способ формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле, заключающийся в радиолокационном облучении цели и формировании импульс-команд на установленной на автомобиле радиолокационной станции (РЛС) по началу возникновения и обнаружения на ней сигналов частотой Fдо=2Vо fo/C и 3Fдо, когда цель будет находиться на удалениях от антенны РЛС, равных соответственно Do+(Vi/Vo)Do и 3Do+(Vi/Vo)Do,

где С - скорость света,

Vi - радиальная скорость цели,

fo - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, выбираемая из условия: Do/Vo=fo/Fm dfm,

где Fm и dfm - соответственно частота модуляции и девиация частоты сигнала,

Do и Vo - выбираемые известные величины расстояния и скорости, отличающийся тем, что в качестве цели используют движущееся навстречу автомобилю транспортное средство, а также тем, что импульс-команды на РЛС формируют также по началу возникновения и обнаружения на ней сигналов частотой (N+2)Fдо и (N-2)Fдо, когда цель будет находиться на удалениях от РЛС, равных соответственно (N+2)Do+(Vi/Vo)Do и (N-2)Do+(Vi/Vo)Do, где N - число больше 5, и сравнивают по длительности уменьшенный вдвое интервал времени, сформированный между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов частотой (N+2)Fдо и (N-2)Fдо, с интервалом времени между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов частотой 3Fдо и Fдо, и, если данные величины оказываются равными, то считают, что между автомобилем и транспортным средством должно произойти столкновение, а если неравными, то считают, что столкновения не произойдет.

2. Устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле, содержащее приемо-передающую антенну, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход к входу фильтра разностных частот, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя, а также генератор непрерывной частоты и последовательно соединенные второй смеситель, широкополосный фильтр, усилитель-ограничитель, узкополосный полосовой фильтр, амплитудный детектор, компаратор и формирователь импульса, при этом второй вход компаратора подключен к шине опорного напряжения, отличающееся тем, что в него введен второй генератор непрерывной частоты и аналоговый сумматор, при этом выходы первого и второго генераторов непрерывной частоты подключены к входам аналогового сумматора, выход которого подключен к первому входу второго смесителя, а также дополнительно введены регистр сдвига, генератор счетных импульсов, реверсивный счетчик, цифровой компаратор, ждущий мультивибратор, три элемента И, два элемента ИЛИ, делитель на два, коммутатор, при этом четвертый выход регистра сдвига подключен к входу ждущего мультивибратора и через первый элемент ИЛИ к входам сброса регистра сдвига и реверсивного счетчика, а второй вход первого элемента ИЛИ подключен к выходу коммутатора, первый выход регистра сдвига подключен к входу разрешения суммирования реверсивного счетчика и второму входу второго элемента И, третий выход регистра сдвига подключен к входу разрешения вычитания реверсивного счетчика и второму входу третьего элемента И, выход генератора счетных импульсов подключен через делитель на два и второй элемент И к входу второго элемента ИЛИ, а также через третий элемент И к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу счета реверсивного счетчика, выходы которого подключены к первым входам цифрового компаратора, вторые входы которого подключены к шинам установки цифрового кода, а выход к второму входу первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу ждущего мультивибратора, а выход к выходной шине, выход формирователя импульсов подключен к входу регистра сдвига.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к радиолокационной технике и могут быть использованы, в частности, в автомобилестроении, при создании системы защиты водителей и пассажиров от травм, получаемых ими при столкновении транспортных средств.

Известны [патент 2374597, RU, F41H 11/021 способ и устройство формирования команды на пуск защитного боеприпаса (ОФС), заключающийся в том, что импульс - команду на пуск защитного боеприпаса формируют только при совпадении во времени моментов выдачи команды на пуск защитного боеприпаса, устанавливаемых по началу возникновения и обнаружения на двух РЛС, разнесенных в пространстве, сигналов с частотой Fдо=2Vo fo/С, когда цель (ПТС) будет находиться на удалении от РЛС, равном Do+(Vi/Vo)Do,

где С - скорость света,

Vi - радиальная скорость цели,

fo - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, выбираемая из условия:

Do/Vo=fo/Fm dfm,

где Fm и dfm соответственно частота модуляции и девиация частоты сигнала,

Do и Vo - выбираемые известные величины расстояния и скорости.

