способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта

Классы МПК:G01S17/50 измерительные системы, основанные на относительном перемещении цели
G01C3/08 с использованием детекторов излучения 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2008-04-25
публикация патента:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости движущегося объекта и расстояния до него. Способ включает зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала t1 и между моментами излучения лазерного импульса, и приема отраженного объектом излучения. При каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Тi, регистрируют значения измеренных интервалов ti в серии зондирований. Для каждого зондирования определяют отсчеты дальности Ri=c·ti /2, где с - скорость света, интерполируют полученные выборочные значения Ri линейной зависимостью вида R*(T)=R* 0+V*T, где R*0 - оценка дальности в начальный момент периода измерения, V* - оценка средней скорости объекта за время измерения, Т - текущее время, устанавливают величину способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции. После этого определяют модули способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Ri=/Ri(Ti)-Ri *(Ti)/ отклонения замеров Ri(Ti ) от соответствующих интерполированных значений Ri *(Ti), аннулируют замеры, в которых способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Ri>способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R, и повторно интерполируют оставшиеся выборочные значения дальности зависимостью вида R**(T)=R**0+V**T, по которой судят об уточненных значениях дальности и скорости объекта. Технический результат изобретения - повышение достоверности результатов измерения. 1 ил., 3 табл. способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471

способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471

Формула изобретения

Способ определения скорости и дальности удаленного объекта, включающий многократное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала ti и между моментами излучения лазерного импульса, и приема отраженного объектом излучения, отличающийся тем, что при каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Тi, в которые производят посылки лазерных импульсов, регистрируют значения измеренных интервалов ti в серии n зондирований, после завершения серии для каждого зондирования определяют отсчеты дальности R i=c·ti/2, где с - скорость света, интерполируют полученные выборочные значения Ri линейной зависимостью вида R*(T)=R*0+V*T, где R*0 - оценка дальности в начальный момент периода измерения, V* - оценка средней скорости объекта за время измерения, Т - текущее время, устанавливают величину способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции, причем способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R=qспособ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R, где q - коэффициент, определяемый заданной вероятностью безошибочного измерения, способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R - среднеквадратическая ошибка измерения дальности в каждом из замеров, после чего определяют модули способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Ri=/Ri(Ti)-Ri *(Ti)/ отклонения замеров Ri(Ti ) от соответствующих интерполированных значений Ri *(Ti), аннулируют замеры, в которых способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Ri>способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R, и повторно интерполируют оставшиеся выборочные значения дальности зависимостью вида R**(T)=R**0+V**T, по которой судят об уточненных значениях дальности R**0 и скорости V** объекта.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо определить скорость движущегося объекта и/или расстояние до него, в частности, для обнаружения и фиксации нарушений правил дорожного движения транспортным средством.

Известен способ определения дальности до удаленного объекта путем зондирования его лазерным импульсом, приема отраженного объектом импульса излучения и определения временного интервала между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного объектом импульса, по которому судят о дальности до объекта [1].

Недостатком этого способа является невозможность измерения скорости объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта [2], согласно которому производят многократное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов, при каждом i-м зондировании определяют временной интервал ti между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного целью импульса, в первой половине серии определяют среднее значение определенных интервалов

способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471

во второй половине серии определяют среднее значение определенных интервалов

способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471

и определяют скорость объекта V по формуле V=c(tcp2-tcp1)/2T1/2, где с - скорость света, T1/2 - период времени между первой и второй половинами серии зондирования.

При ложных замерах (пропусках приема сигнала или при ложном сигнале, обусловленном помехой) возможны грубые ошибки, исправление которых невозможно, и согласно [2] при выявлении таких ошибок приходится повторять процедуру измерения скорости с самого начала.

Задачей изобретения является обеспечение возможности выявления ошибочных измерений и исправления ошибок в каждом измерении.

Указанная задача решается за счет того, что в известном способе определения скорости и дальности удаленного объекта, включающем многократное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала ti между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения, при каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Ti, в которые производят посылки лазерных импульсов, регистрируют значения измеренных интервалов ti в серии n зондирований, после завершения серии для каждого зондирования определяют отсчеты дальности Ri =c·ti/2, где с - скорость света, интерполируют полученные выборочные значения Ri линейной зависимостью вида R*(Т)=R*0+V*T, где R*0 - оценка дальности в начальный момент периода измерения, V* - оценка средней скорости объекта за время измерения, Т - текущее время, устанавливают величину способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции, причем способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R=qспособ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R, где q - коэффициент, определяемый заданной вероятностью безошибочного измерения, способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R - среднеквадратическая ошибка измерения дальности в каждом из замеров, после чего определяют модули

способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Ri=/Ri(Ti)-Ri *(Ti)/ отклонения замеров Ri(Ti ) от соответствующих интерполированных значений Ri *(Ti), аннулируют замеры, в которых способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Ri>способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R, и повторно интерполируют оставшиеся выборочные значения дальности зависимостью вида R**(Т)=R**0+V**T, по которой судят об уточненных значениях дальности R**0 и скорости V** объекта.

