Устройство для определения положения основания транспортного средства относительно земной поверхности

 

Область использования: измерительная техника. Сущность изобретения: устройство содержит две пары датчиков неоднородности земной поверхности (1. 2), каждый из которых состоит из первого (3) и второго (4) Датчиков, три блока определения запаздывания (5, 6. 7), вычислитель угла наклона (8). вычислитель.скорости (9), два перемножителя (10, 19), вычитатель (11). два квадратора

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (56)5 G 01 С 7/04

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сти земной поверхности (1, 2), каждый из которых состоит из первого (3) и второго (4) датчиков. три блока определения запаздывания (5, 6, 7), вычислитель угла наклона (8), вычислитель, скорости (9), два перемножителя (10, 19), вычитатель (11). два квадратора (12, 22), два блока определения синуса (13, . 15), делитель (14), умножитель на два (16), задатчик величины угла (17), сумматор (18), задатчик величины расстояния, регистратор (21), блок определения косинуса (23). 1-5-813 — 12 — 11 — 10-14 — 18 — 21; 1 — 6 — 8-9-10; 17—

16 — 15 — 14 — 21; 17 — 23 — 22 — 11; 2-5 — 10;

2 — 7 — 9 — 21; 2 — 7 — 8 — 21; 2 — 6; 13 — 19-18; 20 — 19, 1 ил.

Q v п2 ill + 0 slfl Q

%У М 11т (21) 4935282/10 (22) 12.05.91 (46} 30.04.93. БюлМ 16 (72) Б.А,Бачурин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1362929, кл. G 01 С 7/04, 27,07,86, Авторское свидетельство СССР

1я l508095, кл. 6 01 С 7/04. 16.03.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЯ ОСНОВАНИЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

: (57) Область использования: измерительная техника. Сущность изобретения; устройство содержит две пары датчиков неоднородноИзобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, например, в геодезии, высокоточных навигационных системах, в том числе в системах для автоматического определения высоты.

Целью изобретения является повышеwe информативности за счет одновременного определения высоты плоскости основания транспортного средства над земной поверхностью и измерение скорости движения.

Для уясйения принципа работы предлагаемого устройства рассмотрим чертеж. Из параллельности осей чувствительности дат„., Я2,„, 1812425 А1 чиков неоднородности земной поверхности, принадлежащих к одной паре датчиков

1 и 2, следует подобие треугольников 00

ЛА101В1 и Л А202В2, При этом выполняется соотношение Ю ф, А2 В2 02 С2 02 N2 + 2 С2 или

Al B Dl Cl 01С1 (Л где 0 — известное расстояние между точками пересечения осей чувствительности;

1812425

h2 = h1 + Dsin a; (5) 02 — 01

72 sin 2 у

fcos у — f sin a—

2 г — tg y sin2 а = sin а

15,(7) где

02 — 01

t2 sin 2 у (8) (2) = h1

cos y — з(п а

lul (а,р

01 (5 =>a>0: а = arcsin(v9 ) (12) hj— (4) sin2y. h1,2 — искомая высота точки отсчета 01,2 над земной поверхностью; а- угол наклона основания к земной поверхности;

v †.скорость движения транспортного средства;

01,2- транспортнов запаздывание между одноименными (первыми, соответственно, вторыми) датчиками, принадлежащими к различным парам датчиков (01= t 2 — t 1

02 = t 2 t 1, здесь t l u t — моменты прохождения неоднородности земной поверхности . соответственйо через ось чувствительности первого и второго датчиков i-ой пары, i1,2). В то we время имеет место следующее выражение:

А1 В1 = 01 v = А1С1 + С1В1 =

= h1(tg (y — а) + tg (y+a) ) =

При выводе (2) использовались известные формулы

sin (х+у1

tgх+tg j=—

cos x cos y

cos (.y — а ) co s (y + a ) =

=соз у — sln2a.

