Способ измерения дальности и скорости

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и дальнодействия измерения дальности и скорости. Цель достигается путем повышения частот fi и f2 излучаемого сигнала до соблюдения условия узкополосности сигнала и большого затухания отраженных сигналов, формирование сигнала разностной частоты - путем вычитания из исходных частот fi и fz частоты f0. Частота fo выбирается из условия , . Формируют сигнал et)ot|/sln OQ t. Из исходных частот вычитают частоту fo, что производят путем интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующих положительным значениям сигнала Uo, а также интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующим отрицательным значениям сигнала Uo. Суммируют результаты двух интегрирований с изменением знака на противоположный у одного из них, поступал сигнал разностной частоты, в котором непрерывно отслеживают границу раздела частот и формируют текущие коды дальности и скорости в соответствии с задержкой границы раздела частот в сигнале разностной частоты и скоростью изменения этой задержки. 1 ил. (Л С

CQK) СОРГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 06 К 11/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOI 1У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4904328/22 (22) 10.10.90 (46) 15.11,92. Бюл. ¹ 42 (71) Институт теплофизики СО АН СССР (72) Э. К. Скворцов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1042047, кл. G 06 К 11/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1171821, кл, G 06 К 11/06, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ И

СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, Цель изобретения — повышение точности и дальнодействия измерения дальности и скорости, Цель достигается путем повышения частот f< и f2 излучаемого сигнала до соблюдения условия узкополосности сигнала и большого затухания отраженных сигналов, формирование сигнала разностной частоты — путем вычитания из

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения координат, навигации и связи, в частности, с излучением ультразвуковых сигналов, Известен способ измерения дальности путем излучения одночастного пакета импульсов, например ультразвуковых сигналов, приема и усиления сигнала, прошедшего через среду формирования огибающей пакета импульсов и вычисления дальности по временной задержки фронта огибающей.

При распространении ультразвуковых сигналов в газовой среде, например в воздухе, этот способ ограничен по точности иэза большого поглощения ультразвука в. Ж „ 1775726 А1 исходных частот f) и fg частоты fp, Частота

f0 выбирается из условия 10<11, fp

Up, а также интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующим отрицательным значениям сигнала Up.

Суммируют результаты двух интегрирований с изменением знака на противоположный у одного из них, поступал сигнал разностной частоты, в котором непрерывно отслеживают границу раздела частот и формируют текущие коды дальности и скорости в соответствии с задержкой границы раздела частот в сигнале раэностной частоты и скоростью изменения этой задержки. 1 ил. и газах, которое растет пропорционально квадрату частоту сигнала. Положение огибающей может быть определено, как показывает практика, с точностью одной-двух длин волн сигнала, соответствующего излучаемо- ЬЭ му пакету импульсов, что делает ошибку по- О рядка 5-10 мм при приемлемых частотах излучения около 30-70 кГц. Дальнейшее повышение частоты резко увеличивает трудности получения удовлетворительного отношения сигнал/шум, что, в свою очередь, ухудшает точность измерения, Известен способ измерения дальности и скорости объекта, реализованный в устройстве для считывания графической информации, . утем излучения двухчастотного ультразвукового сигнала, приема и усиле1775726

15

30

50 ния сигнала, прошедшего через газовую среду, и определения временной задержки границы раздела частот в принятом сигнале, пропорциональйой измеряемой дальности, путем отслеживания этой задержки за счет двойного интегрирования знака рассогласования между действительной задержкой и ее вычисленным значением в текущий момент. Этот способ позволяет определять дальность с точностью порядка

0,1-0,5 мм при измерениях в воздухе на расстояниях 0,5-2 м в процессе движения объекта и мгновенную скорость объекта, интеграл от которой соответствует дальности. Однако этот способ также ограничен по точности и дальнодействию из-за большого поглощения ультразвука в газах, так как при частотах порядка 200-500 кГц и расстоянии между излучателем и приемником более 1 м сигнал, прошедший, например, через воздух, оказывается настолько ослабленным, что известные способы его усиления и обработки не позволяет получить достаточное отношение сигнал-шум. С другой стороны, при использовании в прототипе частот излучения ультразвука порядка