Данное устройство позволяет определить непопадание (промах) снаряда в объект, однако оно имеет совершенно иное предназначение, не связанное с защитой людей при столкновении транспортных средств.

Целью изобретения является уменьшение массогабаритных и стоимостных характеристик устройства формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле.

Поставленная цель достигается за счет того, что устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле реализовано на базе только одной РЛС.

При формировании команды для срабатывания системы защиты в автомобиле проводят радиолокационное облучение цели, в качестве которой используют движущееся навстречу автомобилю транспортное средство, и формируют импульс-команды на установленной на автомобиле радиолокационной станции (РЛС) по началу возникновения и обнаружения на ней сигналов частотой

Fдо=2Vo fo/С и 3Fдо,

когда цель будет находиться на удалениях от антенны РЛС, равных соответственно

Do+(Vi/Vo)Do и 3Do+(Vi/Vo)Do,

где С - скорость света,

Vi - радиальная скорость цели,

fo - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, выбираемая из условия:

Do/Vo=fo/Fm dfm,

где Fm и dfm соответственно частота модуляции и девиация частоты сигнала,

Do и Vo - выбираемые известные величины расстояния и скорости.

Но сначала на РЛС импульс-команды формируют по началу возникновения и обнаружения на ней сигналов частотой

(N+2)Fдо и (N-2)Fдо,

когда цель будет находиться на удалениях от РЛС, равных соответственно

(N+2)Do+(Vi/Vo)Do и (N-2)Do+(Vi/Vo)Do,

где N - число больше 5, и сравнивают по длительности уменьшенный вдвое интервал времени, сформированный между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов частотой

(N+2)Fдо и (N-2)Fдо,

с интервалом времени между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов частотой 3Fдо и Fдо, и если данные величины оказываются равными, то считают, что между автомобилем и транспортным средством должно произойти столкновение, а если неравными, то считают, что столкновения не произойдет.

На фиг.1 и 2 приведены блок-схема устройства формирования команды для срабатывания системы зашиты в автомобиле и рисунок, поясняющий его работу.

Устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле содержит приемо-передающую антенну 26, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика 27 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя 28, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика 27 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход - к входу фильтра 29 разностных частот, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя 18, а также генератор 15 непрерывной частоты и последовательно соединенные второй смеситель 18, широкополосный фильтр 19, усилитель-ограничитель 20, узкополосный полосовой фильтр 21, амплитудный детектор 22, компаратор 23 и формирователь 24 импульса, при этом второй вход компаратора 23 подключен к шине 25 опорного напряжения, а также дополнительно введенные второй генератор 16 непрерывной частоты и аналоговый сумматор 17, при этом выход первого генератора 15 непрерывной частоты подключен к первому входу аналогового сумматора 17, выход второго генератора 16 непрерывной частоты подключен к второму входу аналогового сумматора 17, выход которого подключен к первому входу второго смесителя 18, а также дополнительно введены регистр сдвига 3, генератор 9 счетных импульсов, реверсивный счетчик 4, цифровой компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, три элемента И 7, И 13, И 11, два элемента ИЛИ 1, ИЛИ 8, делитель 10 на два, коммутатор 2, при этом четвертый выход регистра 3 сдвига подключен к входу ждущего мультивибратора 6 и через первый элемент ИЛИ 1 - к входам сброса регистра 3 сдвига и реверсивного счетчика 4, а второй вход первого элемента ИЛИ 1 подключен к выходу коммутатора 2, первый выход регистра 3 сдвига подключен к входу разрешения суммирования реверсивного счетчика 4 и второму входу второго элемента И 11, третий выход регистра 3 сдвига подключен к входу разрешения вычитания реверсивного счетчика 4 и второму входу третьего элемента И 7, выход генератора 9 счетных импульсов подключен через делитель 10 на два и второй элемент И 11 к входу второго элемента ИЛИ 8, а также через третий элемент И 7 - к второму входу второго элемента ИЛИ 8, выход которого подключен к входу счета реверсивного счетчика 4, выходы которого подключены к первым входам цифрового компаратора 5, вторые входы которого подключены к шинам 12 установки цифрового кода, а выход - к второму входу первого элемента И 13, первый вход которого подключен к выходу ждущего мультивибратора 6, а выход - к выходной шине 14, выход формирователя 24 импульсов подключен к входу регистра 3 сдвига.