В свою очередь, скорость транспортного средства может определяться традиционным корреляционно- экстремальным путем (1) по формуле (см.чертеж): тг cos (y а} 72 соз (y а) гг (cos а + tg y sin а ) (3) где Π— известное базовое направление второй пары датчиков, равное расстоянию между осями чувствительности датчиков; тг — интервал времени между моментами прохождения неоднородности земной

-йоверхности через оси чувствительности

: датчиков второй пары: t2 = t 2 — t 2

Решая совместно уравнения (1) — (3), находим: — "Ыи . +аа

cos2 y — sln2 à

Из формулы (6) можно получить уравнение для sin а

Возведя обе части уравнения (8) в квад25 рат, находим (1 + (f + tg y ) ) sin а— — (2 fcos2y(f+tgy) +1)х

t х з1пг a + f2 соз4 y = 0 (9) Исходя из физических соображений, угола является действительной величиной, отве35 чающей условию где а кр — предельно возможный угол наклона основания, который для реальных транспортных средств составляет несколько десятков градусов, Кроме того, знак угла а определяется

cooYHoweHMRMM между величинами транс45 портного запаздывания (см,чертеж):

01>0,=>а(О; . (11)

Условия (10) — (11) определяют единст-, венное решение уравнения (9), которое выбирается из множества решений

Здесь использованное обозначение является решением квадратного уравнения

1812425

Y +PY+q=0. (13) в котором

Ц (+тд у) 2+1

В (13) величина Y определяется выражением

Y- — — 4 р1 .(15)

Р

Анализ уравнений (3)-(5), (8), (12), (14) и (15) показывает, что, значения величины D,y и непрерывно измеряя, например, корреляционно-экстремальным путем 01, В2, rz npu физических условиях (10) — (11), можно однозначно определять угол наклона а, скорость ч, а также высоты h>, hg. Алгоритмы (3) — (5), (8), (10) — (12), (14), (15) являются основой принципа работы предлагаемого устройства.

На чертеже представлена структурная схема заявляемого устройства.

Устройство содержит первый 1 и второй

2 пары датчиков неоднородности земной поверхностй каждая,из которых включает первый 3 и второй 4 датчик неоднородности земной поверхности. Оси чувствительности всех датчиков расположены в вертикальнопродольной плоскости. При этом оси датчиков каждой пары параллельны и расположены на известном базовом направлении 0, а оси одноименных датчиков (двух первых 3 и двух вторых 4) пересекаются в точках 0< и Oz на уровне отсчета высоты транспортного средства. Расстояние между точками пересечения 0 02 равно известной величине О. Базовые направления первой 1 и второй 2 пары датчиков составляют с основанием углы, равные у, что обусловливает величину угла между осями чувствительности одноименных датчиков 2 у. Первые датчики 3 подключены к двум входам первого блока определения запаздывания 5, а вторые датчики 4 — к двум входам второго блока определения запаздывания

6. Кроме того, вторая пара датчиков 2 соединена с двумя входами третьего блока определения запаздывания 7, выход которого через вычислитель угла наклона 8, вычислитель скорости 9, первый перемножитель 10, третий вход которого через вычитатель 11 и первый квадратор 12 связан с выходом пер5

10 вого блока определения синуса 13, делитель

14, второй вход делителя которого через второй блок определения синуса 15 и умножитель на два 16 соединен с выходом задатчика величины угла 17, и сумматор 18, второй вход которого через второй перемножитель 19 связан с выходом эадатчика величины расстояния 20, подключен к входу регистратора 21, причем вход уменьшаемого вычитателя 1 t через второй квадратор 22 и блок определения косинуса 23 связан с выходом задатчика величины угла 17, Блоки определения запаздывания 5, 6 и

7 представляют собой корреляционно-экс15 тремальные блоки, содержащие корреляторы и регулируемые линии задержки (см., например, БЕЛОГЛАЗОВ И.Н., ТАРАСЕНКО В.П, Корреляционно-экстремальные системы, М.: Советское радио, 1974, с.12, 20 рис.1.5). Они могут быть реализованы в цифровом виде (см., например, патент США М

4509131, кл, G 01 P 3/42, 364/565, 1988.)

Согласно материалам прототипа, а также авт.св.N 1362929 по кл. G 01 С 7/04, 25 вычислители 8 и 9 могут быть реализованы на основе микропроцессоров, выполняющих операции по формулам (12), (14), (15) и (3).

В качестве регистратора 21 может при30 меняться дисплей, магнитограф, ЦПУ и т,п.

Заявляемое устройство работает следующим образом, При движении транспортного средства при прохождении одних и тех же неоднородностей земной поверхности

35 первым 3 и вторым 4 датчиками второй пары датчиков 2 в третьем блоке определения запаздывания 7 корреляционно-экстремальным путем формируется величина г2.

