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): | Вильнер Валерий Григорьевич (RU), Волобуев Владимир Георгиевич (RU), Казаков Александр Аполлонович (RU), Рябокуль Борис Кириллович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-04-25 публикация патента:
27.03.2010 |
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 R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции. После этого определяют модули Ri=/Ri(Ti)-Ri *(Ti)/ отклонения замеров Ri(Ti ) от соответствующих интерполированных значений Ri *(Ti), аннулируют замеры, в которых Ri> 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.
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 R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции, причем R=q R, где q - коэффициент, определяемый заданной вероятностью безошибочного измерения, R - среднеквадратическая ошибка измерения дальности в каждом из замеров, после чего определяют модули Ri=/Ri(Ti)-Ri *(Ti)/ отклонения замеров Ri(Ti ) от соответствующих интерполированных значений Ri *(Ti), аннулируют замеры, в которых Ri> 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
во второй половине серии определяют среднее значение определенных интервалов
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 R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции, причем R=q R, где q - коэффициент, определяемый заданной вероятностью безошибочного измерения, R - среднеквадратическая ошибка измерения дальности в каждом из замеров, после чего определяют модули
Ri=/Ri(Ti)-Ri *(Ti)/ отклонения замеров Ri(Ti ) от соответствующих интерполированных значений Ri *(Ti), аннулируют замеры, в которых Ri> 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 Ri< 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 ± R. Звездочкой показано интерполированное значение отсчета , соответствующего ложному замеру RjTj , отклонение которого от превышает заданный допуск R.
В моменты текущего времени T1 , Ti, 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 ± R. Сравнивают каждый отсчет дальности Ri с соответствующим интерполированным значением и, если их разность превышает величину R, то аннулируют такие отсчеты.
На чертеже показан отсчет Rj, произведенный при j-м зондировании в момент времени Tj и отклоняющийся от интерполированного значения на величину, превышающую заданный допуск R. Такая процедура может быть проведена повторно, если после корректировки остались выборки, не удовлетворяющие условию
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 | ||||||||
i | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
Т i | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
R i | 1 | 2 | 10 | 4 | 3 | 0 | 8 | 6 |
Линейная интерполяция этих данных по методу наименьших квадратов [3] дает значения ; .
Определяют по формуле интерполированные значения дальности для моментов времени T*=Ti, а также отклонения результатов измерений Ri от этих значений.
Таблица 2 | ||||||||
T*=Ti | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
2,83 | 3,24 | 3,64 | 3,44 | 4,45 | 4,86 | 5,26 | 5,67 | |
-1,83 | -1,24 | 6,36 | 0,56 | -1,45 | -4,86 | 2,74 | 0,33 |
Устанавливают допустимое отклонение. Например, при среднеквадратической ошибке измерения дальности R=1 и заданной вероятности ошибочного измерения не более 0,99 максимальная ошибка измерения дальности R~3 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 | ||||||
i | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
T i | 0 | 1 | 3 | 4 | 6 | 7 |
R i | 1 | 2 | 4 | 3 | 8 | 6 |
Уточненные результаты интерполяции V**=1,17 дают корректную оценку дальности в начальный момент времени и скорости объекта.
Можно показать, что, если заменить аннулированные отсчеты их интерполированными значениями и , 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