Способ телеориентации движущихся объектов



Способ телеориентации движущихся объектов
Способ телеориентации движущихся объектов

 


Владельцы патента RU 2486543:

Открытое акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" (RU)

Изобретение предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации, навигации и оптической связи. Достигаемый технический результат - повышение надежности выделения координат в системах телеориентации, при сохранении скорости передачи информации. Результат достигается тем, что заявленный способ включает последовательное формирование двух прямоугольных ортогональных растров построчным, прямым и встречным реверсивным сканированием лазерного пучка с дублированием реверсивного сканирования, между которыми выдерживают в каждой строке заданные временные задержки при гашении излучения, причем строки пошагово сблокированы в циклы, которые поочередно смещают на ширину строки, а шаг выбирают равным протяженности растра, отнесенной к числу строк в цикле, при этом осуществляют восстановление импульсов синхронизации между объектом управления и системой формирования растров из информационных кадров, а также идентификацию полных групп импульсов (ГИ) и восстановление закодированной информации при регистрации неполных ГИ на основе восстановленных импульсов синхронизации. Восстановление импульсов синхронизации осуществляют по, хотя бы одной, достоверно принятой ГИ по координатам X и Y путем восстановления синхронизации для данной ГИ, после чего рассчитывают синхронизацию в пределах всего кадра X и Y. В случае приема следующей полной ГИ производят идентификацию полезных ГИ и пересчет синхронизации, а в случае приема неполной ГИ производят восстановление информации хотя бы по одному из импульсов в группе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к лазерной технике и предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации, навигации, оптической связи и может использоваться при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, корректировке траектории полета самонаводящихся снарядов и ракет, проводке судов через узости или створы мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах.

Из уровня техники известен способ формирования информационного поля лазерной системы телеориентации (Патент US 4111385, опубликован 16.04.1976, МПК: F42B 13/30, F41G 7/12, F41G 7/14, F41G 9/00), основанный на использовании модулирующих растров.

К недостаткам данного способа можно отнести недостаточно высокое быстродействие и низкий энергетический потенциал, что ограничивает дальность управления.

Более совершенным является способ телеориентации (Патент GB 2133652, опубликован 25.07.1984, МПК: F41G 7/00, G01S 1/70), в котором лазерный пучок совершает возвратно-поступательное сканирование, вначале по одной координате с дискретным переходом по ортогональной координате после завершения каждого возвратно-поступательного движения лазерного пучка, а затем, после заполнения прямоугольного растра, направление сканирования меняют на ортогональное. Выделение координат управляемого объекта в информационном поле лазерной системы телеориентации основано на зависимости от этих координат длительности временного интервала между двумя соседними принимаемыми лазерными сигналами, возникающими при возвратно-поступательном сканировании лазерного пучка.

Данный способ требует дополнительных затрат времени при формировании кадра информационного поля из двух взаимно перпендикулярных растров, поскольку между тактами возвратно-поступательного сканирования лазерного пучка по строкам введены временные задержки признака координат, превышающие рабочее время.