Одновременно по сигналам первых 3 и вто40 рых 4 датчиков в первом 5 и втором 6 блоках определения запаздывания находятся величины 01 и Ор. В вычислителе угла наклона

8, используя сигналы r2, 01 и О г и зная величину у, по формулам (8), (10)-(15) нахо45 дят текущее значение угла наклона а. Величина а поступает в регистратор 21 для фиксации и отображения, а также вычислитель скорости 9. где, зная тг, а, D и у, с помощью формулы (3) определяют текущее значение скорости ч транспортного средства. Полученный сигнал ч фиксируется регистратором 21. Сигнал угла наклона ас помощью первого блока определения синуса 13 и первого квадратора 12 также вычи55 тается в вычитателе 11 из сигнала сов у, 2 который образуется путем последовательного преобразования постоянного сигнала эадатчика величины угла 17 у в блоке определения косинуса 23 и втором квадраторе

1812425

22. Полученный выходной сигнал вычитателя 11 (cos y- sin а) перемножается в первом перемножителе 10 с сигналами О > и ч, после чего делится в делителе 14 на величину sin 2 у, которая получается из постоянного сигнала задатчика величины .угла 17 с помощью умножителя на два 16 и второго блока определения синуса 15. Сформированный согласно формуле (4) сигнал высоты

h> регистрируется в регистраторе 21 и складывается в сумматоре 18 с величиной

Оэй а, которая образуется иэ выходного сигнала sin аблока13путемегоумножения на постоянный сигнал О, задаваемый задатчиком величины расстояния 20. Таким образом, иа выходе сумматора 18, согласно формуле (5), формируется сигнал высоты Ьт, который фиксируется в регистраторе 21, Технико-экономическое преимущество заявляемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей за счет дополнительного определения высоты основания транспортного средства над земной поверхностью и изменения скорости движения.

Формула изобретения

Устройство для определения положения осноВзиия транспортного средства относительно земной поверхности, содержащее первую и вторую пары датчиков иеоднородйости земной поверхности, первый блок определения запаздывания, каждый из двух входов которого подключен к выходу первого датчика неоднородности соответствующей пары, второй блок определения запаздывания, каждый из двух входов которого подключен к выходу второго датчика сОответствующей пары, третий блок определения запаздывания, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам датчиков неоднородности второй пары, и вычислитель угла наклона, каждый из трех входов которого подключен к соответствующему блоку определения запаздывания, а выход соединен с первым входом регистратора, при чем оси чувствительности датчиков неоднородности расположены попарно параллельно друг другу в продольной плоскости, перпендикулярной плоскости основания транспортного средства, под углом у к нормали, к плоскости и с пересечением осей чувствительности соответствующих датчиков нео днородности другой пары в двух точках, 5 расположенных на расстоянии О друг от друга, отличаю щеесятем,что,сцелью повышения информативности эа счет одновременного определения высоты плоскости

Основания транспортного средства над эем10 ной поверхностью и скорости движения, оно снабжено двумя блоками определения синуса, двумя квадраторами, двумя перемножителями, умножителем на два, блоком определения косинуса, сумматором, де15 лителем, вычитателем, задатчиком величины угла (у ), задатчиком величины расстояния О и вычислителем скорости, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам третьего бло20 ка определения запаздывания и вычислителя угла наклона, а выход .соединен с вторым входом регистратора и с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого

25 блока определения запаздывания, третий вход соединен с выходом вычитателя, а выход подсоединен к соответствующему входу делителя, другой вход которого подключен к выходу первого блока определения сину30 са, а выход соединен с третьим входом регистратора и через сумматор — с четвертым входом регистратора, другой вход сумматора соединен с выходом второго умножителя, два входа которого соединены соответст35 веиио с выходами задатчика величины расстояния О и второго блока определения синуса, подключенного входом к выходу вычислителя угла наклона и соединенного через первый квадратор с соответствующим

40 входом вычитателя, другой вход которого подключен через последовательно соединенные блок определения косинуса и второй квадратор к выходу задатчика величины угла ), подключенного также через умно45 житель на два ко входу первого блока определения синуса; при этом точки пересечения осей чувствительности соответствующих датчиков неоднородности совмещены с плоскостью основания

50 транспортного средства, 1812425

Составитель Б.Бачурин

Техред M.Моргентал Корректор H. Король

Редактор

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

Заказ 1570 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5