Устройство для измерения параметров движения объекта

 

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров движения и может быть использовано в системах наземной навигации для определения координат подвижных объектов. Целью изобретения является повышение точности измерения и быстродействия устройства. В устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее два информационно-измерительных канала, подключенных к входам двухканального коррелятора, и блок определения параметров движения, введена в каждый информационно-измерительный канал матрица М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению, которая используется для компенсации колебаний объекта относительно поперечной оси. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

C0LIHAËÈÑÒÈ×ÅÑHÈХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С О1 Р 3!68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t (21) 4364374/24-10 (22) 01.12,87 (46) 30.09.89, Бюл. 1(36 (?2) В.N.Êàìüïïíûé, В.И,Кинщак и А,В.Нестеров (53) 531 .767(088.8) (56) Белоглазов И.Н. и др. Коррепяционно-экстремальные системы. М.:

Советское радио, 1974, с. 15. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров движения и может быть использовано в системах наземной наИзобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров движения и может быть использовано, в частности, в системах наземной навигации для определения координат подвижных объектов.

Цель изобретения — повьппение точности измерения и быстродействия устройства.

На фиг. 1-7 пр едставлены,блок-схемы устройства и его узлов; ва фиг.8— анализирующая оптическая маска„ инвариантная к вращению, в виде кольцевой маски.

Устройство содержит (фиг. 1) объектив 1, преобразователь 2, светофильтр 3, транспарант 4, мультипликатор 5, матрицу 6 анализирующих оптических масок, матрицу 7 канальных линз и матрицу 8 канальных фотоде2 вигации для определения координат подвижных объектов. Целью изобретения является повьппение точности измерения и быстродействия устройства.

В устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее два информационно-измерительных канала, подключенных к входам двухканального коррелятора и блок определения

> параметров движения, введена в каждый информационно-измерительный канал матрица М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению, которая используется для компенсации колебаний объекта относительно поперечной оси. 1 з,п, ф-лы, 8 ил. текторов, двухкоординатный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь

11, светофильтр 12, транспарант 13, мультипликатор 14, матрицу 15 анализирующих оптических масок, матрицу

16 канальных линз, матрицу 17 канальных фотодетекторов, блок 18 управления, коррелятор 19 и блок 20 определения параметров движения, на который поступает сигнал 21.

Коррелятор 19 (фиг. 2) содержит первую 22 и вторую 23 линейки электронных ключей, блок 24 памяти, блок

25 вычисления корреляционной функции, схему 26 сравнения.

Блок 20 определения параметров движения объекта (фиг. 3) содержит блок 27 программных переключений (БПП), триггер 28, генератор 29 тактовых импульсов (ГТИ), элемент И

3 1511692

30, блок 31 определения пути и линейной скорости (БОПЛС), блок 32 определения угловой скорости, блок 33 определения скорости (3 .

Блок 27 программных переключений (фиг. 4) содержит триггеры 34-37, элементы И 38, 39, элемент ИЛИ 40, усилители 41 и 42, элементы 43 и 44 задержки. 10

Блок 31 определения пути и линейной скорости (фиг. 5)содержит элемент 45, 46 задержки, счетчики 47, 48, и блок 49 деления, Блок 32 определения угловой ско- 15 рости (фиг. 6) содержит элемент И-НЕ

50, элементы И 51, 52, преобразователи 53, 54 аналог — код, счетчики

55, 56, элемент 57 задержки, блок 58 вычисления. 20

Блок 33 опрецеления скорости ы (фиг. 7) содержит первую 59, вторую

60 линейки электронных ключей, блок

61 памяти, блок 62 вычисления И аналог-цифровой преобразователь 63.

Оптические входы объектива 1 и двухкоординатного дефлектора 9 являются первым и вторым входами устройства соответственно, Выходы блоков

31 и 32 являются первым и вторым вы" ходами устройства, Двухкоординатный дефлектор 9 предназначен для сканирования визирной осью объектива 10 по двум взаимно перпендикулярн; . направлениям — 17о горизонтали и пс, вертикали.

Преобразователи 2 и 11 вместе со светофильтрами 3 и 12 соответственно позволяют осуществлять переход от одного диапазона на световых волн к . 40 другому, напРимер . от инфракрасного к видимому.

