Устройство для определения координат точечных световых объектов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕЧНЫХ СВЕТОВЫХ ОБЪЕКТОВ по авт. св. № 811302, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности определения в нем каждый из каналов формирования сигналов координат содержит вычислитель дисперсии ошибки рассогласования и цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу реверсивного сцетчика , а выход - к входу регистра, входы вычислителя дисперсии ошибки рассогласования подключены к выходам блока переключения режимов работы, а выход - к первому управляющему входу цифрового фильтра, второй управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока переключения режимов работы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И \ЮЮ

РЕСПУБЛИК зарю G 06 K 11 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 811302 (21) 3590228/18-24 (22) 21.03.83 (46) 15.09.84. Бюл. № 34 (72) Ю.В.Мартышевский, В.А.Кормилин и С .М.Áûêîâ (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (53) 681.327.12(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 811302, кл. С 06 К 11/00, 1978 (прототип) . (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕЧНЫХ СВЕТОВЫХ ОБЪЕКТОВ по авт. св. № 811302, о т л и

„SU. 22 А ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения в нем

I каждый иэ каналов формирования сигналов координат содержит вычислитель дисперсии ошибки рассогласования и цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход — к входу регистра, входы вычислителя дисперсии ошибки рассогласования подключены к выходам блока переключения режимов работы, а выход — к первому управляющему входу цифрового фильтра, второй управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока переключения режимов работы.

11

2. Устройство rrv п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вычислитель дисперсии ошибки рассогласования содержит счетчик, первый и второ формирователи импульсов и последовательно соединенные реверсивный счетчик, квадратор, сумматор, первый регистр сдвига, преобразователь кода и второй регистр сдвига, выход которого является выходом вычислителя дисперсии ошибки рассогласования, один .иэ входов реверсивного счетчика . является первым входом вычислителя ошибки рассогласования, другой вход реверсивного счетчика, соединенный с входами второго формирователя импульсов и счетчика, является вторым входом вычислителя дисперсии ошибки рассогласования, выходы первого и второго формирователей импульсов подключены соответственно к управляющим входам первого и второго регистров сдвига, выход .счетчика соединен с

13822 входом первого формирователя импульсов, выходы первого регистра сдвига подключены к соответствующим входам сумматора.

3. Устройство по п. t, о т л и— ч,а ю щ е е с я тем, что цифровой фильтр содержит инвертор кода и последовательно соединенные элемент ИЛИ, сумматор, регистр и регистр сдвига, выход которого является выходом цифрового фильтра, один из входов элемента ИЛИ является входом фильтра, один из входов регистра сдвига. является первым управляющим входом цифрового фильтра, вход регистре, соединенный с другим входом регистра сдвига, является вторым управляющим входом цифрового фильтра, выходы регистра подключены к соответ-. ствующим входам сумматора, выход регистра сдвига соединен с входом инвертора кода, выход которого подключен к другому входу элемента ИЛИ.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в оптической локации, телевизионных автоматах и системах астронавигации. 5

По основному авт. св. Ж 811302, известно устройство для определения координат .точечных световых объектов, содержащее диссектор, выход которого подключен к входу видеоусилителя, а управляющие входы — к выходам цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) каналов формирования сигналов координат Х и Y каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных ревер« 15 сивного счетчика и регистра, выход которого подключен к соответствующему ЦАП, а также общие для обоих каналов блок переключения режимов работы, триггер, блок формирования 26 видеосигналов, синхрогенератор и формирователь следящего крестообразного растра, выходы которого соединены с управляющими входами диссектора, причем выход усилителя-ограничителя подключен к входам тригтера и блока формирования видеосигналов, вьасоды которых .соединены соответственно, с первым и вторым входами блока пере ключения режимов работы, третий и четвертый входы которого подключены к одним из выходов синхрогенератора, другой выход которого подклю- чен к одному из входов формирователя следящего «рестообразного растра, .другой вход формирователя соединен с выходом блока формирования видеосигналов, а управляющие выходы блока переключения режимов работы подключены к соответствующим входам реверсивных счетчиков и регистров ка- налов формирования сигналов координат (11.

Однако известное устройство не обладает достаточно высокой точностью определения координат вследствие постоянства полосы пропускания контура автоматического управления без учета изменений интенсивности внешних воздействий.

Цель изобретения — повышение точности определения координат точечных световых объектов.