40-60 кГц точность измерения дальности и скорости снижается из-за интерференции прямых и отраженных сигналов и других акустических помех, Целью способа является повышение точности и дальнодействия измерения дальности и скорости обьекта. Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения, включающем излучение сигнала, например, ультразвукового, в виде пакета импульсов с частотами f< и fz, приема и усиления сигнала, прошедшего через среду, непрерывного отслеживания временной задержки границы раздела частот в сигнале и формирования текущих кодов скорости и дальности по временной задержке сигнала, повышают частоты излучаемого сигнала f> и

fz, до соблюдения условия узкополосности сигнала, т.е. ((f>-fz)(/f

IsInN fl

fz для получения сигнала 00=

sin и f где во = 2 л4, который используют для вычитания третьей частоты fo иэ исходных частот

fi и fz, что производят путем интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующих положительным значениям сигнала Uo, а также интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующих отрицательным значениям сигнала 0О, причем суммируют результаты двух интегрирований с иэмеьением знака на противоположный у одного из них, получая таким образом сигнал раэкостной частоты, в котором непрерывно отслеживают границу раздела частот, причем синхронизируют сигнал 00 относительно границы раздела частот в сигкале раэностной частоты и формируют текущие коды дальности и скорости в соответствии с задержкой границы раздела частот в сигнале разностной частоты и скоростью изменения этой задержки.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что вначале повышают частоту излучаемого сигнала, до большого затухания отраженных сигналов и соблюдения условия узкополосности, затем получают сигнал разностной частоты путем вычитания иэ частот т1 и 1 принимаемого сигнала третьей частоты fo, меньшей f< и fz. Причем формирование сигнала рээностной частоты производят путем интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующих положительным значениям сигнала с частотой fo, а также интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующих отрицательным значениям сигнала с частотой fo, суммирования результатов двух интегрирований с изменением знака на противоположный у.одного иэ них.

В сигнале разностной частоты непрерывно отслеживают границу раздела частот f<-fo u

fz-fo относительной которой синхронизируют сигнал с частотой 1,, Текущие коды дальности и скорости формируют в соответствии с задержкой границы раздела частот в сигнале раэностной частоты и скоростью изменения этой задержки.

Таким образом, заявленный способ соответствует критерию изобретения "новизна".

На чертеже показана одна из возможных структурных схем устройства, иллюстрирующая предлагаемый способ.

Устройство содержит блок управления 1, подключенный к нему излучатель сигнала 2 (например, электроакустический преобразователь), последовательно включенные приемник сигнала 3 (электроакустический преобразователь), усилитель 4 высокочастотного сигнала, преобразователь 5 частоты, усилитель 6 низкочастотного сигнала, компаратор 7, дискриминатор 8 границы раздела частот, интегратор 9 скорости, интэгратор 10 дальности. Другие выходы блока управления соединены с соответствующими входами дискриминэтора и интеграторов, второй вход преобразователя частоты подключен к

1775726 промежуточному выходу интегратора 10, а третий вход дискриминатора — к выходу переполнения интегратора 10дальности, подключенного также в блоку 8.