Блок 18 управления предназначен гЭ для управления двухкоординатным дефлектором путем подачи управляющих напряжений разной частоты на его управляющие входы, Мультипликаторы 5, 14 размножают

«50 входное иэображение, создавая в выходной плоскости N+N идентичных непересекающихся изображений, совпадающих с исходными с точностью до масштабного преобразования.

Матрицы 6, 15 анализирующих оптических масок, на каждой из которых записана одна из анализирующих функций Q (х,у), предназначены для выполнения операпий умножения на функ1 ции („ i { х ) v ) е

Коррелятор 19 предназначен для вычисления корреляционной функции с первого и второго объективов и выдачи сигнала совпадения на вход блока

20 определения параметров движения объекта, если значение корреляционной функции равно или меньше порогового значения.

Блок 20 определения параметров движения объекта предназначен для определения пути, линейной скорости и относительной угловой скорости движения объекта, I

Устройство работает следующим образом.

В момент начала движения на информационный вход блока 20 определения параметров движения поступает сигнал 21 — команда на измерение скорости. С третьего выхода блока 27 поступает команда на включение блока

18„ а с первого выхода блока 27 команда на открытие электронных ключей 22 и 59. Одновременно на четвертом выходе блока 27 появляется импульс, который переводит триггер 28 в единичное состояние„ При этом импульсы с генератора 29 через элемент

И 30 начинают поступать в блок 31.

Первый по ходу движения комплект приборов используется,цля фиксации эталонного изображения. Ось объектива первого информационно-измерительного канала положения в пространстве не изменяет. Световой поток, промо" дулированный входным изображением на транспаранте 4, поступает на мультипликатор 5, с выхода которого мультиплицированные изображения проектируются на матрицу 6, содержащую

N+N анализирующих оптических масок, на каждой нз которых записана одна из анализирующих функций. Световое распределение на выходе каждой маски интегрируется матрицей 7 канальных линз и регистрируется матрицей

8 канальных фотодетекторов.

Зафиксированные величины с М выходов группы 1 выходов 1 матрицы 8 через открытые электронные ключи 22 поступают на М входов блока 24 памяти, с выхода которого поступают на

М первых входов блока 25 вычисления корреляционной функции, а с N выходов группы 2 выходов матрицы 8 через

5 151 открытые электронные ключи 59 поступают на И входов блока 61 памяти, с выхода которого поступают на N первых входов блока 62 вычисления у, Далее по командам с выходов блока 27 закрываются электронные ключи 22 и 59 и открываются электронные ключи 23. При этом на M вторые входы коррелятора

19 с M выходов группы 1 выходов матрицы 17 канальных фотодетекторов поступает проанализированное оптическими масками 15 иэображение от второго по ходу движения объектива.

Визирная ось этого объектива изменяет свое положение в пространстве в двух взаимно перпендикулярных направлениях за счет работы двухкоординатного дефлектора 9, управляемого напряжениями с первого и второго выходов блока 18, причем сканирование визирной осью по вертикали осуществляется с частотой, в несколько раз большей, чем частота сканирования визирной осью по горизонтали. Сканирование визирной осью объектива необходимо в связи с тем, что объект испытывает бортовую качку и поворачивается в соответствии с дорожными условиями, это приводит к изменению ракурса изображения. Объект также совершает колебания относительно поперечной оси, это приводит к вращению изображения в поле апертуры объектива, что значительно ухудшает точность работы устройства. Для компенсации влияния этих колебаний спектральное разложение изображений проводят с помощью М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению.

Проанализированное матрицей анализирующих оптических масок 15 изображение с И выходов группы 1 выходов второго информационно-измерительного канала через открытые электронные ключи 23 поступает на М вторые входы блока 25 вычисления корреляционной функции, в котором происходит вычисление корреляционной функции двух множеств, состоящих из К величин, полученных при спектральном разложении изображений с первого и второго информационно-измерительных каналов.