Следует отметить также низкую помехозащищенность этого способа от случайных помеховых импульсов, которые могут попасть в большие интервалы между выделяемыми импульсами координат, что приводит к сбоям в определении координат управляемого объекта и его возможному срыву с необходимой траектории.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ формирования информационного поля лазерной системы телеориентации (Патент RU №2080615, опубликовано 27.05.1997, МПК: G01S 1/70), который выбран в качестве прототипа. Способ основан на поочередном формировании двух прямоугольных лазерных растров размерами L×L, образованных путем сканирования лазерного пучка в каждом растре по N строкам и развернутых вокруг общего центра друг относительно друга на 90°. Особенностью способа является формирование строк в растре циклами по М строк в цикле, с дискретными переходами лазерного пучка между соседними строками цикла на величину L/M. Каждую строку формируют за счет не менее трех тактов сканирования, со временем сканирования такта Тс и заданными задержками между тактами, причем только два соседних такта в каждой строке имеют встречное направление сканирования и равные времена задержек для первого и второго растров. По данному способу объект управления получает информацию о своем пространственном положении в виде двух ортогональных координат относительно центра двух последовательно формируемых лазерным пучком растров, образующих кадр. При прямом сканировании, реверсировании сканирования и дублировании последнего лазерный пучок проходит трижды по одной строке, а затем его сдвигают на шаг цикла (L/M) и повторяют операции по этой строке. Этим достигается удаление управляющих сигналов (представляющих собой группы из трех импульсов) по двум соседним строкам растра. Далее формируют следующий цикл, смещая сканирование лазерного пучка на ширину строки относительно первой строки предыдущего цикла, до заполнения растра. Объект управления, находящийся где-либо в пределах информационного поля, при прохождении по нему лазерного луча регистрирует в результате, по крайней мере, по три импульса в каждом растре. При этом интервал между первым и вторым импульсами зависит от удаления фотоприемного устройства объекта от начала строки, а интервал между вторым и третьим импульсами независим от положения объекта, что служит признаком передаваемой координаты.

Принадлежность «троек» к соответствующему растру по координатам Х и Y зафиксирована различными значениями временного интервала между вторым тактом сканирования (реверс лазерного пучка) и третьим тактом - дублированием реверса.

Но данный способ имеет ряд недостатков, снижающих его функциональную надежность: наличие в поле управления объектом энергетических «дыр» - зон, где отсутствует лазерное поле управления и объект не управляется, что приводит к появлению неполных групп информационных импульсов; объект управления, находящийся в информационном поле, работает асинхронно с системой формирования растров и не имеет к ней временной привязки, следовательно, идентификация полезных групп импульсов затруднительна и при принятии ложной команды управления может привести к срыву объекта с заданной траектории; восстановление информации из неполных групп информационных импульсов затруднительно из-за отсутствия временной синхронизации между объектом управления и системой формирования растров; в случаях, когда объект управления расположен в одном из формируемых при ортогональном переходе сканирования по растрам углов информационного поля, возможно ошибочное совмещение импульсов различных растров в ложную "тройку" по причине сопоставимости интервалов времени между растрами и между импульсами в одном растре, или при случайных пропусках сигналов в импульсной последовательности.

Технический результат изобретения направлен на повышение надежности выделения координат в системах телеориентации за счет восстановления синхронизации между объектом управления и системой формирования растров, при сохранении скорости передачи информации.

Технический результат достигается тем, что способ телеориентации движущихся объектов включает последовательное формирование двух прямоугольных ортогональных растров построчным, прямым и встречным реверсивным сканированием лазерного пучка с дублированием реверсивного сканирования, между которыми выдерживают в каждой строке заданные временные задержки при гашении излучения. Причем строки пошагово сблокированы в циклы, которые поочередно смещают на ширину строки, а шаг выбирают равным протяженности растра, отнесенной к числу строк в цикле. При этом данный способ телеориентации движущихся объектов отличается от прототипа тем, что осуществляют восстановление импульсов синхронизации между объектом управления и системой формирования растров из информационных кадров, а также идентификацию полных групп импульсов и восстановление закодированной информации при регистрации неполных групп импульсов на основе восстановленных импульсов синхронизации. Причем восстановление импульсов синхронизации осуществляют по хотя бы одной, достоверно принятой группе импульсов по координатам Х и Y путем восстановления синхронизации для данной группы импульсов, после чего рассчитывают синхронизацию в пределах всего кадра Х и Y. При этом в случае приема следующей полной группы импульсов производят идентификацию полезных групп импульсов и пересчет синхронизации, а в случае приема неполной группы импульсов производят восстановление информации хотя бы по одному из импульсов в группе.

В рассматриваемом случае полная группа импульсов состоит из трех импульсов.

Сущность изобретения поясняется Фиг.1, Фиг.2.

На Фиг.1 представлены метки синхронизации, которые соответствуют моментам времени начала формирования строк импульсов синхронизации.