Проанализируем работу известной РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса (далее РЛС) и известного устройства формирования данной команды, установленной на автомобиле и излучающей непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону и, например, параметрами сигнала Fm=50 кГц, dfm=200 мГц, fo=100 ГГц, выбранными при Vo=150 м/с, Do=1,5 м и Vi=9 м/с или Vi=90 м/с, а также, при подаче на второй смеситель 18 РЛС помимо известного опорного сигнала частотой 100 кГц, также и опорного сигнала частотой 1100 кГц.

При приближении автомобильной РЛС-А к транспортному средству С, как показано на фиг.2, на выходе РЛС будут формироваться импульс-команды, когда между антенной автомобильной РЛС и транспортным средством будут расстояния

Дi=АВ/SinKi,

или при, например, АВ=0,75 м и Vi=9 м/с

D_1-1 =0,75/Sin28,3=1,582 м, D_2-1=0,75/Sin9,405=4,591 м,

D_3-1=0,75/Sin3,163=13,593 м, D_4-1 =0,75/Sin2,194=19,591 м,

при которых выполняются соответственно равенства

2D_1-1Fm dfm/С-2Vi fo Cos28,3/С=2Vo fo/C,

2D_2-1Fm dfm/С-2Vi fo Cos9,405/С=3(2Vo fo)/C,

2D_3-1Fm dfm/C-2Vi fo Cos3,163/C=9(2Vo fo)/C,

2D_4-1 Fm dfm/C-2Vi fo Cos2,194/C=13 (2Vo fo)/C,

а при, например, АВ=0,75 м и Vi=90 м/с

D_1-2 =0,75/Sin18,6=2,351 м, D_2-2=0,75/Sin8=5,389 м,

D_3-2=0,75/Sin2,986=14,398 м, D_4-2 =0,75/Sin2,107=20,399 м,

при которых выполняются соответственно равенства

2D_1-2Fm dfm/С-2Vi fo Cos18,6/С=2Vo fo/C,

2D_2-2Fm dfm/С-2Vi fo Cos8/С=3(2Vo fo)/C,

2D_3-2Fm dfm/С-2Vi fo Cos2,986/С=9(2Vo fo)/С,

2D_4-2Fm dfm/С-2Vi fo Cos2,107/С=13(2Vo fo)/С,

и когда на выходе второго смесителя 18 формируется сигнал частотой 200 кГц.

При проезде автомобиля мимо транспортного средства С (фиг.2) они преодолевают расстояния Б_1-1 и Б_2-1/2 за разные интервалы времени

t_1-1=(4,591 м Cos9,405-1,582 м Cos28,3)/9 м/с=0,3483777 с,

t_2-1=(19,591 м Cos2,194-13,593 м Cos3,163):2/9 м/с=0,33357 с,

или t_1-2 =(5,389 м Cos8-2,351 м Cos18,6)/90 м/с=0,034544 с,

t_2-2=(20,399 м Cos2,107-14,398 м Cos2,986):2/90 м/с=0,03338 с.

Разность в интервалах времени t_1-1 -t_2-1=0,0148 с и t_1-2-t_2-2=0,0116 с можно использовать, очевидно, для выдачи заключения о том, что автомобиль перемещается мимо транспортного средства, т.е. столкновения не будет.