1113

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для определения координат точечных световых объектов, каждый из каналов формирования сигналов координат содержит вычислитель дисперсии ошибки рассогласования и цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход - к входу регистра, входы вычислителя дисперсии ошиб- 1О кн рассогласования подключены к выходам блока переключения режимов работы, а выход. — к первому управляющему входу цифрового фильтра, второй управляющий вход которого соединен 15 с соответствующим выходом блока переключения режимов работы. Кроме того, вычислитель дисперсии ошибки рассогласования содержит счетчик, первый и второй формирователи импульсов 20 и последовательно соединенные реверсивный счетчик, квадратор, сумматор, первый регистр сдвига, преобразователь кода и второй регистр сдвига, выход которого является выходом вы- 25 .числителя дисперсии ошибки рассогласования, один из входов реверсивного счетчика является первым входом вычислителя ошибки рассогласования, другой вход реверсивного счетчика, соединенный с входами второго формирователя импульсов и счетчика, является вторым входом вычислителя дисперсии ошибки рассогласования, выходы первого и второго формирователей импульсов подключены соответственно к управляющим входам первого и второго регистров сдвига, выход счетчика соединен с входом первого формирователя импульсов, выходы пер- 4> вого регистра сдвига подключены к соответствующим входам сумматора.

Цифровой фильтр содержит инвертор кода и последовательно соединенные <5 элемент ИЛИ, сумматор, регистр и регистр сдвига, выход которого является выходом цифрового фильтра, один . из входов элемента ИЛИ является входом фильтра, один из входов регист- 50 ра сдвига является первым управляющим входом цифрового фильтра, вход регистра, соединенный с другим входом регистра сдвига, является вторым управляющим входом цифрового фильтра,55 выход регистра подключены к соответI ствующим входам сумматора, выход регистра сдвига соединен с входом

822 4 инвертора кода, выход которого подключен к другому входу элемента ИЛИ.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для определения координат; на фиг. 2временная диаграмма сигналов, формируемых его блоками и узлами.

Устройство содержит диссектор 1., усилитель-ограничитель 2, триггер 3, блок 4 переключения режимов, ревер» сивный счетчик 5, регистр 6, блок 7 формирования видеосигналов, сянхрогенератор 8, ЦАП 9 и формирователь 10 следящего крестообразного растра,. вычислитель 11 дисперсии ошибки -рассогласования, цифровой фильтр 12, реверсивный счетчик 13, квадратор 14, сумматор 15, первый регистр 16 сдвига, преобразователь 17 кода, второй регистр 18 сдвига, счетчик 19, первый формирователь 20 импул сов, второй формирователь 21 импульсов, элемент ИЛИ 22, сумматор 23, регистр 24, регистр 25 сдвига, инвертор 26 кода.

В устройстве имеются два аналогичных канала формирования сигналов координат Х и У, каждый из которых состоит из реверсивного счетчика 5, регистра б, ЦАП 9, вычислителя 11 дисперсии ошибки и цифрового фильтра 12.

Устройство работает в двух режимах: режиме поиска по строкам и кадрам и рекиме определения координат.

В режиме поиска по строкам (фиг.2a) и кадрам (фиг. 28) формируются ступенчато-пилообразные напряжения для создания поискового растра. Это обеспечичается тем, что поступающие с синхрогенератора 8 импульсы через счет» чик 5, регистры 24, 25 и 6 (которые в этом режиме передают число, поступающее со счетчика) подаются на ЦАП 9.

ЦАП преобразует число в ток, отклоняющий апертуру диссектора по строкам и кадрам. Реверсирование счетчиков происходит при их переполнении. Вид поискового растра показан на фиг.2и °

При обнаружении модулированного светового объекта приходящий видеосигнал переводит триггер 3 в другое состояние и блок 4 переключения режи-. мов останавливает поисковую развертку. На диссекторе 1 выставляется следящий крестообразный растр, который формируется из импульсов, поступающих с синхрогенератора 8 (см. фиг. 2g) формирователем 10. Эпюра напряжения по одному каналу показана на фиг.2е.

1113822

При обнаружении искомого источника, а именно при опознавании видеосигнала (см. фиг. 21) по нескольким селективным признакам (частоте, фазе, амплитуде), блок 7 формирования видеосигнала выдает потенциал логической "1" (см. фиг. 21), переводящий устройство в режим определения координат. При этом на управляющие входы регистров 24, 25 и 6 поступает потенциал логического "0", и в регистре 6 запоминается число грубо определенной координаты в поиске.

Цифровой фильтр 12 включается в режим фильтрации координат, вычислитель 11 дисперсии вычисляет дисперсию ошибки рассогласования, а изображение точечного, модулированного светового объекта сканируется крестообразным растром (см. фиг. 2 ). Поступаюпр е с диссектора 1 импульсы видеосигнала, пронормированные усилителем 2, делятся триггером 3 на два и поступают в блок 4 переключения режимов.

В режиме. определения координат реверсирование счетчика 5 канала Х (канал Y работает аналогично) производится импульсами жестко свяэанЭ

30 ными с центром крестообразного растра. Таким образом, счетчик 5 слева от центра следящего крестообразного растра суммирует импульсы видеосигнала, а справа от центра следящего растра вычитает из числа ранее накоп- ленных импульсов число поступающих импульсов видеосигнала. Число, оставшееся в счетчике 5 после окончания сканирования по координатам, однозначно характеризует рассогласование

40 центра иэображения объекта на фотокатоде диссектора 1 и центра следящего крестообразного растра. Цифровой фильтр 12 (аналог однозвенного RSфильтра первого порядка) осуществляет .

