Устройство для определения координат подвижного объекта

 

Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах для определения координат подвижного объекта при наземной крупномасштабной съемке в геодезии, при контрольно-разметочных работах в судо- и авиастроении, планировочных работ в строительстве, а также для управления движением объекта по заданной траектории. Сущность изобретения: устройство содержит в исходном пункте передающий блок лазерного излучения и две приемные системы на определяемом объекте. При этом вторая приемная система содержит последовательно расположенные светосборник 1, фильтр 2, поляризатор-анализатор 3, диафрагму 4, фотоприемник 5, усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7, вычислительный блок 8 и блок 9 управления с разворотом объекта. Это позволяет определить не только высоту, дальность и полярный угол, а также угол разворота объекта. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения координат при наземной крупномасштабной съемке в геодезии, при контрольно-разметочных работах в судо- и авиастроении, планировочных работах в строительстве, а также для управления движением объектов по заданной траектории.

Известна система, предназначенная для определения координат и разворота объекта, включающая в себя тахеометр, устанавливаемый над известным пунктом, и отражатель, устанавливаемый на строительной машине. В процессе работы через определенный промежуток времени определяют координаты машины, сравнивают с проектными координатами, а pазницу между фактическими и проектными координатами засылают в блок управления для корректировки положения объекта (машины) [1].

Недостатком системы является дискретность работы, а значит и недостаточная точность определения положения машины, и необходимость закрепления контрольных точек на траектории движения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения координат, содержащее вращающийся передвижной блок, выполненный с возможностью формирования в горизонтальной плоскости трех лазерных пучков с вертикальной плоскостью поляризации, приемный блок, выполненный в виде последовательно расположенных на горизонтальной оси первого анализатора и первого фотоприемника, а также последовательно соединенных первого усилителя, вход которого подключен к первому фотоприемнику, первого аналого-цифрового преобразователя и вычислительного блока, при этом передающий и приемный блоки выполнены с возможностью размещения соответственно на исходном пункте и на объекте [2].

С помощью данного устройства в процессе работы в исходном пункте формируют три плоско-поляризованных лазерных пучка и придают им вращение вокруг вертикальной оси передатчика. Вместе с поворотом пучков синхронно поворачиваются также пропорционально углу поворота плоскости поляризации. Эффект поворота плоскостей поляризации приводит к тому, что пропускание приводит к тому, что пропускание поляризатора-анализатора на рейке в определяемом пункте, а значит и фототоки на выходе фотоприемника различны для каждого из пучков.

Преобразованные в цифровую форму фототоки используются мини-ЭВМ для получения пространственных координат объекта, на котором расположена приемная система (рейка с перечисленными элементами).

Недостатком прототипа является узкое функциональное назначение, заключающееся в том, что с его помощью можно определить лишь три координаты объекта в пространстве: высоту, дальность и полярный угол относительно какой-либо оси координат. В то же время часто требуется знать дополнительно к этим еще величину, характеризующую разворот объекта вокруг его вертикальной оси, т.е. угол разворота относительно принятой системы координат. Определение этого угла часто необходимо при управлении направлением движения объекта в автоматическом режиме.

Целью изобретения является расширение функционального назначения устройства за счет определения угла разворота объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения координат подвижного объекта, содержащем вращающийся передающий блок, выполненный с возможностью формирования в горизонтальной плоскости трех лазерных пучков с вертикальной плоскостью поляризации, приемный блок, выполненный в виде последовательно расположенных на горизонтальной оси первого анализатора и первого фотоприемника, а также последовательно соединенных первого усилителя, вход которого подключен к первому фотоприемнику, первого аналого-цифрового преобразователя и вычислительного блока, при этом передающий и приемный блоки выполнены с возможностью размещения соответственно на исходном пункте и на объекте, приемный блок выполнен с последовательно расположенными на вертикальной оси оптическим отклоняющим элементом, вторым анализатором и вторым фотоприемником, а также с последовательно соединенными вторым усилителем и вторым аналого-цифровым преобразователем, подключенным к вычислительному блоку, выход которого соединен с входом введенного блока управления разворотом объекта, причем второй анализатор выполнен с возможностью совмещения его оси с осью, параллельной оси объекта.

Таким образом, технический эффект достигается за счет определения второй приемной системой полярного угла α'_x направления оси объекта в дополнение к полярному углу α_x направления на объект с исходного пункта, определяемому первой приемной системой относительно одной из координат. При этом, если α_x = α'_x, то разворот отсутствует, если α_x ≠ α'_x, то угол разворота объекта равен κ = α'_x - α_x.

