RU2212761C2

RU2212761C2 - Method and device for command separation

Info

Publication number: RU2212761C2
Application number: RU2001110747A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Землевский; Ю.М. Назаров; О.В. Землевский
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения"
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: flying vehicle control engineering. SUBSTANCE: transmission threshold is set to value higher than maximal amplitude of inherent dark noise, threshold is controlled in proportion to external background noise, and then threshold of pulsed signal amplitude is adjusted to maintain constant signal-to-noise ratio at optimal level. EFFECT: maximized sensitivity at no distortions. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к способу и системам управления летательными аппаратами с пункта управления и может быть использовано для измерения координат (по тангажу и курсу) или выделения команд, сформированных пачками (пакетами) импульсов в радиолиниях с времяимпульной модуляцией поднесущего колебания и амплитудной модуляцией несущего колебания (ВИМ-АМ) либо кодово-импульной модуляцией поднесущего колебания и амплитудной модуляцией несущего колебания (КИМ-АМ) или в оптических линиях с ВИМ либо КИМ. The invention relates to a method and control systems for aircraft from a control point and can be used to measure coordinates (in pitch and course) or to select commands formed by packets (packets) of pulses in radio lines with time-pulse modulation of a subcarrier oscillation and amplitude modulation of the carrier oscillation (VIM AM) either by code-pulsed modulation of the subcarrier oscillation and amplitude modulation of the carrier oscillation (KIM-AM) or in optical lines with VIM or KIM.

Известны способ выделения команд и устройство, основанное на нем [1]. Способ выделения команд заключается в том, что принимают радиосигнал ВИМ-АМ, преобразуют его в электрический сигнал, поддерживают постоянство величины амплитуды сигнала, демодулируют, нормируют импульсы по амплитуде и длительности, распределяют сигнал по двум каналам, а затем декодируют. Поддержание амплитуды сигнала постоянной в большом динамическом диапазоне требует большую постоянную времени в цепи регулирования, обеспечивающую устойчивость системы автоматической регулировки усиления (АРУ), что приводит к большой инерционности системы регулирования, ухудшающей помехоустойчивость при воздействии, например, организованных помех, что является основным недостатком способа. A known method of allocating commands and a device based on it [1]. The method of command extraction is that they receive a VIM-AM radio signal, convert it into an electric signal, maintain a constant amplitude of the signal, demodulate it, normalize the pulses in amplitude and duration, distribute the signal across two channels, and then decode it. Maintaining the signal amplitude constant in a large dynamic range requires a large time constant in the control circuit, which ensures the stability of the automatic gain control (AGC) system, which leads to a large inertia of the control system that impairs noise immunity when exposed, for example, to organized noise, which is the main disadvantage of this method.

Устройство выделения команд, основанное на этом способе, содержит последовательно включенные высокочастотный преобразователь, охваченный автоматической регулировкой усиления, амплитудный детектор, аппаратуру разделения каналов и декодирования, при этом аппаратура разделения каналов и декодирования выполнена как двухканальная (по тангажу и курсу). Основным недостатком устройства является также его низкая помехоустойчивость из-за большой инерционности системы АРУ. A command extraction device based on this method comprises a high-frequency converter serially connected, covered by automatic gain control, an amplitude detector, channel separation and decoding equipment, while channel separation and decoding equipment is made as two-channel (pitch and heading). The main disadvantage of the device is its low noise immunity due to the large inertia of the AGC system.

Известны способ выделения команд и устройство, для его осуществления [2] , выбранные в качестве прототипа, которые широко применяются в оптических линиях связи для дистанционного управления параметрами объекта, командами в двоичном цифровом коде пакетами (пачками) импульсов инфракрасного (ИК) излучения. Способ выделения команд заключается в том, что пространственно селекциируют, оптически фильтруют и фотоэлектрически преобразуют пачки (пакеты) модулированного ИК-излучения в электрический сигнал, выставляют коэффициент преобразования и регулируют его величиной засветочного (фонового) тока, усиливают сигнал, а затем декодируют. A known method of allocating commands and a device for its implementation [2], selected as a prototype, which are widely used in optical communication lines for remote control of object parameters, commands in binary digital code packets (packets) of pulses of infrared (IR) radiation. The method of selecting commands is that they spatially select, optically filter, and photoelectricly convert the packets (packets) of modulated IR radiation into an electrical signal, set the conversion coefficient and adjust it by the magnitude of the illumination (background) current, amplify the signal, and then decode it.

Регулирование коэффициента преобразования осуществляют автоматически постоянной (медленно меняющейся) составляющей фототока, вызванного фоновыми засветками I_ф, при этом изменяют обратно пропорционально величине I_ф, величину коэффициента преобразования, а значит и пороговую чувствительность, выставляя тем самым требуемое отношение сигнал-шум. Это исключает возможность прохождения шумовых импульсов на выход, а значит устраняет их влияние при декодировании информации.The conversion coefficient is controlled automatically by the constant (slowly changing) component of the photocurrent caused by the background illumination I _f , while the value of the conversion coefficient, and hence the threshold sensitivity, is inversely proportional to I _f , thereby setting the required signal-to-noise ratio. This eliminates the possibility of passing noise pulses to the output, and therefore eliminates their influence when decoding information.

Протекание тока I_ф (через фотодиод) вызывает дробовый шум [3], величина которого определяется как

где q - заряд электрона,
Δf - полоса пропускания.The flow of current I _f (through the photodiode) causes shot noise [3], the value of which is defined as

where q is the electron charge,
Δf is the bandwidth.

Следовательно

где R_н - величина сопротивления нагрузки фотодиода.Consequently

where R _n - the value of the load resistance of the photodiode.