При точном приближении автомобиля с РЛС к транспортному средству С они преодолевают расстояния Б₁ и Б₂: 2 за равные интервалы времени

t₂=t₁=3 м: 9 м/с=(6 м: 2):9 м/с=0,3333 с,

или t₂=t ₁=3 м: 90 м/с=(6 м: 2):90 м/с=0,03333 с,

что можно использовать, очевидно, для выдачи заключения о том, что автомобиль и транспортное средство перемещаются навстречу друг другу и столкновению.

Вышесказанное можно реализовать, используя устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле (фиг.1). Проанализируем, в том числе на примерах, работу данного устройства. Пусть через приемо-передающую антенну 26 в пространство излучают и принимают непрерывные сигналы с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону с вышеприведенными параметрами, формируемые в передатчике 27.

Если автомобиль приближается точно к транспортному средству, например, со скоростью Vi=9 м/с, то в результате смешивания в смесителе 28 отраженного и излучаемого сигналов на его выходе будут сформированы сигналы разностной частоты величиной, в частности:

2D₁ Fm dfm/С-2Vi fo/С=2Vo fo/С=100 кГц,

2D₂ Fm dfm/С-2Vi fo/С=3(2Vo fo)/С=300 кГц,

2D ₃Fm dfm/С-2Vi fo/С=9(2Vo fo)/С=900 кГц,

2D₄Fm dfm/С-2Vi fo/С=13(2Vo fo)/С=1300 кГц,

на удалениях антенны РЛС от транспортного средства С в D ₁=1,59 м, D₂=4,59 м, D₃=13,59 м и D_4-1=19,59 м и когда на выходе второго смесителя 18 будут формироваться сигналы частотой, например, 200 (+/-0,1) кГц.

При движении автомобиля мимо транспортного средства С (фиг.2) на выходе смесителя 28 РЛС будут формироваться сигналы тех же разностных частот, но на удалениях антенны РЛС от транспортного средства С в D_1-1=1,582 м, D _2-1=4,591 м, D_3-1=13,593 м и D_4-1 =19,591 м и когда на выходе второго смесителя 18 будут формироваться также сигналы частотой 200 (+/-0,1)кГц.

Фильтр 29 разностных частот выполняет, в основном, роль подавления суммарных частот преобразования, входных сигналов и сигнала гетеродина.

Для обнаружения только сигналов с частотами 100(+/-0,1) кГц, 300(+/-0,1) кГц, 900(+/-0,1) кГц и 1300(+/-0,1), широкополосный фильтр 19 должен иметь fц=200 кГц и полосу пропускания 4,2 кГц.

Сигналы с разностными частотами преобразования с выхода фильтра 29 разностных частот подают на вход смесителя 18, смешивают их с сигналами с выходов генераторов 15 и 16, поступающими на смеситель 18 через аналоговый сумматор 17 и преобразуют их в сигналы с частотами:

100(+/-0,1) кГц+100 кГц=200(+/-0,1) кГц,

300(+/-0,1) кГц-100 кГц=200(+/-0,1) кГц,

1100 кГц-900(+/-0,1) кГц=200(+/-0,1) кГц,

1300(+/-0,1) кГц-1100 кГц=200(+/-0,1) кГц,

попадающие в полосу пропускания широкополосного фильтра 19. Далее сигналы, снимаемые с выхода широкополосного фильтра 19, преобразуют усилителем-ограничителем 20 в меандр, содержащий, как известно, только нечетные гармоники, и узкополосным полосовым фильтром 21, имеющим полосу пропускания в 4,2 кГц и fц=4200 кГц, выделяют только пусть 21^ую гармонику сигнала частотой:

[200(+/-0,1) кГц]21=4200(+/-4,2) кГц

и значительно подавляют все другие разностные сигналы и их гармоники.