На фиг. 1 изображена условная схема второй приемной системы; на фиг.2 и 3 - схемы, относящиеся к геометрии измерений в случаях отсутствия и наличия разворота объекта.

Устройство для определения координат подвижного объекта содержит в исходном пункте передающий блок лазерного излучения и совмещенные две приемные системы (ПС₁ и ПС₂) на управляемом объекте, из которых вторая ПС₂ содержит последовательно расположенные (фиг.1) светосборник 1, фильтр 2, поляризатор-анализатор 3, диафрагму 4, фотоприемник 5, усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, мини-ЭВМ 8 и блок 9 управления разворотом (БУРО).

Устройство для определения координат подвижного объекта работает следующим образом.

В исходном пункте передатчик формирует в горизонтальной плоскости три лазерных пучка с вертикальной плоскостью поляризации из которых два параллельных оси Y, а один - оси Х. Затем пучки вращают вертикальной оси передатчика.

В определяемой точке (на объекте) устанавливают приемную систему состоящую из двух частей: ПС₁ для определения координат объекта и ПС₂ для определения разворота объекта. При этом поворотом поляризатора-анализатора 3 вокруг вертикальной оси совмещают его ось с осью АВ управляемого объекта.

Вследствие поворота пучков синхронно поворачиваются и плоскости поляризации в пучках. Первая ПС₁ обеспечивает получение пространственных координат объекта: Н - высоты, α_x - полярного угла, S - расстояния до объекта.

Светосборник 1 (фиг. 1) второй ПС₂ воспринимает лазерные пучки, преломляет их и направляет через фильтр 2 на поляризатор-анализатор 3. Теперь поворот плоскостей поляризации происходит в горизонтальной плоскости, т.е. в плоскости поляризатора-анализатора 3. Эффект поворота плоскостей поляризации приводит к тому, что пропускание поляризатора-анализатора 3, а значит и фототоки на выходе фотоприемника 5 различны для каждого из пучков. Так в блоке формируется сигнал I'_х при пересечении фотоприемника пучком а_х I'_х = I_osin² α_x.

В следующий момент времени точку А (фиг.2 и 3) пересекает пучок а''_у и формируется сигнал I_y'' = I_osin²(90^o - αx - γ) , а затем пучок а'_у с сигналом I_y' = I_osin²(90^o - α_x + γ) , где γ - параллактический угол, зависящий от разнесенности параллельных пучков а'_у и а''_у.

Сигналы последовательно преобразуются из аналогового состояния в цифровое в АЦП 7 и после их усиления в усилителе 6 и поступают в мини-ЭВМ 8, которая реализует алгоритмы γ = arcsin ; α_x = arcctg ; S = R˙sin^-1 γ.

В мини-ЭВМ 8 осуществляется сравнение полярных углов α_x (направление исходной точки на объект) и α'_x (направление оси управляемого объекта). Если α_x = α'_x (фиг.2), то ось объекта совпадает с направлением на него и разворот отсутствует. Если α_x ≠ α'_x, направление оси АВ объекта не совпадает с проектным (фиг.3), а разворот объекта равен κ = α'_x - α_x. Эта величина передается в БУРО 9, который вырабатывает соответствующий сигнал корректировки положения объекта. При этом точка А принимается за точку поворота, а точка В является "точкой управления" и поворачивается вокруг точки А до требуемого положения.

Заявляемое устройство позволяет просто и непрерывно управлять движением объекта без наличия контрольных точек вдоль трассы движения. Практически реализовать устройство можно на основе использования серийно выпускаемых промышленностью деталей, блоков и узлов, таких как светосборник, фильтр, анализатор-поляризатор, фотодиоды, усилитель сигналов и др.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА, содержащее вращающийся передающий блок, выполненный с возможностью формирования в горизонтальной плоскости трех лазерных пучков с вертикальной плоскостью поляризации, приемный блок, выполненный в виде последовательно расположенных на горизонтальной оси первого анализатора и первого фотоприемника, а также последовательно соединенных первого усилителя, вход которого подключен к первому фотоприемнику, первого аналого-цифрового преобразователя и вычислительного блока, при этом передающий и приемный блоки выполнены с возможностью размещения соответственно на исходном пункте и на объекте, отличающееся тем, что приемный блок выполнен с последовательно расположенными на вертикальной оси оптическим отклоняющим элементом, вторым анализатором и вторым фотоприемником, а также с последовательно соединенными вторым усилителем и вторым аналого-цифровым преобразователем, подключенным к вычислительному блоку, выход которого соединен с входом введенного блока управления разворотом объекта, причем второй анализатор выполнен с возможностью совмещения его оси с осью, параллельной оси объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3