Таким образом, U_др прямо пропорционально величине R_ни

. Поскольку после преобразования импульсного ИК-излучения в электрический сигнал его амплитуда определяется как
U_вых=P_вх•S•R_н (3)
где Р_вх(Вт) - импульсная входная мощность.Thus, U _{dr is} directly proportional to the value of R _n and

. Since after the conversion of pulsed infrared radiation into an electrical signal, its amplitude is defined as
U _out = P _in • S • R _n (3)
where R _I (W) - pulse input power.

S(А/Вт) - токовая монохроматическая импульсная чувствительность (фотодиода),
то при увеличении I_ф, например, в 4 раза, уменьшится в 4 раза R_н, а значит и U_вых/P_вх, при этом U_др уменьшится всего лишь в 2 раза (из выражения 2).S (A / W) - current monochromatic pulse sensitivity (photodiode),
then with an increase in I _f , for example, by 4 times, R _n will decrease by 4 times, and therefore U _out / P _in , while U _dr will decrease only by 2 times (from expression 2).

Таким образом, при увеличении дробовых шумов в 2 раза загрубляется в 4 раза пороговая (засветочная) чувствительность. Следовательно, данное регулирование коэффициента преобразования величиной засветочного (фонового) тока отношение сигнал-шум не поддерживает постоянным, а увеличивает в данном случае в

, т.е. в 2 раза больше необходимой оптимальной величины, а в общем случае в корень квадратный из увеличения I_ф относительно первоначального значения.Thus, with an increase in shot noise by a factor of 2, the threshold (exposure) sensitivity is roughened by a factor of 4. Therefore, this regulation of the conversion coefficient by the magnitude of the illumination (background) current, the signal-to-noise ratio does not keep constant, but increases in this case in

, i.e. 2 times the required optimal value, and in the general case, the square root of the increase in I _f relative to the initial value.

Кроме того, при интерференции прямого и отраженного сигналов (землей, местными предметами, водной поверхностью и т.д.) из-за отсутствия селекции по величине амплитуды импульсов возникают искажения при декодировании. In addition, during the interference of direct and reflected signals (ground, local objects, water surface, etc.), due to the lack of selection in terms of the amplitude of the pulses, distortions occur during decoding.

Таким образом, недостатками известного способа являются неоптимальное регулирование при выставлении отношения сигнал-шум и искажения при декодировании, обусловленные интерференцией прямого и отраженного сигналов. Thus, the disadvantages of this method are non-optimal regulation when setting the signal-to-noise ratio and distortion during decoding, due to interference of direct and reflected signals.

Устройство выделения команд, основанное на этом способе, содержит оптическую систему, последовательно соединенные импульсный приемник ИК-излучения, усилитель и аппаратуру декодирования, при этом импульсный приемник ИК-излучения (ПИ-5) выполнен в виде последовательно включенных фотодиода (VD1), коллектор-эмиттерного (к-э) перехода транзистора (VT1) и резистора (R1), база транзистора (VT1) соединена через фильтр низких частот (ФНЧ): VT2, VT3, R3, R4, R6, R7, C1, C2 с его коллектором. A command extraction device based on this method contains an optical system, a pulse infrared radiation receiver connected in series, an amplifier and decoding equipment, while a pulse infrared radiation receiver (PI-5) is made in the form of a series-connected photodiode (VD1), the collector is emitter (k-e) junction of the transistor (VT1) and resistor (R1), the base of the transistor (VT1) is connected through a low-pass filter (LPF): VT2, VT3, R3, R4, R6, R7, C1, C2 with its collector.

Оптическая система содержит светофильтр, который осуществляет спектральную фильтрацию ИК-излучения. Соотношение геометрических размеров (диаметров) светофильтра, светочувствительной площадки фотодиода и расстояния между ними формирует телесный угол, в котором перехватывается фотодиодом ИК-излучение. В качестве нагрузки фотодиода используется последовательно включенные резистор и к-э переход транзистора. Величина сопротивления к-э перехода регулируется напряжением на базе этого транзистора, которое пропорционально величине токa I_ф.The optical system contains a filter that provides spectral filtering of infrared radiation. The ratio of the geometric dimensions (diameters) of the light filter, the photosensitive area of the photodiode and the distance between them forms a solid angle, in which the infrared radiation is intercepted by the photodiode. As the load of the photodiode, a series-connected resistor and a transistor transistor are used. The resistance value of the K-e transition is regulated by the voltage on the basis of this transistor, which is proportional to the current value I _f .

В связи с изложенным выше, устройству выделения команд свойственны те же недостатки, что и способу, на котором это устройство основано, т.е. неоптимальное регулирование по величине дробового шума величины отношения сигнал-шум и искажения при декодировании, обусловленные прохождением сигнала помехи. In connection with the above, the command extraction device has the same disadvantages as the method on which this device is based, i.e. non-optimal control of the value of the shot noise by the signal-to-noise ratio and decoding distortions due to the passage of the interference signal.