Предлагаемый способ измерения дальности и скорости реализован следующим образом, С помощью блока управления формируют пакет импульсов с частотной манипуляцией внутри пакета; например, в первой части пакета импульс с частотой f1, во второй — с частотой fz, причем fr

Поскольку частоты излучаемого сигнала выбиГэют в относительно узкой полосе, т.е. с учетом условия (f>-fz)l/11(2)< 0,1, принятый высокочастотный сигнал усиливают с помощью резонансного усилителя 4, позволяющего получить малые искажения принятого сигнала и удовлетворительное отношение сигнал/шум. Уэкополостность излучаемого сигнала позволяет также использовать резонансные свойства излучателя и приемника для повышения эффективности приема сигнала, Принятый и усиленный высокочастотный сигнал преобразуют по частоте с помощью преобразователя 5, Процесс преобразования заключается в формировании сигнала с разностными частотами

F1=f1 fo и F2=f2-fp путем интегрирования высокочастотного сигнала в интервалах времени, соответствующих положительным значениям сигнала Up= sin tl/slï t, где жо =2 K fp, fp

Таким образом, в результате указанных операций на выходе преобразователя частоты получают сигнал в виде радиоимпульса с частотной манипуляцией. Частоты внутри пакета будут ниже излучаемых на частоту fp, но разность между двумя частотами сохранится, Например, если излучают сигнал с частотами 153 и 143 кГц (при этом соблюдают условия узкополостности сигнала (153143/153=10/153< 0,1), а вычитают частоту

f-113 кГц, то получают после преобразования частоты.

Г1=153-113=40 к Гц

Fz-143-113=30 к ц

Этот пример иллюстрирует главное преимущество предлагаемого способа: для излучения используют удобный узкополосный сигнал, из которого, после преобраэо5

20

25 укаэанным образом принятого сигнала и

50 вания, получают широкополосный сигнал низкой частоты также удобный для дальнейшей обработки, в частности, для надежного различения границы раздела частот. Повышение частот излучения вчетверо, по сравнению с прототипом, позволяет ослабить акустические помехи — отраженные сигналы, примерно, в 16 раз. При таком преобразовании фаза преобразованного сигнала будет зависеть как от фазы принятого сигнала с частотой f1(fz), так и от фазы сигнала с частотой fp.

Важным является условие, чтобы при изменении дальности в преобразованном сигнале-радиоимпульсе с частотами Г и Г скорости изменения задержек отдельных импульсов в радиоимпульсе были равны между собой и равны скорости изменения задержки огибающей радиоимпульса. Это условие позволяет выполнить предлагаемая в способе операция-синхронизация сигнала

Up относительно непрерывно отслеживаемой границы раздела частот F> и Fz в сигнале, получаемом после интегрирования усиления результата интегрирования. Конкретно эту синхронизацию предлагается выполнять следующим образом: брать сигнал с промежуточного выхода интегратора дальности, выполненного в виде динамического двоичного счетчика, При этом не требуется дополнительный формирователь для сигнала Up, поступающего по указанной на чертеже связи между блоками 10 и 5.

Вместе с преобразованием узкополосного сигнала в широкополосный этот метод получения сигнала 00, необходимого для такого преобразования, с сохранением точной информации о дальности и скорости составляют главные особенности предлагаемого способа — неочевидные и полезные.

Усилитель 6 производит усиление низкочастотного сигнала в полосе, содержащей чаcToTbl F1 и F2, а компаргтор 7 формирует из усиленного синусоидал ьного сигнала двоичный сигнал с фронтами и срезами, соответствующими по времени моментам перехода синусоиды через нуль.

Дискриминатор 0, запускаемый импульсом переполнения интегратора 10, на выходе формирует сигнал, соответствующий

"+1", если граница раздела частот F1 и F2 в низкочастотном сигнале имеет задержку больше величины, когда этой задержки в интеграторе 10 дальности, и соответствующий "-1", если граница частот имеет эадержку меньше величины кода задержки, Эти приращения "+1" и "-1" непрерывно дважды интегрируются с помощью интегратора 9 скорости и интегратора 10 дальности, явля1775726 ющихся динамическими счетчиками с периодами, равными периоду излучения пакетов импульсов, В результате такого интегрирования в интеграторе 9 оказывается код скорости, а в интеграторе 10 — код дальности (с точностью до постоянной величины) при из менении расстояния от излучателя до приемника.