Вычисленное значение корреляционной функции поступает в схему 26 сравнения с пороговым значением. Если вычисленное значение равно или меньше порогового значения, то во входную

1692 6

55 апертуру второго объектива попало иэображение, зафиксированное в блоках

24, 61 памяти. Со схемы 26 сравнения подается сигнал на вход установки в нуль триггера 28, на второй вход блока 31 и на открытие электронных ключей 60. Триггер 28 перебрасывается и, тем самым, прекращается поступление импульсов с генератора 29 в блок 31. Одновременно по сигналу с инверсного выхода триггера 28 блок

32 фиксирует нагряжения с выходов блока 18, Через открытые электронные ключи 60 коэффициенты спектрального

1 разложения с Е выходов группы 2 выходов второго информационно-измерительного канала поступают на N вторые входы блока 62 вычисления Я .

Количество импульсов, поступивших в блок 31, пропорционально линейной скорости объекта. Зафиксированные напряжения с выходов блока 18 пропорциональны повороту объекта относительно вертикальной оси и углу наклона объекта относительно продольной оси. Значение угла поворота объекта относительно поперечной .оси вычисляется в блоке 33. Из этой информации в блоке 32 определения угловой скорости вычисляется относительная угловая скорость объекта, Выбирая соответствующие светофильтры 3, 12 и .транспаранты 4, 13, можно регистрировать изображения в широком диапазоне видимого и инфракрасного спектра, т.е. измерительное устройство может работать при любом освещении и разных метеорологических условиях.

Блок 27 программных переключений может быть реализован следующим образом, Информационным сигналом для блока

27 программных переключений является команда 21 оператора — "Пуск".

По команде 21 "Пуск" на вход установки в единицу триггера 34 подается релейный сигнал, который переводит триггер 34 в единичное состояние и поступает на вход элемента ИЛИ 40, Сигнал с элемента ИЛИ 40 устанавливает триггер 36 в единичное состояние, сигнал с прямого выхода которого поступает на блок 18, на вход установки в единичное состояние триггера 28 и через элемент И 39, усилитель 41 открывает электронные ключи

22, 59. Сигнал с элемента И 39 также

1511692 запускает элемент 44 задержки, кото= рый настраивается на время записи в блоки 24, 61 памяти величин разложения входного изображения. По истечении времени записи элемент 44 задержки выдает сигнал на единичный вход триггера 37, который закрывает элемент И 39 и тем самьм обесточивает усилитель 41 и закрывает электронные

1Q ючи 22, 59, H прямои Bblxop которого через усилитель 52 открывает электронные ключи 23.

В результате корреляционного сравнения сигнал со схемы 26 сравнения поступает на единичный вход триггера 35 и переводит его в единичное состояйие. Сигнал с прямого выхода триггера 35 поступает на входы установки в нуль триггеров 36, 37 и íà 211 элемент 43 задержки. При этом триггер

36 переходит в нулевое состояние и снимает сигнал с единичного входа триггера 28, триггер 37 переходит в нулевое состояние, последний через усилитель 42 закрывает электронные ключи 23. Злемент 43 задержки настраивается на время, достато ное для .переключения триггеров 36, 37,. По истечении времени задержки элемент 43 39 задержки выдает сигнал на перевод триггера 35 г нулевое состояние и сигнал на элемент И 38, по сигналу с которого на . ается новый цикл работы устройства, 35

Блок 32 работает следующим образом.

Напряжение с первого и второго выходов блока 18 управления„ пропорциональные угловым скоростям объекта по вертикальной (С0,) и продольной ((2g) осям, поступают на входы преобразователей 53, 54 аналог — код, После преобразования импульсы, пропорциональные угловым скоростям, через открытые элементы И 51, 52 поступают на счетчики 55, 56. Злементы И 51, 52 открыты за счет сигнала, который поступает с выхода элемента И--НЕ 50, 5v вход которого связан с инверсным выходом триггера 28. По сигналу с инверсного выхода триггера 28 информация из счетчиков 55, 56 поступает в блок 58 вычисления, в который также поступает значение угловой скорости объекта относительно поперечной оси (ц ) из блока 33. Блок 58 вычисляеч относительную угловую скорость по формуле

Сигнал с инверсного выхода триггера

28 также поступает на элемент 57 задержки. Время задержки выбирается необходимым для вычисления блоком 58 угловой скорости(Д. По истечении времени задержки сигнал с выхода элемента 57 задержки приводит в нулевое состояние счетчики 55, 56, в исходное состояние блок 58, и блок 32 определения угловой скорости готов к новому циклу вычислений.

Блок 3! определения пути и линейной скорости работает следующим образом.