Задачей настоящего изобретения (способа и устройства) является при малой инерционности системы регулирования поддержание отношения сигнал-шум постоянным на оптимальном уровне, позволяющем с одной стороны реализовать максимально высокую чувствительность, с другой - не пропустить шум, а также исключить искажения, обусловленные прохождением сигнала помехи, за счет непропускания последнего. The objective of the present invention (method and device) is, with a low inertia of the control system, to maintain the signal-to-noise ratio constant at the optimum level, which allows, on the one hand, to realize the highest possible sensitivity, on the other hand, to avoid noise and also to eliminate distortions due to the passage of the interference signal, due to not missing the latter.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе выделения команд, сформированных пачками (пакетами) импульсов в радиолиниях с ВИМ-АМ либо КИМ-АМ или в оптических линиях с ВИМ либо КИМ, согласно которому принимают и преобразовывают электромагнитное излучение в электрические импульсы с ВИМ либо КИМ соответственно, усиливают и декодируют импульсный сигнал, при этом выставляют величину порога пропускания выше максимальной амплитуды собственного (темнового) шума, регулируют порог пропорционально величине внешнего (фонового) шума, а затем регулируют величину порога амплитудой импульсного сигнала, причем в требуемом динамическом диапазоне изменения входной мощности ИК-излучения выполняют условие U_с>U_оп>U_п, где
U_оп - величина порога пропускания,
U_c - величина амплитуды импульсного сигнала, сравниваемая с U_oп,
U_п - максимальная величина амплитуды помехи (шума собственного (темнового), шума внешнего (фонового) и сигналов, искажающих информацию (паразитных сигналов)).The problem is solved due to the fact that in the method of extracting commands generated by packets (packets) of pulses in radio lines with VIM-AM or KIM-AM or in optical lines with VIM or KIM, according to which electromagnetic radiation is received and converted into electrical pulses with VIM or CMM, respectively, amplify and decode the pulse signal, while setting the transmittance threshold above the maximum amplitude of the intrinsic (dark) noise, adjust the threshold proportionally to the magnitude of the external (background) noise, and then adjust the threshold value by the amplitude of the pulse signal, and in the required dynamic range of the input power of the infrared radiation, the condition U _c > U _op > U _{p is} satisfied, where
U _op - the value of the transmission threshold,
U _c - the magnitude of the amplitude of the pulse signal, compared with U _op
U _p - the maximum amplitude of the interference (intrinsic (dark) noise, external (background) noise and signals distorting information (spurious signals)).

Заявленный способ реализуется следующим образом. Определяют, например, расчетным путем величину среднеквадратического значения собственного (темнового) шума приемного тракта (U_ш ² ) и выставляют постоянный порог (U_oп), равный, например, 7 U_ш. Таким образом, в исходном состоянии максимальная амплитуда U_ш не превысит величину порога U_oп, а амплитуда импульсов принимаемого сигнала больше 7 U_ш превысит U_oп и будет далее декодироваться.The claimed method is implemented as follows. Determine, for example, by calculating the value of the root mean square value of the intrinsic (dark) noise of the receiving path (U _w ² ) and set a constant threshold (U _op ) equal to, for example, 7 U _w . Thus, in the initial state, the maximum amplitude U _w will not exceed the threshold value U _op , and the amplitude of the pulses of the received signal greater than 7 U _w will exceed U _op and will be further decoded.

Исходя из конкретных внешних условий, в которых требуется выделять команды, определяют максимальную величину засветочного (фонового) тока, а значит и величину дробового шума U_др, например U_др _мах=10 U_ш (для оптической линии связи с ВИМ либо КИМ). Для радиолиний связи с ВИМ-АМ либо КИМ-АМ задаются максимальной величиной внешнего шума на входе декодера, например U_ш _внеш= U_др. Прямо пропорционально величине U_др повышают порог U_oп, при этом U_др не превышает U_оп, а сигнал U_c, превышающий U_oп, будет далее декодироваться. Как следует из изложенного выше, повышение порога U_oп ухудшает пороговую чувствительность, но при этом сохраняется отношение сигнал-шум, т.е.Based on the specific external conditions in which it is necessary to separate the commands, the maximum value of the illumination (background) current is determined, and therefore the value of shot noise U _dr , for example U _dr _max = 10 U _w (for an optical communication line with VIM or CMM). For radio links, communication with VIM-AM or KIM-AM is set by the maximum value of external noise at the input of the decoder, for example, U _w _ext = U _dr . Directly proportional to the increase the threshold _etc. U U _OP, the _other does not exceed U U _op, and the signal U _c, U exceeding _OP will hereinafter be decoded. As follows from the above, an increase in the threshold U _op worsens the threshold sensitivity, but the signal-to-noise ratio is preserved, i.e.

Таким образом, в диапазоне изменения шума от U_ш до U_др _мах регулируют порог по величине U_др. Далее регулируют величину порога прямо пропорционально амплитуде импульсного сигнала U_c, отсекая тем самым помеху (отраженный сигнал), величина которой меньше U_c.

Thus, in the range of noise changes from U _W to U _dr _max regulate the threshold value U _dr . Next, adjust the threshold value in direct proportion to the amplitude of the pulse signal U _c , thereby cutting off the interference (reflected signal), the value of which is less than U _c .

Следовательно, условие U_c>U_оп>U_п выполняется во всем диапазоне изменения входной мощности излучения Р_вх при воздействии помехи на входе приемного тракта и нарушается лишь при большой величине ограничения сверху сигнала U_c, либо порога U_oп или их обоих, что накладывает ограничения на динамический диапазон сверху, т.е. на Р_вх _мах.Therefore, the condition U _c > U _op > U _p is satisfied over the entire range of the input radiation power R _I when exposed to interference at the input of the receiving path and is violated only with a large value of the upper limit of the signal U _c or the threshold U _op or both of them, which imposes restrictions on the dynamic range from above, i.e. on P _in _max .