На Фиг.2 представлены неполные группы импульсов и рассчитанные метки синхронизации.

Предлагаемый способ телеориентации движущихся объектов осуществляется следующим образом. При облучении фотоприемного устройства (ФПУ) управляемого объекта лазерным пучком во время строчного сканирования, содержащего, например, три такта, ФПУ формирует три импульса. Временной интервал между двумя импульсами определяет величину координаты ФПУ с информационным полем (ИП), а временной интервал между вторым и третьим импульсами - ее признак (X или Y). В случае командного кадра временной интервал между двумя импульсами определяет величину команды, а временной интервал между вторым и третьим импульсами - ее признак (тип).

При формировании кадра используется:

Т135с, где Tc - время сканирования по строке;

T4=T4x,y - временная задержка, которая определяет тип передаваемой координаты.

Рассмотрим возможность выделения синхронизации из принятого сигнала (Фиг.2).

Синхронизация представляет собой моменты времени Тск0, Тск1, …, Тскn, которые соответствуют моментам времени начала формирования строк.

Как видно из Фиг.2 при передаче информационного кадра на каждую строку i может приходиться три импульса: первый импульс может находиться только в интервале [ti1n, ti1k], второй - только в интервале [ti2n, ti2k], третий - только в интервале [ti3n, ti3k], где i изменяется от 0 до n-1, a n - число строк (столбцов).

Из этого следует, что если заранее известна синхронизация, то становится возможным однозначно идентифицировать полезные группы импульсов (принадлежность импульсов к тройке, в рассматриваемом случае).

Импульсы, попадающие в интервалы (ti1k, ti2k), (ti2k, ti3n) и (ti3k, t(i+1)1n), где i изменяется от 0 до n-1, a n - число строк (столбцов), можно идентифицировать как явную помеху.

Зависимость моментов времени, соответствующих началу формирования строк (столбцов), можно представить в виде формулы:

Tcki+1=Tcki+T1+T2+T3+T4+T5+T6=Tcki+3Tc+T2+T4+T6,

где i ∈ Ni=0…n-1, a n - число строк (столбцов).

Зависимость времени прихода первого, второго и третьего импульсов от величины передаваемой информации Ти относительно моментов времени T cki, соответствующих началу формирования строк, можно представить в виде формул:

t i 2 T n ˜ e ^ i = T ï ð + Ò n ˜ + Ò 2 + Ò è Ò 2 2 ,

где i ∈ Ni=0…n-1, a n - число строк (столбцов).

Таким образом, по одной достоверно принятой группе (тройке) импульсов можно восстановить синхронизацию в пределах кадра.

Для восстановления синхронизации в пределах последующих кадров необходимо и достаточно достоверно принять группы (тройки), соответствующие координатам Х и Y.

Рассмотрим возможность восстановления информации:

После вычисления синхронизации в пределах всего кадра становится возможным восстанавливать информацию хотя бы по одному из импульсов в группе (тройке).

Восстановление информации по первому импульсу в тройке

(Фиг.2а):

Восстановление информации по второму импульсу в тройке (Фиг.2б):

Восстановление информации по третьему импульсу в тройке (Фиг.2в):

Ò è = 2 ( t i 2 T n ˜ e ^ i T ï ð Ò n ˜ Ò 2 ) + Ò 2 ,

Алгоритм восстановления синхронизации:

1) По хотя бы одной достоверно принятой группе (тройке) импульсов по координате Х восстанавливают синхронизацию в пределах группы (тройки) согласно одной из формул:

t i1 T скi = T c T и T 2 2 ,

2) далее рассчитывают синхронизацию в пределах всего кадра Х согласно формуле:

Tcki+1=Teki+3Tc+T2+T4+T6,

3) По хотя бы одной достоверно принятой группе (тройке) импульсов по координате Y восстанавливают синхронизацию в пределах группы (тройки) согласно одной из формул:

4) Далее рассчитывают синхронизацию в пределах всего кадра Y и для последующего кадра согласно формуле:

Tcki+1=Tcki+3Tc+Т2+Т46,

5) В случае приема полной группы импульсов производят пересчет синхронизации согласно п.1, п.2 или п.3, п.4 при приеме координат Х и Y соответственно.

