Способ измерения вектора путевой скорости транспортного средства

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн. Технический результат - повышение точности измерения путевой скорости достигается тем, что в способе измерения путевой скорости, при котором СВЧ волны с длиной волны λ0 излучают с двух сторон транспортного средства под углом β к его оси и углом α между направлением движения и подстилающей поверхностью, принимают отраженные волны, выделяют сигналы с доплеровскими частотами на смесителях между излучаемыми и принимаемыми волнами, измеряют эти частоты и , определяют модуль средней скорости V за время Δt по формуле . Дополнительно к этому определяют угол поворота транспортного средства ϕ за то же время по формуле при ширине транспортного средства, равной r. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн.

В настоящее время известны и применяются радиоволновые способы измерения путевой скорости, основанные на эффекте Доплера (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 124-132 с.). Обычно они применяются в радиолокации для определения скорости и координат движущихся объектов. Также они находят применение для измерения путевой скорости автомобилей и железнодорожных составов. Доплеровский способ измерения заключается в зондировании движущихся объектов электромагнитными волнами СВЧ диапазона и выделении частоты смещения рассеянной волны. Если источник излучения с фиксированной частотой расположен спереди транспортного средства, движущегося со скоростью V, и его антенна направлена под углом α между направлением движения и подстилающей поверхностью, то доплеровская частота определится по формуле:

где - длина волны в среде измерения, а ε - ее диэлектрическая проницаемость, которая для воздуха равна единице, c - скорость света в воздухе. Таким образом, измеряя доплеровскую частоту, можно вычислять скорость по формуле:

Важным достоинством доплеровского способа измерения скорости перед измерением с использованием одометра для колесных видов транспорта является тот факт, что результат измерения не зависит от диаметра колес и давления в шинах, также на нее не влияет движение во внештатных режимах (занос, юз, скольжение, буксование). Поэтому применение этого способа для измерения путевой скорости является более точным, хотя он также как и одометр представляет скорость в одномерном виде. В то же время в автоблокировочных системах и системах распределения тормозных усилий в современных автомобилях предпочтительно получение информации о двухкоординатном векторе скорости перемещения. Это также важно и для использования в автономных навигационных системах (например, инерционных), которые в настоящее время предпочтитают применять совместно с системами глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС и др.). Применение для измерения вектора путевой скорости собственно инерционных систем на основе гироскопов затруднено из-за необходимости их размещения точно в центре тяжести транспортного средства, защиты хрупких механических деталей от вибраций и повреждений, необходимости проведения частых коррекций ошибок, высокой стоимости.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения путевой скорости (Ch. Xu, L. Daniel, E. Hoare, V. Sizov, M. Cherniakov "Comparison of Speed over Ground Estimation Using Acoustic and Radar Doppler Sensors", Proceedings of the 11th European Radar Conference 8-10 Oct 2014, Rome, Italy, pp. 189-192), принятый за прототип. При осуществлении этого способа доплеровские СВЧ датчики располагаются по сторонам транспортного средства и их показания обрабатываются совместно. Это дает возможность повысить точность измерения скорости за счет учета вибраций, крена и тангажа. Однако измерение собственно вектора путевой скорости не производится, поскольку измеряется лишь средняя скорость при движении транспортного средства по направлению его оси. Для измерения же вектора путевой скорости за время Δt необходимо произвести измерение модуля вектора скорости и угла его отклонения относительно первоначального положения оси.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения путевой скорости транспортного средства.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения путевой скорости, при котором СВЧ волны с длиной волны λ0 излучают с двух сторон транспортного средства под углом β к его оси и углом α между направлением движения и подстилающей поверхностью, принимают отраженные волны, выделяют сигналы с доплеровскими частотами на смесителях между излучаемыми и принимаемыми волнами, измеряют эти частоты и , определяют модуль средней скорости V за время Δt по формуле . Дополнительно к этому определяют угол поворота транспортного средства ϕ за то же время по формуле при ширине транспортного средства, равной r.

На Фиг. 1 представлено расположение сбоку на транспортном средстве 3 одного из двух одинаковых доплеровских датчиков путевой скорости - 1, 2, реализующих способ.

На Фиг. 2 показано расположение доплеровских датчиков 1 и 2 на транспортном средстве 3 сверху при его движении.

На Фиг. 3 поясняется процесс определения вектора путевой скорости при движении транспортного средства.