Устройство выделения команд, основанное на этом способе, содержит преобразователь электромагнитного излучения в электрический сигнал, усилитель, ФНЧ и аппаратуру декодирования, в него введены детектор шума, пиковый детектор, сумматор, источник опорного напряжения, а также последовательно включенные усилитель-ограничитель и компаратор, при этом выход преобразователя излучения соединен со входом усилителя-ограничителя, выход усилителя-ограничителя подключен ко входу пикового детектора и входу усилителя, а выход усилителя - ко входу детектора шума, причем выход пикового детектора соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом детектора шума, а третий вход сумматора подключен к источнику опорного напряжения, выход сумматора через ФНЧ соединен со вторым входом компаратора, выход компаратора подключен ко входу аппаратуры декодирования. A command extraction device based on this method comprises a converter of electromagnetic radiation into an electric signal, an amplifier, a low-pass filter and decoding equipment, a noise detector, a peak detector, an adder, a voltage reference source, and also a series limiter and a comparator are introduced the output of the radiation converter is connected to the input of the amplifier-limiter, the output of the amplifier-limiter is connected to the input of the peak detector and the input of the amplifier, and the output of the amplifier is connected to the input of the det a noise detector, and the output of the peak detector is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the noise detector, and the third input of the adder is connected to a reference voltage source, the output of the adder is connected through the low-pass filter to the second input of the comparator, the output of the comparator is connected to the input of the decoding equipment.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами (фиг.1, 2, 3). The proposed device is illustrated by drawings (figures 1, 2, 3).

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства выделения команд, где представлены 1 - преобразователь электромагнитного излучения в электрический сигнал, 2 - усилитель-ограничитель, 3 - усилитель, 4 - пиковый детектор, 5 - детектор шума, 6 - сумматор, 7 - компаратор, 8 - ФНЧ, 9 - аппаратура декодирования, E₁ - источник опорного напряжения.Figure 1 shows the structural electrical circuit of the command extraction device, where 1 is a converter of electromagnetic radiation into an electric signal, 2 is an amplifier-limiter, 3 is an amplifier, 4 is a peak detector, 5 is a noise detector, 6 is an adder, 7 is a comparator , 8 - low-pass filter, 9 - decoding equipment, E ₁ - voltage reference source.

На фиг.2 приведена нормированная характеристика U_oп = f(Р_вх) заявленного устройства выделения команд.Figure 2 shows the normalized characteristic U _op = f (P _I ) of the claimed device selection commands.

На фиг. 3 приведена структурная электрическая схема устройства с расширенным динамическим диапазоном, где 10а, 10б - второй и третий усилители, 11 - второй компаратор, 12 - схема блокировки, 13 - логическая схема ИЛИ, Е₂ - второй источник опорного напряжения.In FIG. 3 is a structural electrical diagram of a device with an extended dynamic range, where 10a, 10b are the second and third amplifiers, 11 is the second comparator, 12 is the interlock circuit, 13 is the OR logic circuit, E ₂ is the second voltage reference source.

Выход преобразователя излучения 1 соединен со входом усилителя-ограничителя 2, выход которого подключен ко входу усилителя 3, ко входу пикового детектора 4 и первому входу компаратора 7. Выход усилителя 3 соединен со входом детектора шума 5, выход пикового детектора 4 подключен к первому входу сумматора 6, второй вход которого соединен с выходом детектора шума 5, а третий вход сумматора 6 - с источником опорного напряжения E₁. Выход сумматора 6 через ФНЧ 8 подключен ко второму входу компаратора 7, выход которого соединен со входом аппаратуры декодирования 9.The output of the radiation converter 1 is connected to the input of the amplifier-limiter 2, the output of which is connected to the input of the amplifier 3, to the input of the peak detector 4 and the first input of the comparator 7. The output of the amplifier 3 is connected to the input of the noise detector 5, the output of the peak detector 4 is connected to the first input of the adder 6, the second input of which is connected to the output of the noise detector 5, and the third input of the adder 6 - with a reference voltage source E ₁ . The output of the adder 6 through the low-pass filter 8 is connected to the second input of the comparator 7, the output of which is connected to the input of the decoding equipment 9.

С целью расширения динамического диапазона в устройство (фиг.1) введены дополнительно схема блокировки 12 и последовательно соединенные второй источник опорного напряжения Е₂, второй компаратор 11 и логическая схема ИЛИ 13, при этом усилитель-ограничитель выполнен в виде второго 10а и третьего 10б усилителей, вход второго усилителя 10а соединен с выходом преобразователя излучения 1 и входом схемы блокировки 12, выход второго усилителя 10а соединен со вторым входом второго компаратора 11 и входом третьего усилителя 10б, выход схемы блокировки соединен со входом стробирования первого компаратора 7, а выход первого компаратора 7 - со вторым входом схемы ИЛИ, выход которой подключен ко входу аппаратуры декодирования 9.In order to expand the dynamic range in the device (Fig. 1), an additional blocking circuit 12 and a second reference voltage source E ₂ , a second comparator 11 and a logic circuit OR 13 are connected in series, while the limiting amplifier is made in the form of second 10a and third 10b amplifiers , the input of the second amplifier 10a is connected to the output of the radiation converter 1 and the input of the blocking circuit 12, the output of the second amplifier 10a is connected to the second input of the second comparator 11 and the input of the third amplifier 10b, the output of the blocking circuit is connected nen to the input of the gating of the first comparator 7, and the output of the first comparator 7 - to the second input of OR gate whose output is connected to an input of a decoding apparatus 9.