6) В случае приема неполной группы импульсов производят восстановление информации согласно одной из формул:

Восстановление информации по первому импульсу в тройке:

Восстановление информации по второму импульсу в тройке:

Восстановление информации по третьему импульсу в тройке:

Ò è = 2 ( t i 2 T n ˜ e ^ i T ï ð Ò n ˜ Ò 2 ) + Ò 2

Восстановление импульсов синхронизации обеспечивает гарантированную идентификацию групп полезных сигналов, возникающих при формировании информационного поля (ИП), и позволяет восстанавливать информацию из неполных групп сигналов.

Таким образом, предлагаемый способ телеориентации движущихся объектов обеспечивает синхронизацию между объектом управления и системой формирования растров, что позволяет однозначно идентифицировать полезные группы сигналов и восстанавливать информацию неполных групп сигналов, а следовательно, повышает надежность выделения координат. При этом скорость передачи информации сохраняется.

1. Способ телеориентации движущихся объектов, осуществляемый с помощью информационного поля, включающий последовательное формирование двух прямоугольных ортогональных растров построчным, прямым и встречным реверсивным сканированием лазерного пучка с дублированием реверсивного сканирования, между которыми выдерживают в каждой строке заданные временные задержки при гашении излучения, причем строки пошагово сблокированы в циклы, которые поочередно смещают на ширину строки, а шаг выбирают равным протяженности растра, отнесенной к числу строк в цикле, отличающийся тем, что осуществляют восстановление импульсов синхронизации между объектом управления и системой формирования растров из информационных кадров, а также идентификацию полных групп импульсов и восстановление закодированной информации при регистрации неполных групп импульсов на основе восстановленных импульсов синхронизации, при этом восстановление импульсов синхронизации осуществляют по, хотя бы одной, достоверно принятой группе импульсов по координатам X и Y путем восстановления синхронизации для данной группы импульсов, после чего рассчитывают синхронизацию в пределах всего кадра X и Y, причем в случае приема следующей полной группы импульсов производят идентификацию полезных групп импульсов и пересчет синхронизации, а в случае приема неполной группы импульсов производят восстановление информации хотя бы по одному из импульсов в группе.

2. Способ телеориентации по п.1, отличающийся тем, что полная группа импульсов состоит из трех импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к определению местоположения с использованием нескольких разнесенных источников излучения. .

Изобретение относится к определению местоположения летательного аппарата с использованием нескольких разнесенных источников излучения. .

Изобретение относится к системам автоматики с использованием собственного излучения объектов и может быть использовано для создания аппаратуры, служащей для предотвращения столкновений и наездов автомобилей и других транспортных средств.

Изобретение относится к системам лазерных средств передачи и измерения информации и может быть использовано в морском и речном транспорте для проводки судов по сложным фарватерам и безопасного плавания в прибрежной зоне, а также в других областях техники, где необходимо дистанционным методом измерять дальность, координаты и скорость объекта.

Изобретение относится к электронно-оптическим устройствам и может быть использовано для установки на транспортном средстве в качестве дополнительного устройства для обнаружения объектов в зоне, недоступной для визуального контроля водителем. Оптический датчик для автомобиля содержит приемоизлучающие каналы, каждый из которых включает электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком. Электронный блок содержит модуль обработки отраженного сигнала, реализующий алгоритм контроля на основании измерения временного интервала между излучением и регистрацией отраженного от объекта сигнала. Источник оптического излучения и фотоприемник расположены преимущественно вплотную друг к другу, таким образом, что их оптические оси практически параллельны. Количество излучателей в датчике определено из соотношения n ≥ β/α, где n - количество излучателей, β - центральный угол контролируемого датчиком сектора, α - угол расхождения пучка излучения. Технический результат заключается в повышении надежности и точности обнаружения объекта в контролируемой зоне. 1 ил.