При необходимости процедуру корректировки интерполирующей зависимости повторяют два или более раз и прекращают этот процесс, когда все оставшиеся замеры отвечают условию способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Ri<способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R.

Вместо аннулированных замеров Ri (Ti) можно регистрировать и использовать при последующей интерполяции интерполированные значения Ri*(T i).

На чертеже представлена временная диаграмма процесса определения скорости и дальности. Квадратиками показаны результаты зондирований, жирным пунктиром - интерполированная траектория R*(Т) объекта, штрихпунктиром - доверительные границы оценки измеренной траектории с учетом допуска ±способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R. Звездочкой показано интерполированное значение отсчета способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 , соответствующего ложному замеру RjTj , отклонение которого от способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 превышает заданный допуск способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R.

В моменты текущего времени T1 , способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Ti, способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 Tn производят зондирование объекта, регистрируют моменты Ti, определяют и регистрируют измеренные значения временных интервалов ti между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного объектом импульса, определяют отсчеты дальности Ri и интерполируют их линейной зависимостью от текущего времени R*(Т). Заранее или в зависимости от решаемой задачи определяют величину допуска ±способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R. Сравнивают каждый отсчет дальности Ri с соответствующим интерполированным значением способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 и, если их разность превышает величину способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R, то аннулируют такие отсчеты.

На чертеже показан отсчет Rj, произведенный при j-м зондировании в момент времени Tj и отклоняющийся от интерполированного значения способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 на величину, превышающую заданный допуск способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R. Такая процедура может быть проведена повторно, если после корректировки остались выборки, не удовлетворяющие условию способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471

Пример 1.

Истинная траектория цели в условных единицах описывается зависимостью R=1+Т, то есть R0=1; V=1.

В результате восьми зондирований зарегистрированы следующие результаты.

Таблица 1
i1 23 45 67 8
Т i0 12 34 56 7
R i1 210 43 08 6

Линейная интерполяция этих данных по методу наименьших квадратов [3] дает значения способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 ; способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 .

Определяют по формуле способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 интерполированные значения дальности для моментов времени T*=Ti, а также отклонения результатов измерений Ri от этих значений.

Таблица 2
T*=Ti 01 23 45 67
способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 2,83 3,24 3,643,44 4,454,86 5,265,67
способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 -1,83 -1,24 6,360,56 -1,45-4,86 2,74 0,33

Устанавливают допустимое отклонение. Например, при среднеквадратической ошибке измерения дальности способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R=1 и заданной вероятности ошибочного измерения не более 0,99 максимальная ошибка измерения дальности способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R~3способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 R=3 м. Этому условию не удовлетворяют результаты измерений R3(T=2)=10 и R6(T=5)=0. Аннулируют эти замеры и повторно производят линейную интерполяцию оставшихся шести результатов измерений.

Таблица 3
i1 23 45 6
T i0 13 46 7
R i1 24 38 6

Уточненные результаты интерполяции способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 V**=1,17 дают корректную оценку дальности в начальный момент времени и скорости объекта.

Можно показать, что, если заменить аннулированные отсчеты их интерполированными значениями способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 и способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта, патент № 2385471 , то откорректированная оценка дальности и скорости также близка к истинному значению.

Данный способ позволяет:

1) эффективно выявлять ошибочные измерения;

2) оперативно исправлять ошибки в каждом измерении без проведения повторных измерений, что важно в условиях дефицита времени, например в условиях контроля дорожного движения, при стыковке космических аппаратов и т.п.

Источники информации

1. В.А.Смирнов. Введение в оптическую радиоэлектронику. Изд. «Советское радио», Москва, 1973 г., С.189.

2. Ю.В.Абазадзе, Н.А.Лицарев, В.Л.Почтарев и др. Особенности построения лазерного измерителя скорости и дальности ЛИСД-2М. Квантовая Электроника, 2002, Том 32, № 3, С.247-250 - прототип.

3. Б.Р.Левин Теоретические основы статистической радиотехники. Изд. «Радио и связь», Москва, 1975 г., т.2, С.131-139.

Класс G01S17/50 измерительные системы, основанные на относительном перемещении цели

Класс G01C3/08 с использованием детекторов излучения 

Наверх