Преобразователь (электромагнитного) излучения 1 для радиолинии ВИМ-АМ может быть выполнен как приемник [1], т.е. содержать высокочастотный преобразователь и амплитудный детектор, при этом высокочастотный преобразователь может быть не охвачен АРУ, либо охвачен с регулировкой в небольшом динамическом диапазоне. Для оптической линии, например с ИК-излучением при длительности импульсов по уровню 0,5 100 нс преобразователь излучения 1 может быть выполнен в виде последовательно включенных фотодиода, например ФД-342 и резистора нагрузки, при этом вторые выводы резистора и фотодиода подключены через RC сглаживающие цепочки соответственно к положительному и отрицательному выводам двух батарей, вторые выводы которых соединены с корпусом. Усилитель-ограничитель 2 выполнен на операционном усилителе (ОУ) 1407УД1, к выходу которого подключен второй ОУ 544УД2, на входе первого ОУ стоит диодный ограничитель амплитуды сигнала для его защиты от перегрузки. Усилитель 3 выполнен на ОУ 544УД2. The converter of (electromagnetic) radiation 1 for the VIM-AM radio line can be performed as a receiver [1], i.e. contain a high-frequency converter and an amplitude detector, while the high-frequency converter may not be covered by the AGC, or covered with adjustment in a small dynamic range. For an optical line, for example, with IR radiation at a pulse duration of 0.5 to 100 ns, the radiation converter 1 can be made in the form of series-connected photodiodes, for example, FD-342 and a load resistor, while the second terminals of the resistor and photodiode are connected via RC smoothing chains, respectively, to the positive and negative terminals of two batteries, the second terminals of which are connected to the housing. Amplifier-limiter 2 is made on an operational amplifier (ОУ) 1407УД1, the output of which is connected to the second ОУ 544УД2, at the input of the first ОУ there is a diode limiter of the signal amplitude to protect it from overload. The amplifier 3 is made on the OU 544UD2.

Пиковый детектор 4 может быть выполнен в виде двух последовательно соединенных через буферный каскад пиковых детекторов, при этом второй пиковый детектор имеет большие постоянные времени (в цепях заряд, разряд), чем первый. Детектор шума 5 может быть выполнен на диоде Шоттки, например 2Д419, сумматор 6 - на ОУ 140УД17, а компараторы 7 и 11 - на микросхеме 521СА4. Схема блокировки 12 может быть выполнена как ждущий мультивибратор. Источники опорного напряжения E₁ и Е₂ могут быть выполнены, например на микросхеме 142ЕН5, к выходу которой подключены соответственно два резисторных делителя напряжения.Peak detector 4 can be made in the form of two peak detectors connected in series through a buffer cascade, while the second peak detector has larger time constants (charge, discharge circuits) than the first. The noise detector 5 can be made on a Schottky diode, for example 2D419, the adder 6 - on the OU 140UD17, and the comparators 7 and 11 - on the chip 521CA4. Blocking circuit 12 may be configured as a standby multivibrator. The sources of the reference voltage E ₁ and E ₂ can be performed, for example, on the chip 142EN5, to the output of which two resistor voltage dividers are connected respectively.

Устройство выделения команд работает следующим образом. В исходном состоянии, когда отсутствует сигнал, на первый вход компаратора 7 поступает собственный (темновой) шум (суммарный темновой шум фотодиода, шум резистора нагрузки и шум усилителя-ограничителя, приведенный к его входу), усиленный усилителем-ограничителем 2. На второй вход компаратора 7 поступает постоянное напряжение от источника опорного напряжения Е₁ через сумматор 6 и ФНЧ 8. Величина постоянного напряжения на втором входе компаратора должна превышать немного величину максимальной амплитуды темнового шума на первом входе компаратора. Таким образом, на выходе компаратора 7 будут отсутствовать импульсы, обусловленные собственным темновым шумом.The device selection commands works as follows. In the initial state, when there is no signal, the first input of the comparator 7 receives its own (dark) noise (the total dark noise of the photodiode, the noise of the load resistor and the noise of the amplifier-limiter brought to its input), amplified by the amplifier-limiter 2. At the second input of the comparator 7 receives a constant voltage from the reference voltage source _E1 through the adder 6, and the LPF 8. The magnitude of the DC voltage at the second input of the comparator needs to exceed a little the maximum amplitude value of the dark noise on the first input comparo torus. Thus, at the output of the comparator 7 there will be no pulses due to intrinsic dark noise.

При наличии засветочного тока I_ф, обусловленного засветкой, т.е. попаданием на фотодиод прямого и отраженного солнечного излучения, излучения неба и т. д., возникает дробовой шум U_др, который складывается с собственным темновым шумом, усиливается в усилителе-ограничителе 2 и усилителе 4 и детектируется детектором шума 5, поскольку суммарная величина шума будет превышать порог детектирования, обусловленный вольт-амперной характеристикой детектора (диода). Далее этот продетектированный шум складывается с величиной Е_о в сумматоре 6, фильтруется в ФНЧ 8 и поступает на второй вход компаратора 7, где поднимает порог пропускания, тем самым не позволяет прохождение на выход компаратора 7 шума, обусловленного засветкой.In the presence of a flare current I _f due to flare, i.e. hit by photodiode direct and reflected solar radiation, sky radiation, etc., there is shot noise U _dr , which is added with its own dark noise, amplified in the limiting amplifier 2 and amplifier 4 and detected by the noise detector 5, since the total amount of noise will be exceed the detection threshold due to the current-voltage characteristic of the detector (diode). Further, this detected noise is added up with the value of E _о in the adder 6, filtered in the low-pass filter 8 and fed to the second input of the comparator 7, where it raises the transmission threshold, thereby preventing the noise resulting from exposure to the output of the comparator 7.

Таким образом, регулируя (поднимая) порог пропускания прямо пропорционально величине шума, вызванного засветкой, в устройстве выделения команд сохраняется соотношение сигнал-шум, при этом поскольку заранее известны условия эксплуатации устройства, то известны и конкретные внешние источники засветки, их характеристики и степень увеличения (от них) величины шума, например, в заявленном устройстве они увеличивают шумовое напряжение по сравнению с собственным темповым шумом максимум в 10 раз. Thus, by adjusting (raising) the transmission threshold in direct proportion to the amount of noise caused by illumination, the signal-to-noise ratio is stored in the command extraction device, and since the operating conditions of the device are known in advance, specific external sources of illumination, their characteristics and degree of increase are also known ( from them) the magnitude of the noise, for example, in the inventive device, they increase the noise voltage compared to its own tempo noise by a maximum of 10 times.