Антенна каждого доплеровского датчика скорости расположена на боковой стороне транспортного средства и направлена под углом α к направлению движения, как показано на Фиг. 1, и повернута на угол β от его оси, как показано на Фиг. 2. При этом расстояние между ними равно r. Каждый датчик выделяет доплеровскую частоту, пропорциональную радиальной скорости взаимного перемещения датчиков и подстилающей отражающей поверхности и . В результате, скорости перемещения точек расположения датчиков V1 и V2 можно определить по формулам:

Если транспортное средство движется по прямой, совпадающей с его осью, то эти скорости будут равны. Допустим, происходит поворот направо, как показано на Фиг. 2. Тогда скорость V1 будет больше V2, а движение будет происходить по окружности с радиусом R, проходящей через центр транспортного средства. Его левая и правая стороны будут перемещаться по радиусам R+r/2 и R-r/2, соответственно. Если это состояние сохраняется в течение времени Δt, то радиус можно определить по формуле:

При подстановке в формулу (4) значения скоростей из (3) получим:

Теперь допустим, что перемещение транспортного средства разделено на i=1, 2 …N отрезков времени с дискретностью Δt, где N - общее число таких отрезков. Тогда, если поместить в начале движения (i=1) транспортное средство в центр прямоугольных координат с осью Yi-1, совпадающей с его собственной осью, то за первое время Δt при скоростях и можно вычислить Ri, лежащий на оси Xi-1 по формуле (5) (см. Фиг. 3). Затем можно определить угол дуги его перемещения wi за время Δt из точки P0 в точку P1 по формуле:

Как видно из Фиг. 3, угол отклонения транспортного средства от первоначального направления ϕi при этом равен половине этого угла, тогда с учетом (6) получим:

Поскольку , то с учетом (3) получим:

Подставив в выражение (7) значения Ri и Vi из (5) и (8), получим выражение для угла вектора скорости в каждый дискретный отрезок времени Δt:

Таким образом, получив выражение для вектора скорости при перемещении от первоначальной точки P0 к точке P1 и так далее к точкам Pi-1, перемещая систему текущих координат и измеряя соответствующие текущие значения доплеровских частот и , появляется возможность его непрерывного измерения на всем маршруте транспортного средства с дискретностью Δt.

Благодаря измерению вектора путевой скорости увеличивается точность измерения пути транспортного средства с возможностью построения маршрута его перемещения. Зная его значение на каждом отрезке маршрута, можно рассчитать путь перемещения при первоначальной системе координат (см. Фиг. 3) по формулам:

При этом длина каждой хорды Li определяется по известной формуле:

.

Способ измерения путевой скорости, при котором СВЧ волны с длиной волны λ0 излучают с двух сторон транспортного средства под углом β к его оси и углом α между направлением движения и подстилающей поверхностью, принимают отраженные волны, выделяют сигналы с доплеровскими частотами на смесителях между излучаемыми и принимаемыми волнами, измеряют эти частоты ƒD1 и ƒD2, определяют модуль средней скорости V за время Δt по формуле V=λ0D1D2)/4cos(α)cos(β), отличающийся тем, что определяют угол поворота транспортного средства ϕ за то же время по формуле ϕ=λ0D1D2)/4πrcos(α)cos(β) при ширине транспортного средства, равной r.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым системам диагностической визуализации. Система формирует отображения спектральной допплерографии потока для анатомических местоположений, выбранных из изображения от цветового картирования потока и содержит зонд с массивом ультразвуковых преобразователей, формирователь лучей, который управляет направлениями, в которых лучи передаются зондом, допплеровский процессор, дисплей, на котором одновременно отображаются изображения цветового допплеровского картирования потока и спектральной допплерографии, пользовательский элемент управления, процессор положения и угла отклонения цветовой рамки, реагирующий на допплеровские сигналы для автоматического изменения положения цветовой рамки в изображении цветового допплеровского картирования потока относительно потока в кровеносном сосуде, когда пользователь манипулирует элементом управления, осуществляя перемещение из одного указанного положения в другое.

Изобретение относится к области морской навигации и судовождения по ведущему кабелю, а также к подводным навигационным системам с гидроакустическими маяками-ответчиками, и может быть использовано для разработки технических средств навигационного обеспечения, связи и управления надводных и подводных объектов навигации в стесненных условиях плавания, преимущественно в арктических и прилегающих к ним акваториях, в частности на Северном морском пути (СМП).

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров положения объекта, обнаруженного на дне с использованием гидролокатора ближнего действия.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения высоты объекта над уровнем дна. Сущность: гидроакустический способ определения пространственных характеристик объекта, содержащий излучение зондирующего сигнала в момент времени t, приема эхосигнала tэхо, определяется дистанция D до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука С, после излучения измеряют уровень объемной реверберации U0, определяют порог обнаружения Uпор., измеряют tнач время начала эхосигнала, при котором впервые амплитуда эхосигнала Аоб превысила порог Аоб>Uпор и определяют дистанцию D0=0,5 С tнач, измеряют момент времени последней амплитуды эхосигнала tпос, при котором минимальная амплитуда эхосигнала от объекта Аоб>Uпор, определяют момент времени начала тени tтени, при котором выполняется условие U0≥Атен и tтени>tпос, определяют момент времени окончания тени tкон.т, при котором Uпор>Аоб≥U0, определяют дистанцию до момента окончания тени Dтени=0,5 С tкон.т, определяют глубину от гидролокатора до дна Hдна, а высоту объекта определяют по формуле .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем классификации обнаруженных объектов гидролокатором освещения ближней обстановки.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработки гидроакустической аппаратуры, предназначенной для освещения подводной обстановки.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения глубины погружения приводняющегося объекта с использованием гидролокатора ближнего действия, установленного на движущемся носителе, относительно горизонта движения носителя.