Таким образом, использование предлагаемого способа измерения дальности и скорости позволяет повысить точность и дальнодействие измерительной системы, поскольку при этом в значительной большей степени используются резонансные свойства излучателя и приемника сигнала и облегчается фильтрация сигнала, а также это дает возможность излучать сигнал на значительно более высоких частотах, что позволяет резко снизить влияние на точность отраженных сигналов и прочих акустических помех. Ранее, в известных способах было принято, что для повышения дальнодействия ультразвуковой измерительной системы следует понизить частоту получаемого сигнала, а это приводит неизбежно к снижению точности измерения. В заявленном же способе, напротив, для повышения дальнодействия предлагается повышать частоту излучаемого сигнала, что дает одновременно выигрыш и по точности, и по дальнодействию.

Предлагаемый способ использован при разработке измерительной системы для контроля формы параболических антенн спутников связи в четырехканальной ультразвуковойй системе для измерения пространственных координат. Функционирование этой системы подтверждает преимущество пред лагаемого способа перед известными по точности и дальнодействию.

Формула изобретения

Способ измерения дальности и скоро сти путем излучения сигнала в виде пакетов импульсов с частотами f> и f2, приема и

5 усиления сигнала, прошедшего через среду, непрерывного отслеживания временной задержки границы раздела частот в сигнале и формирования текущих кодов скорости и дальности по временной задержке сигнала, 10 отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения дальности и скорости, повышают частоты излучаемого . сигнала 11 и 62 до соблюдения условия уэкополостности сигнала J(i)-12)}/f>(z)< 0,1 и боль15 шего затухания отраженных сигналов, выбирают третью частоту так, чтобы было fp< f1, fp< fg для получения сигнала

}sin t}

Ul» —, где оы = 2 тт1,, который

sin t

20 используют для вычитания третьей частоты

fp из исходных частот f> и fz, что производят путем интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующих положительным значениям сигнала Up, а так25 же интегрирования принятого сигнала в интервалах времени, соответствующих отрицательным значениям сигнала Up, причем суммируют результаты двух интегрирований с изменением знака на противоположЗ0 ный у одного иэ них, получая таким образом сигнал разностной частоты, в котором непрерывно отслеживают границу раздела частот, причем синхронизируют сигнал Up относительно границы раздела частот в сиг35 нале разностной частоты и формируют текущие коды дальности и скорости в соответствии с задержкой границы раздела частот в сигнале разностной частоты и скоростью изменения этой задержки, 40

1775726

Составитель А. Зарубин

Техред М.Моргентал Корректор H. Слободяник

Редактор

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

Заказ 4035 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская на6„4/5

Способ измерения дальности и скорости Способ измерения дальности и скорости Способ измерения дальности и скорости Способ измерения дальности и скорости Способ измерения дальности и скорости 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области автоматики , в частности к планшету для устройства считывания графической информации

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве внешнего устройства ЭВМ для автоматизированного ввода графической информации

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для ввода служебной информации

Изобретение относится к автоматике , а частности к устройству для считывания графической информации, и может быть использовано для кодирования и ввода координат точек графического изображения

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при вводе координат точек в ЭВМ

Изобретение относится к автоматике, в частности к способу считывания графической информации

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к системам идентификации пользователей персонального компьютера по клавиатурному почерку

Изобретение относится к приему и манипулированию информацией об электронных чернилах

Изобретение относится к области машинной графики, в частности к области оперативного отображения на электронных или электронно-оптических средствах графической информации, управление которой осуществляется оператором при помощи сенсорных устройств ввода

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам для считывания графической информации, и может быть использовано в качестве внешнего устройства ЭВМ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для ввода графической информации в электронные вычислительные машины

Изобретение относится к технике управления считыванием и отображением информации на автоматизированном рабочем месте оператора

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах, кодирующих графическую информацию

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в системах графической информации

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания графической информации

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания графической информации
Наверх