При попадании на вход преобразователя электромагнитного излучения 1, несущего информацию, оно преобразуется в электрические сигналы той же длительности и формы, усиливается по напряжению в усилителе-ограничителе 2 и поступает на первый вход компаратора 7. При превышении амплитуды импульсов величины шума в заданное соотношением сигнал-шум раз, а значит и порога пропускания, на выходе компаратора 7 сформируются импульсы положительной полярности. При превышении амплитуды импульсов максимальной величины шумового напряжения от внешних источников сигнал с выхода усилителя-ограничителя 2 начинает детектироваться пиковым детектором 4, суммируется в сумматоре 6 с другими двумя напряжениями, дополнительно фильтруется ФНЧ 8, и поступает на второй вход компаратора 7. Этот сигнал (продетектированный пиковым детектором 4) начинает дополнительно увеличивать порог срабатывания компаратора 7 таким образом, чтобы прошел сам сигнал, но не прошли импульсы, которые могут его исказить: импульсы этого же сигнала, но отраженные от поверхности, импульсы, формирующиеся внутри самого передающего прибора из-за переотражения внутри его конструкции, т. е. паразитные (интерференционные) импульсы с амплитудой, меньшей амплитуды полезных, могущих исказить информацию при декодировании. Поскольку известен период повторения пачек импульсов, то соответственно можно выбрать постоянную времени разряда в цепи пикового детектора 4 и постоянную времени в ФНЧ 8 таким образом, чтобы к приходу следующей пачки величина порога на втором входе компаратора уменьшилась на величину, достаточную для прохождения полезного сигнала и недостаточную для прохождения паразитного. When electromagnetic radiation 1, which carries information, enters the input of the converter, it is converted into electrical signals of the same duration and shape, amplified by the voltage in the limiting amplifier 2, and fed to the first input of the comparator 7. When the pulse amplitude exceeds the noise value specified by the signal noise once, and hence the transmission threshold, pulses of positive polarity are generated at the output of comparator 7. When the amplitude of the pulses exceeds the maximum noise voltage from external sources, the signal from the output of the amplifier-limiter 2 begins to be detected by the peak detector 4, is summed in the adder 6 with the other two voltages, is additionally filtered by the low-pass filter 8, and fed to the second input of the comparator 7. This signal (detected peak detector 4) begins to further increase the threshold of the comparator 7 so that the signal itself passes, but pulses that can distort it do not pass: pulses are of the same signal, but reflected from the surface, pulses formed inside the transmitting device itself due to re-reflection inside its structure, i.e. spurious (interference) pulses with an amplitude less than the amplitude of the useful ones, which can distort information during decoding. Since the repetition period of the bursts of pulses is known, it is accordingly possible to choose the discharge time constant in the peak detector circuit 4 and the time constant in the low-pass filter 8 so that by the arrival of the next packet the threshold value at the second input of the comparator decreases by a value sufficient to pass the useful signal and insufficient for parasitic passage.

При дальнейшем увеличении мощности входного сигнала он входит в ограничение и амплитуда полезных импульсов на первом входе компаратора 7 остается постоянной, а паразитных (неограниченных) начинает расти. Величина напряжения (порога пропускания) на втором входе компаратора также остается постоянной и при достижении амплитуды паразитных импульсов, превышающих порог, они проходят на выход компаратора. Величина входного сигнала Р_вх (см. выражение 1), при которой эти импульсы проходят на выход компаратора 7 и начинают разрушать (искажать) информацию, декодируемую аппаратурой 9, является максимальной допустимой мощностью на входе устройства.With a further increase in the input signal power, it enters the limitation and the amplitude of the useful pulses at the first input of the comparator 7 remains constant, and the stray (unlimited) starts to grow. The voltage (transmittance threshold) at the second input of the comparator also remains constant and when the amplitude of spurious pulses exceeds the threshold, they pass to the output of the comparator. The value of the input signal P _I (see expression 1), at which these pulses pass to the output of the comparator 7 and begin to destroy (distort) the information decoded by the equipment 9, is the maximum allowable power at the input of the device.

В заявленном устройстве диапазон регулирования порога пропускания на втором входе компаратора 7 составляет 30 мВ - 3 В, т.е. изменяется в 100 раз. Максимальный уровень паразитных импульсов относительно информационных равен, например 3%, т.е. меньше в 100/3≈33 раза. Следовательно, суммарный динамический диапазон изменения мощности входного сигнала, в котором устройство функционирует, составляет 100•33=3,3•10³.In the claimed device, the range of regulation of the transmission threshold at the second input of the comparator 7 is 30 mV - 3 V, i.e. changes 100 times. The maximum level of spurious impulses relative to informational ones is, for example, 3%, i.e. 100 / 3≈33 times less. Therefore, the total dynamic range of variation of the power of the input signal in which the device operates is 100 • 33 = 3.3 • 10 ³ .