Изобретение относится к области оптической локации и касается системы импульсной лазерной локации. Система содержит импульсный лазер, два однокоординатных сканирующих устройства, акустооптический дефлектор, выходную оптическую систему, вычислительное устройство, блок управления акустооптическим дефлектором, призменный светоделитель, измерительный канал, массив фотоприемных устройств, объектив массива фотоприемных устройств и волоконно-оптические жгуты. Волоконно-оптические жгуты с одной стороны смонтированы вместе и обращены торцами к фотоприемным устройствам, а с другой стороны волокна каждого жгута смонтированы в однорядные линейки, которые суммарно образуют однорядную линейку из волокон, торцы которой расположены в фокальной плоскости объектива фотоприемного устройства. Призменный светоделитель размещен между выходом акустооптического дефлектора и входом выходной оптической системы. Оптический вход измерительного канала соединен с выходом призменного светоделителя, а выход соединен с входом компенсации угловых ошибок вычислительного устройства. Технический результат заключается в уменьшении габаритно-весовых характеристик, повышении надежности и информативности лазерного локатора. 3 ил.

Радиолокатор обеспечивает слежение за объектами без использования сложных и громоздких узлов при увеличении поля зрения благодаря введению последовательного анализатора спектра биений в заданном интервале, блока автосопровождения по дальности, повернутой дополнительной приемной антенны, второго приемника, второго усилителя напряжений биений, второго амплитудного селектора и блока определения направления, при этом передающая антенна жестко связана с повернутой дополнительной приемной антенной, имеющей выход, соединенный с первым входом второго приемника, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, а выход через второй усилитель напряжения биении, через второй амплитудный селектор соединен с первым входом блока определения направления, имеющего группу выходов, соединенную с первой группой входов блока вторичной обработки, вторую группу входов, соединенную через блок автосопровождения по дальности с группой выходов блока определения частоты биений, вход которого соединен через последовательный анализатор спектра биений в заданном интервале с вторым входом блока определения направления и с выходом первого амплитудного селектора. 1 ил.

Группа изобретений относится к наблюдательным устройствам транспортных средств, а именно к способу контроля «слепой зоны» боковых зеркал движущегося впереди автомобиля. Согласно первому варианту способ включает определение наличия движущегося впереди по соседней полосе в попутном направлении транспортного средства с помощью видеокамеры, измерение расстояния до транспортного средства с расчетом положения «слепой зоны» его боковых зеркал и положения заднего транспортного средства относительно «слепой зоны», а также определение его типа и размеров, предупреждение об опасном сближении с помощью индикаторов, располагающихся на панели приборов, содействие в процессе управления транспортным средством путем снижения скорости автомобиля в случае, если водитель транспортного средства, движущегося впереди по соседней полосе, начинает выполнять опасный маневр. Согласно второму варианту система контроля включает видеокамеру, ультразвуковые датчики и микроконтроллер. Ультразвуковые датчики, расположенные на переднем бампере автомобиля, определяют положение «слепой зоны» боковых зеркал движущегося впереди транспортного средства. Микроконтроллер выдает предупреждающие сигналы водителю о попадании транспортного средства в область «слепой зоны» впереди идущего транспортного средства. Достигается повышение безопасности дорожного движения за счет автоматического контроля состояния «слепой зоны» движущегося впереди транспортного средства. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системам оптической навигации, в частности, с использованием лазерных и оптических источников и может быть использовано для обеспечения посадки летательных аппаратов, движения судов, дорожно-строительной, сельскохозяйственной техники и автомобильного транспорта. Достигаемый технический результат - повышение точности и надежности измерения местоположения летательного аппарата относительно взлетно-посадочной полосы. Способ заключается в вычислении координат местоположения ЛА и углов крена, курса и тангажа по информации, снимаемой с трех разнесенных фоточувствительных приемников, установленных на ЛА, излучения лазерного маяка, сканирующего окружающее пространство узким лучом, модулированным по величине его углов азимута и высоты. 3 ил.
Наверх