора по предлагаемому способу состоит в циклическом выполнении следующих операций, В начале цикла в момент времени (1 - Т+ О) накопительная ячейка содержит заряд (1-1/М) 0(т-Т), оставшийся в ней после считывания М- й части накопленного заряда 0 (1-Т). В течение почтй всего цикла(поскольку все прочие операции быстрые) происходит накопление сигнала Я(с) генератора 1, так что в конце накопления в момент (т-О) накопительная ячейка содержит заряд0(т) =(1- - ) 0 (с-Т)+ ц(с)1Мгде через ц(т) обозначен накопленный в интервале 1 - Т, с) зарядсц(т) = Я й1-тЗатем производится считывание М-й части заряда 0(т), имеющегося в накопитель- ной ячейке, путем быстрого подъема потенциала разделительного электрода 6,1728902 50 55 при этом в ячейку под парциальным электродом 5 считывается и затем передается в выходную ячейку под электродом 8 (фиг. 1 д) заряд Ов(т) = - 0 В заключение восста 1Мнавливается исходное распределение потенциала в ячейках для очередного цикла. С ростом М память о значениях сигнала в предыдущих циклах становится более долговременной, Таким образом, даже при малом периоде накопления Т, задаваемом исходя из необходимой точности определения момента прихода импульса сигнала, выбор достаточно большого М позволяет сузить полосу пропускания до необходимого размера, с чем и связан выигрыш в ОСШ.П р и м е р, Пусть требуется зарегистрировать в "белом" шуме импульс вида (1) длительностью Ти = 240 мкс и неопределенным моментом его прихода. Пусть необходимая точность определения момента прихода импульса дь составляет 50 мкс, Время накопления Т должно составить не более 1/3 Ти, т.е. не более 80 мкс. Выберем Т = 80 мкс, тем самым обеспечена точность дтпл = Т/2 = 40 мкс, т.е. требования по точности будут удовлетворены, Выберем далее величину М: М(М) = 240 мкс/80 мкс = 3, откуда М = 3,55; тем самым реализуются оптимальные условия регистрации, в которых ОСШописываются кривой 12. Значение ОСШ при Т= Ти/3 составит для предлагаемого способа 0 75 тгТ Я, а Апя и за естн о го способа (криеая 11) 0,52 тгТ/д, (при наименее бпагоп риятном моменте прихода импул ьса). Таким образом, выигрыш в ОСШ составляет в предлагаемом способе 43% по отношению к прототипу. При этом, как следует из сопоставления кривых 10 и 12, предлагаемый способ лишь на 10% хуже оптимального фильтра по ОСШ,Пусть требуется точность д то не хуже 20 мкс. Тогда зададим Т = 2 д то = 40 мкс, откуда Ти/Т = 6 = тЯ (М - 1), М = 6,5, Аналогично предыдущему примеру находим, что выигрыш предлагаемого способа по отношению к прототипу составляет :.95%.Пусть точность Йо не задается, а пери одТ выбирается всякий раз из соображенийдостижения наивысшего ОСШ. Тогда в способе-прототипе следует выбирать Т = 0,573 х хТи, при кото ом ОСШ максимально и равно 0,583 Т,/В/а в-предлагаемом способе 10 Т1/3 Ти. Выбор Т=1/3 Ти в предлагаемом способе дает ОСШ - 0,75 ЪгтгТЕ 4, т.е, и в этих условиях йредлагаемый способ на 33% превосходит прототип.Таким образом, использование предла гаемого способа преобразования импульсного электрического сигнала с помощью прибора с переносом заряда позволяет реализовать квазиоптимальный обнаружитель с одновременно высокими отношением 20 сигнал/шум и точностью определения момента прихода импульса сигнала. Формула изобретенияСпособ регистрации импульсного сиг 25 нала с помощью прибора с переносом заряда, содержащего электроды; накопления,разделительный и управления, имеющиемежду собой зарядовую связь, включающийнепрерывное в течение действия сигнала30 линейное преобразование в заряд с последующим накоплением под электродами накопления, разделения и управления ипериодическим считыванием части накопленного заряда, о т л и ч а ю щ и й с я тем,35 что, с целью одновременного повышенияотношения сигнал - шум и точности определения момента прихода импульса сигнала,оставшуюся часть сигнала суммируют с зарядом, поступающим в следую;цем цикле40 накопления, при этом время накопления Тнвыбирают не более 1/3 эффективной длительности импульса сигнала Ти, а отношение М накапливаемого заряда к егоотделяемой части удовлетворяет соотноше 45 ниютЯ(М=атчгТн,где а= 0,5-1,5,. Пата Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагари Заказ 1411 ВНИИПИ Госу оставитель Ю. Винецкийехред М.Моргентал Коррек Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5