45 фильтрацию кодов координаты. Код с выхода реверсивного счетчика 5 через элемент ИЛИ 22 поступает на сумматор 23, суммируется с кодом регистра 24, записывается в регистр 24 и переписывается в регистр 25 сдвига.

Регистр 25 сдвига предназначен для управления постоянной времени цифрового фильтра. Изменение постоянной времени фильтра осуществляется изме- 5 нением количества разрядов, на которое производится уменьшение (сдвиг) кода в регистре 25. Сдвиг кода управляется вычислителем 11 дисперсии ошибки и определяет на какую долю входного кода прирастает выходной код фильтра (на 1/2, 1/4, 1/8 и т .д .) за один шаг.

Код с выхода регистра 25 сдвига через инвертор 26 кода и эле- мент ИЛИ 22 суммируется в дополнительном коде в сумматоре 23 с содержимым регистра 24. В результате содержимое регистра 24 уменьшается на число, хранящееся в регистре 25.

Перепись кода йз регистра 25 в регистр 6 производится одновЬ менно по ,каналам Х и Y. Число в ЦАП 9 преобразуется в ток, который смещает центр крестообразного растра на фотокатоде диссектора 1 в сторону уменьшения рассогласования.

Вычислитель 11 дисперсии ошибки рассогласования выполняет функцию л мм

G„= — N . Е (аЪ )

Ь| где G — оценка дисперсии ошибки рассогласования канала Х;

N+1 — размер выборки, по которой вычисляется оценка дисперсии;

4 Х; — величина ошибки рассогласования в д-м периоде следящего растра.

Реверсивный счетчик 13 вычисляет в каждом периоде развертки следящего растра величину ь Х, которая поступает на квадратор 14. Квадратор 14 выполнен на программируемой логической матрице (ПЛИ), в которой заложены квадраты всех возможных комбинаций входного кода. Сумма квадратов ошибки рассогласования с помощью сумматора 15 накапливается в регистре 16 сдвига. Счетчик 18 считает количество периодов сканирования следящего растра и с окончанием И+1 периода счетчик запускает первый формирователь 20 импульсов, который формирует K=(log N) импульсов сдвига, поступающих на регистр 16. Величина N выбирается кратной степени числа два в связи с возможностью замены операции деления на N операций сдвига кода на 4о8 Н разрядов. Кроме этого, величина N должна отвечать требованиям теории статистических решений. В рассматриваемом случае N выбиралось большим 250. После сдвига кода в регистре 16 на его выходе получалась оценка дисперсии ошибки

7 11138 рассогласования, которая поступала на вход .преобразователя 17 кода. Преобразователь 17 выполнен на ПЛИ, в которую программируется следующий алгоритм преобразования: например, если входное число преобразовй еля 17 находится в пределах L<> 4, > ., где L L Бъ L1 — граничные значения интервалов, в которьк может нахов диться оценка дисперсии „, то на 10 выходе преобразователя появляется код 0101000......0. В случае, если

L1> 8„> I. то код может быть,„

01010100...0. Если имеем L1> <„> I., то на выходе преобразователя 17 - 15 код 01000000...0, и т.д. Следовательно, в связи с изменением величи,ны оценки дисперсии „ количество единиц в вькодном коде преобразователя 17 соответственно меняется. Код 20 с выхода преобразователя 17 записывается в регистр 18 перед окончанием каждого цикла сканирования следящего растра. По окончанию каждого периода сканирования запускается формиро- 25 ватель 21 импульсов, формирующий импульсы сдвига на регистр 18, количество которых равно количеству разрядов регистра 18. В результате на выходе последовательного кода регист-30 ра 18 формируется определенное количество импульсов, поступающих на управляющий вход регистра 25 и

22 8 сдвигающих код.в нем соответственно описанному1 т.е. осуществляется управление полосой пропускания контура автоматического управления.

Пример работы фильтра с двумя разными постоянными времени t и C показан на фиг. 2 к (пунктир изображает скачки координаты).

Известно, что дисперсия ошибки рассогласования, обусловленная внешними воздействиями, зависит от поло сы пропускания контура и интенсивности шчмов слепующим образом ф .ьб-К, где аР— полоса пропускания контура автоматического управления;

И вЂ” интенсивность шумовых воздействий.

Отсюда следует, что для сохране< ния постоянства дисперсии ошибки ю„ в случае изменения интенсивности N е необходимо управлять шириной полосы пропускания контура. Неучет изменений интенсивности М может приводить к значительным ошибкам при определении координат световьк точечньк объ-: ектов.

В идеальном случае при изменении

N выигрыш в точности определения координат может достигать 100Х.

Экспериментально получен выигрыш в точности 50-55Х в сравнении с базовым объектом (1) .

1113822

Составитель Т.Ничипорович

Редактор M.Êåëåìåø Техред И.Асталош . Корректор О.Луговая

Заказ 6621/41 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауиская наб ., д. 4/5

Филиал WII "Патент", г.уагород, ул.Проектная, 4