Сигнал, снимаемый с выхода узкополосного полосового фильтра 21, преобразуют амплитудным детектором 22 в постоянное напряжение и на компараторе 23 сравнивают с опорным напряжением, поступающим на второй вход компаратора 23 с шины 25 опорного напряжения. При превышении амплитуды входного сигнала над опорным на выходе компаратора 23 формируют короткий импульс, преобразуемый формирователем 24 в импульс необходимой длительности и которым регистр 3 сдвига переводится в очередное свое состояние.

Перед началом работы с коммутатора 2, через элемент ИЛИ 1, на регистр 3 сдвига и реверсивный счетчик 4 подают короткий импульс, устанавливающий данные устройства в исходное состояние.

При приходе на РЛС отраженного от транспортного средства сигнала с расстояния D₄=19,59 м (транспортные средства приближаются точно навстречу друг другу), или D_4-1=19,591 м (транспортные средства приближаются с промахом друг к другу), на выходе смесителя 18 будет сформирован сигнал частотой 200(+/-0,1) кГц, а на выходе формирователя 24 - импульс, которым регистр сдвига 3 переведется в состояние с иным потенциалом на первом его выходе, и которым будет дано разрешение реверсивному счетчику 4 начать суммирование счетных импульсов, формируемых генератором 9 счетных импульсов и поступающих на его счетный вход через делитель 10 на два, И 11 и ИЛИ 8.

При приходе на РЛС отраженного сигнала с расстояния D₃ =13,59 м (транспортные средства приближаются точно навстречу друг другу), или D_3-1=13,593 м (транспортные средства приближаются с промахом друг к другу) на выходе формирователя 24 будет сформирован импульс, которым регистр сдвига 3 переведется в состояние с иным потенциалом на втором его выходе и которым будет дан запрет реверсивному счетчику 4 суммирование счетных импульсов.

При приходе на РЛС отраженного сигнала с расстояния D₂=4,59 м (транспортные средства приближаются точно навстречу друг другу) или D_2-1=4,591 м (транспортные средства приближаются с промахом друг к другу) на выходе формирователя 24 будет сформирован импульс, которым регистр сдвига 3 переведется в состояние с иным потенциалом на третьем его выходе и которым будет дано разрешение реверсивному счетчику 4 начать вычитание счетных импульсов, формируемых генератором 9 счетных импульсов и поступающих на его счетный вход через элементы И 7 и ИЛИ 8.

При приходе на РЛС отраженного сигнала с расстояния D₁=1,59 м (транспортные средства приближаются точно навстречу друг другу), или D_1-1=1,582 м (транспортные средства приближаются с промахом друг к другу) на выходе формирователя 24 будет сформирован импульс, которым регистр сдвига 3 переведется в состояние с иным потенциалом на четвертом его выходе и которым будет дан запрет реверсивному счетчику 4 вычитание счетных импульсов. При этом ждущий мультивибратор 6 на определенное время перейдет в состояние с высоким потенциалом на его выходе, а счетчик 4 и регистр 3 сдвига установятся через ИЛИ 1 в исходное состояние.

Если в реверсивный счетчик 4 будет записано столько (почти столько) же счетных импульсов, сколько и списано, то это будет соответствовать случаю точного сближения транспортных средств, и на выходе цифрового компаратора 5 будет сформирован высокий потенциал, который через элемент И 13 пройдет на выходную шину 14 в качестве импульс-команды для включения системы защиты.

Если же в реверсивный счетчик 4 будет записано меньше (гораздо) счетных импульсов, чем списано, то это будет соответствовать случаю сближения транспортных средств с промахом, и на выходе цифрового компаратора 5 будет сформирован низкий потенциал, так как цифровые коды на его входах будут гораздо сильнее различаться, чем в предыдущем случае. При этом на выходной шине 14 импульс-команды сформировано не будет.

Очевидно, что устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле, выполненное с использованием только одной РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса, а не двух, как известное, является более простой системой, чем известная.