Изобретение относится к области гидроакустических лагов, предназначенных для измерения скорости морского объекта. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости течения и направления жидкости в электропроводящих средах, преимущественно в морской воде.

Группа изобретений относится к способу и устройству для определения скорости рельсового транспортного средства. Способ определения скорости рельсового транспортного средства, при котором на этом транспортном средстве предусматривают сенсорные устройства и устройство для обработки сигналов, причем способ включает в себя следующие этапы: определение неровностей рельса соответственно на одной идущей впереди колесной паре посредством первого сенсорного устройства и по меньшей мере на одной хвостовой колесной паре посредством еще одного сенсорного устройства; передача произведенных сенсорными устройствами сигналов датчиков на устройство для обработки сигналов, которое выполнено для того, чтобы проводить анализ подведенных сигналов датчиков и на основании этого определять скорость, причем для этого производится оценка передаточной функции от одного сенсора к другому.

Устройство для измерений мгновенных угловых перемещений качающейся платформы состоит из датчика измеряемого мгновенного плоского угла и неподвижного отсчетного устройства.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения угловой скорости. Датчик состоит из устройства управления, чувствительного элемента, выполненного в виде кольцевого резонатора, закрепленного на упругих подвесах в кремниевой пластине, соединенной со стеклянной подложкой, контактных площадок, четырех проводящих контуров, выполненных на соседних близко расположенных упругих подвесах и частично на кольцевом резонаторе, равноудаленно друг от друга, постоянного магнита, верхнего и нижнего магнитопроводов.

Для расчета скорости автомобиля перед столкновением используют видеозапись с монитора, выполненную на месте ДТП, в расчет берется зафиксированное на видеозаписи перемещение автомобиля за время равное t=1 с.

Изобретение относится к области геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для измерения в скважинном приборе глубины, а также длины пути вдоль оси ствола скважины.

Изобретение может быть использовано для измерения сверхмалых угловых скоростей в космическом пространстве. Способ измерения сверхмалых угловых скоростей путем возбуждения встречно-бегущих электромагнитных волн, отражения, детектирования их параметров и расчета величины действующей угловой скорости, пропорциональной изменению этих параметров, при этом возбудитель, отражатели и детектор установлены на не менее трех геостационарных спутниках и возбуждают электромагнитные волны.

Представлены система и способ калибровки комплекта помощи при движении задним ходом с прицепом, присоединенным к транспортному средству. Способ включает в себя движение транспортного средства вперед практически по прямой со скоростью, превышающей пороговое значение, измерение скорости рыскания транспортного средства и измерение угла сцепки прицепа.

Изобретение относится к области создания систем управления летательных аппаратов (ЛА), преимущественно к способам получения достоверной информации и диагностики работоспособности датчиков угловой скорости (ДУС) летательного аппарата с избыточным числом измерителей и идентификацией их отказов.

Изобретение относится к способам опознавания воздействий на подъемно-транспортную машину. Осуществляя контроль эксплуатации транспортного средства, обнаруживают перегрузки при столкновении транспортного средства.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения частоты вращения интерферометра. Частоту вращения определяют как разность между критической частотой вращения интерферометра на выбранном типе электромагнитной волны (частотой «отсечки» при вращении) и критической частотой «покоящегося» интерферометра (частотой «отсечки» при «покое») на том же типе электромагнитной волны, деленную на постоянное число, определяемое выбранным при расчете интерферометра типом электромагнитной волны.

Способ определения скорости ветра над водной поверхностью, в котором получают при помощи двух оптических систем на основе линеек ПЗС-фотодиодов с разными направлениями визирования два пространственно-временных изображения водной поверхности.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн. Технический результат - повышение точности измерения путевой скорости достигается тем, что в способе измерения путевой скорости, при котором СВЧ волны с длиной волны λ0 излучают с двух сторон транспортного средства под углом β к его оси и углом α между направлением движения и подстилающей поверхностью, принимают отраженные волны, выделяют сигналы с доплеровскими частотами на смесителях между излучаемыми и принимаемыми волнами, измеряют эти частоты и, определяют модуль средней скорости V за время Δt по формуле. Дополнительно к этому определяют угол поворота транспортного средства ϕ за то же время по формуле при ширине транспортного средства, равной r. 3 ил.

Наверх