Как следует из графической зависимости, приведенной на фиг.2, при присутствии собственных (темновых) шумов и отсутствии внешних (нижний граничный случай - кривая изменения динамического диапазона, изображена пунктиром), изменение Р_вх от Р_вх _min до 10 Р_вх _min не изменяет величину U_oп, при этом относительно U_oп= U_oп _min возрастает в 10 раз амплитуда отраженного сигнала (с 3% до 30%). Далее при увеличении Р_вх от 10 до 10 Р_вх _min пропорционально изменяется U_oп, а значит сохраняется относительно изменяемого U_oп величина паразитного сигнала (30%), при дальнейшем росте Р_вх _maх>10³ Р_вх _min, увеличение U_oп прекращается, при этом начинает увеличиваться амплитуда паразитного сигнала и при Р_вх _max=3,3•10³ Р_вх _min, т.е. 3,3•30%≈100%, устройство выделения команд начинает работать по паразитному сигналу (предельное значение Р_вх _max).As follows from the graphical dependence shown in figure 2, in the presence of intrinsic (dark) noise and the absence of external (the lower boundary case is the curve of the dynamic range, is shown by the dotted line), the change in P _in from P _in _min to 10 P _in _min does not change the value of U _op , while relative to U _op = U _op _min increases 10 times the amplitude of the reflected signal (from 3% to 30%). Further, with increasing P _Rin 10 to 10 P _Rin _min proportionally U _OP, and hence remains relatively variable U _OD value of the parasitic signal (30%), with a further increase of P _Rin _mah> 10 ³ R _Rin _min, increase U _OP stops in this case, the amplitude of the parasitic signal begins to increase, and at P _in _max = 3.3 • 10 ³ P _in _min , i.e. 3.3 • 30% ≈100%, the command extraction device starts to work on a parasitic signal (limit value P _in _max ).

При максимальной величине внешних, например, вызванных засветкой, дробовых шумов, в 10 раз превышающих темновой шум (верхний граничный случай - кривая изменения динамического диапазона, изображена сплошной линией), U_oп возрастает в 10 раз и U_c проходит через пороговое устройство лишь при Р_вх>10 Р_вх _min. При этом аналогично нижнему граничному случаю до момента ограничения уровень прохождения паразитного сигнала составляет 3% от величины U_oп, а после ограничения начинает возрастать.At the maximum value of external, for example, flash-induced shot noise, 10 times higher than the dark noise (the upper boundary case is the curve of the dynamic range, shown by a solid line), U _op increases by 10 times and U _c passes through the threshold device only at Р _in > 10 P _in _min . In this case, similarly to the lower boundary case, before the restriction, the level of transmission of the spurious signal is 3% of the value of U _op , and after the restriction begins to increase.

Таким образом, для нижнего граничного случая устройство начинает работать по сигналу при Р_вх _max/Р_вх _min=1, что соответствует пороговой темновой мощности. А для верхнего граничного случая - при Р_вх _max/Р_вх _min=10, что соответствует пороговой засветочной мощности. Предельное значение Р_вх _max для обоих граничных случаев одинаково и составляет 3,3•10³ (Р_вх _max/Р_вх _min). При U_др<10 U_ш кривая изменения динамического диапазона будет находиться между этими двумя граничными кривыми.Thus, for the lower boundary case, the device starts to work according to the signal at P _in _max / P _in _min = 1, which corresponds to the threshold dark power. And for the upper boundary case - with P _in _max / P _in _min = 10, which corresponds to the threshold illumination power. The limiting value of P _in _max for both boundary cases is the same and is 3.3 • 10 ³ (P _in _max / P _in _min ). When U _dr <10 U _{w the} dynamic range change curve will be between these two boundary curves.

Как следует из изложенного выше, максимальный динамический диапазон изменения входного сигнала составляет 3,3•10³, что в ряде случаев может оказаться недостаточным. С целью расширения динамического диапазона приведено устройство на фиг.3, которое работает следующим образом. При малых мощностях входного сигнала (P_вх _max<3,3•10³ Р_вх _min) устройство, приведенное на фиг.3 работает аналогично основному устройству, приведенному на фиг.1, при этом импульсы на выходе второго компаратора 11, которые возникают при превышении величины опорного напряжения Е₂ сигналом с выхода второго усилителя 10а, при отсутствии сигнала стробирования на выходе схемы блокировки 12, не оказывают влияния на работу аппаратуры декодирования 9, т.к. оба сигнала проходят через логическую схему ИЛИ 13, причем приоритетным будет сигнал с выхода компаратора 7 из-за того, что он будет большим по длительности (ограничение импульсов колоколообразной формы сверху амплитудной характеристикой в третьем усилителе 10б).As follows from the above, the maximum dynamic range of the input signal is 3.3 • 10 ³ , which in some cases may be insufficient. In order to expand the dynamic range, the device of FIG. 3 is shown, which operates as follows. At low input signal powers (P _in _max <3.3 • 10 ³ P _in _min ), the device shown in Fig. 3 works similarly to the main device shown in Fig. 1, while the pulses at the output of the second comparator 11, which occur when exceeding the value of the reference voltage E _{2 by the} signal from the output of the second amplifier 10a, in the absence of a gating signal at the output of the blocking circuit 12, does not affect the operation of decoding equipment 9, because both signals pass through OR 13 logic, with priority being given to the signal from the output of comparator 7 due to the fact that it will be longer in duration (limiting bell-shaped pulses from above with the amplitude characteristic in the third amplifier 10b).

При дальнейшем увеличении мощности входного сигнала (немного менее мощности, при которой начинают возникать искажения), срабатывает по величине амплитуды входного сигнала схема блокировки 12, которая блокирует работу компаратора 7 и на вход аппаратуры декодирования 9 через схему ИЛИ 13 начинают поступать импульсы только со второго компаратора 11. Поскольку амплитуда импульсов на входе второго компаратора 11 меньше, чем на входе компаратора 7 на величину коэффициента усиления усилителя 10б, то фактически в это же число раз расширится динамический диапазон. With a further increase in the input signal power (slightly less than the power at which distortions begin to occur), a blocking circuit 12 is triggered by the amplitude of the input signal, which blocks the operation of the comparator 7 and pulses from the second comparator begin to arrive at the input of the decoding equipment 9 through the OR 13 circuit only 11. Since the amplitude of the pulses at the input of the second comparator 11 is less than at the input of the comparator 7 by the gain of the amplifier 10b, in fact, the dynamics will expand by the same number of times cue range.