С выхода элемента И 30 импульсы от генератора 29 тактовых импульсов поступают на вход записи счетчика 48.

В результате корреляционноro сравнения в корреляторе 19 сигнал со схемы

26 поступает на вход записи счетчика

47. В счетчике 47 записывается импульс, соответствующий пройденному пути, равному 1 м, так как пройденный путь S можно определить как Я=

=N И, где N — количество импульсов, Б — шаг. В устройстве шаг $ выбирается из условия Q Б=I.— 1 м, где L расстояние между объективами устройства. Сигнал со схемы 26 через элемент 45 задержки, настроенный на время, необходимое для срабатывания триггера 28, поступает на входы считывания счетчиков 47, 48. При этом с выхода счетчика.47 снимается информация о пройденном пути S, а с выхода счетчика 48 — информация о времени прохождения объектом расстояния равного S=l м, выражаемого ,через число импульсов и. Так как

Т=п/Е и V--S/Т=f/и, где Т вЂ . время;

К " частота ГТИ, то количество импульсов п со счетчика 48 поступает на блок 49 деления Я на и и на выходе блока 49 имеем информацию о линейной скорости объекта 7 . Сигнал с вы— хода элемента 45 задержки также поступает на элемент 46 задержки, настроенный на время, необходимое для . вычисления скорости V и по истечении которого сигнал с элемента 46 задержки обнуляет счетчик 48.

Ф о р м у л а изобретения

1. Устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее

15116 два информационно-измерительных канала, коррелятор и блок определения параметров движения, первый информационно-измерительный канал состоит

5 из последовательно установленных на одной оптической оси объектива, преобразователя оптического изображения, светофильтра, транспаранта, мультипликатора, матрицы N анализиру- 1ц ющих оптических масок, матрицы И канальных линз, матрицы N канальных фотодетекторов, второй информационно-измерительный канал состоит из блока управления и последовательно установленных на одной оптической оси двухкоординатного дефлектора, .объектива преобразователя оптического изображения, светофильтра, транспаранта, мультипликатора, матрицы N 20 анализирующих оптических масок, матрицы N .канальных линз, матрицы И канальных фотодетекторов, блок определения параметров движения выполнен из блока программных переключений, 25 первый вЫход которого соединен с первым входом триггера, прямой выход которого и выход генератора тактовых импульсов соединены с входами элемента И, выход которого подключен к пер- 3() вому входу блока определения пути и линейной скорости, инверсный выход триггера подключен к первому входу блока определения угловой скорости, три других выхода блока программных переключений соединены с тремя выходами блока определения параметров движения, два входа которых соединены с двумя входами блока определения угловой скорости, а третий вход сое- 4g динен с входами блока программных переключений, вторым входом триггера и вторым входом блока определения пути и линейной скорости, первый и второй выходы блока управления соеди- 45 иены с первым и вторым входами двухкоординатного дефлектора и с первым

92 1О и вторым входами блока определения параметров движения соответственно, выход коррелятора соединен с третьим входом блока определения параметров движения, первый ч второй выходы которого соединены- с первым и вторым выходами коррелятора, третий выход блока определения параметров движения соединен с входом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, в него введены в каждый информационно-измерительный канал матрица N анализирующих оптичес- . ких масок, инвариантных к вращению, матрица М канальных линз, матрица М канальных фотодетекторов, входы матриц И анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению, оптически соединены с выходами соответствующих мультипликаторов, выходы матрицы И канальных фотодетекторов соединены соответственна с первой и второй группами входов коррелятора, выходы матриц N канальных фотодетекторов первого и второго информационно-измерительного каналов соединены соответственно с первой и второй групной информационных входов блока определения параметров движения.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в блок определения параметров движения объекта введен блок определения скорости объекта относительно поперечной оси, первая и вторая группа входов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первой и второй группами информационных входов, с третьим входом блока оатределения параметров движеп и с первым выходом блока праграклных переключений, а вьжод блока определения скорости объекта относительно поперечной оси подключен к четвертому входу блока определения угловой скорости.

)511692

i 51l 692

Составитель А.Лнсицин

Фиг.а

Редактор M.Êåëåìeø Техред N,äHä„ù Корректор Н. Король

Заказ 5898/49 Тираж 78 9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, москва, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101