Таким образом, в способе выделения команд и в устройстве, основанном на нем, автоматически регулируется уровень величины порога пропускания (уровень срабатывания компаратора в устройстве), при малых величинах постоянных времени. Thus, in the method for allocating commands and in the device based on it, the transmission threshold level (the response level of the comparator in the device) is automatically adjusted for small values of time constants.

Следовательно, в связи с тем, что в способе выделения команд при малой инерционности системы регулирования выставляют величину порога пропускания выше минимальной амплитуды собственного (темнового) шума, увеличивают порог пропорционально величине внешнего шума, вызванного, например, фоновой засветкой, а затем регулируют величину порога амплитудой импульсного сигнала, причем в требуемом динамическом диапазоне изменения входной мощности излучения выполняют условие U_c>U_oп>U_п, поддерживается отношение сигнал-шум постоянным на оптимальном уровне, позволяющим с одной стороны реализовать максимально высокую пороговую чувствительность, а с другой - не пропустить шум, который может привести к искажениям при декодировании модулированного сигнала. Кроме того, исключаются искажения при декодировании, обусловленные паразитными сигналами, величина которых менее величины полезного сигнала.Therefore, due to the fact that the transmission threshold is set higher than the minimum amplitude of intrinsic (dark) noise in the method of selecting commands with low inertia, the threshold is increased proportionally to the amount of external noise caused, for example, by background illumination, and then the amplitude is adjusted to a threshold pulse signal, and in the required dynamic range of the input power of radiation operate condition U _c> U _OP> U _n, supported signal-to-noise ratio at optimal constant floor level, allowing on the one hand to realize the highest possible sensitivity threshold, and the other - to not pass noise which can cause distortion in decoding the modulated signal. In addition, distortion during decoding due to spurious signals, the magnitude of which is less than the magnitude of the useful signal, is eliminated.

Введение в устройство выделения команд детектора шума пикового детектора, сумматора, источника опорного напряжения, усилителя-ограничителя и компаратора при малой инерционности регулирования поддерживает отношение сигнал-шум постоянным на оптимальном уровне, исключает прохождение паразитных сигналов на вход аппаратуры декодирования, а значит и искажений выходного сигнала за счет автоматического регулирования уровня срабатывания компаратора, отслеживающего величину шума (внешнего), и величину полезного модулированного сигнала. The introduction of a peak detector, an adder, a reference voltage source, a limiter amplifier and a comparator into a noise extraction device for a command signal with a low inertia of regulation keeps the signal-to-noise ratio constant at an optimal level, eliminates the passage of spurious signals to the input of decoding equipment, and hence the distortion of the output signal due to the automatic control of the level of operation of the comparator, tracking the amount of noise (external), and the value of the useful modulated signal.

Источники информации
1. Основы радиоуправления, под ред. Вейцеля В.А. и Типугина В.К. М.: Советское радио, 1973, с.246-251.Sources of information
1. Fundamentals of radio control, ed. Vejcela V.A. and Tipugina V.K. M .: Soviet Radio, 1973, p. 246-251.

2. Соколов B. C. Телевизоры "Электрон 51ТЦ433Д", "Электрон 61ТЦ433Д", "Электрон 67ТЦ433Д". М.: Радио и связь, 1990, с.3-6. 2. Sokolov B. C. Televisions "Electron 51TTS433D", "Electron 61TTS433D", "Electron 67TTS433D". M .: Radio and communications, 1990, p. 3-6.

3. Полупроводниковые фотоприемники. Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра, под ред. В.И. Стафеева. М.: Радио и связь, 1984, с.63, 64. 3. Semiconductor photodetectors. Ultraviolet, Visible and Near Infrared Spectrum, ed. IN AND. Stafeeva. M .: Radio and communications, 1984, p. 63, 64.

Claims

1. A method for isolating commands generated by packets or packets with time-pulse or pulse-code modulation, according to which electromagnetic radiation is received and converted into electrical pulses, the pulse signal is amplified and decoded, characterized in that it determines the amount of the own noise of the receiving path and from it set the transmittance threshold constant; adjust the transmittance threshold in proportion to the amount of external noise and the value of the input signal, and in the required dynamic range As the input radiation power changes, they satisfy the condition U _c > U _op > U _p , where U _op is the transmittance threshold value, U _c is the amplitude of the pulse signal compared with U _op , U _p is the maximum total amount of interference of intrinsic noise, external noise, and spurious signal.

2. A device for extracting commands generated by bursts or packets of pulses in radio lines with VIM-AM or KIM-AM or in optical lines with VIM or KIM, containing a converter of electromagnetic radiation into electrical pulses with VIM-KIM, respectively, an amplifier, a low-pass filter (low-pass filter) ) and decoding equipment, characterized in that a noise detector, a peak detector, an adder, a reference voltage source, as well as a servo-limiter and a comparator are connected in series, while the output of the converter electromagnetic radiation is connected to the input of the amplifier-limiter, the output of which is connected to the input of the peak detector and the input of the amplifier, and the output of the amplifier is connected to the input of the noise detector, and the output of the peak detector is connected to the first input of the adder, the second input of which is connected to the output of the noise detector, and the third the adder input is connected to the reference voltage source, the adder output through the low-pass filter is connected to the second input of the comparator, the output of which is connected to the input of the decoding equipment.

3. The command extraction device according to claim 2, characterized in that a blocking circuit and a second reference voltage source, a second comparator and an OR logic circuit are connected in series, wherein the limiting amplifier is made in the form of a second and third amplifiers, the input of the second amplifier connected to the output of the radiation converter and the input of the blocking circuit, the output of the second amplifier is connected to the second input of the second comparator and the input of the third amplifier, the output of the blocking circuit is connected to the gate input of the first mparatora, and the output of the first comparator - a second input of the logical OR circuit, whose output is connected to the input of the decoding apparatus.