СПОСОБ ОТБОРА СИГНАЛОВ ОТ ОБЪЕКТОВ, СБЛИЖАЮЩИХСЯ С ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ Российский патент 1997 года по МПК G01S13/93 

Изобретение относится к области электронного оборудования транспортных средств (ТС) и предназначено для отбора радиолокационных сигналов приближающихся объектов, до встречи (разъезда или столкновения) с которыми остается заранее заданное время t_в. Сигналы от этих объектов (условно называемых далее опасными объектами) используются в РЛС предупреждения столкновений (назовем эти РЛС автомобильными АРЛС) для определения опасности столкновения с этими объектами и своевременного принятия мер.

Известны способ и устройство предотвращения столкновений транспортных средств [1] включающие генерирование, модулирование, излучение и прием отраженных от объекта электромагнитных (инфракрасных) колебаний, их усиление, демодулирование, определение дальности до объекта и относительной скорости сближения с ним, вычисление времени до столкновения с объектом, определение и анализ условий, определяющих эффективность торможения, вычисление времени и последовательности включения устройств торможения, сигнализации и безопасности.

Рассмотренный аналог обладает недостатком, заключающимся в том, что сначала производят обнаружение сигналов всех объектов, т.е. во всем диапазоне скоростей сближения на каждой дальности и только после этого вычисляют время до встречи с объектом. Это может привести к ошибкам при определении (идентификации) объекта как опасного и усложняет аппаратуру.

Известны способ и устройство импульсно-доплеровской обработки сигнала, позволяющие определять дальность и скорость сближения всех объектов, находящихся в зоне действия РЛС (а следовательно, и вычислять время до встречи с каждым из них) [2] Способ заключается в том, что весь интервал рабочих дальностей разбивают с помощью селекторов дальности на диапазоны (каналы) дальности ΔD_i, в каждом из которых осуществляют доплеровскую фильтрацию сигналов во всем диапазоне скоростей сближения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема соответствующего способу устройства.

Устройство включает блок антенны с когерентными приемо-передатчиком 1, селекторы дальности 2 2_i, фильтры центральной или боковой полосы (ФЦБП) 3 3_i, смесители 4 4_i, гетеродин 5, гребенки доплеровских фильтров 6 6_i, амплитудные детекторы 7 7_i, пороговые устройства (обнаружители) 8 8_i, индикатор всех обнаруженных объектов 9, позволяющий осуществить выбор (селекцию) опасных объектов.

Однако и эти известные способ и устройство обладают теми же недостатками, т.к. в них обнаружению подвергаются сигналы от всех объектов, находящихся в пределах дальности действия и во всем возможном диапазоне скоростей сближения, т.е. обнаружению подлежат сигналы от всех объектов, находящихся в заданном поле параметров объектов дальность-скорость сближения ( D, ), которому соответствует поле параметров сигнала задержка доплеровская частота (f). Только после обнаружения каждого объекта возможны расчет времени до встречи с ним и отбор сигналов опасных объектов.

Задача изобретения исключение ошибок при отборе сигналов опасных объектов среди совокупности сигналов всех объектов (назовем это отбором по критерию t_в) при одновременном упрощении аппаратуры.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе импульсно-доплеровской селекции объектов, включающем генерацию, излучение и прием когерентного сигнала, селекцию по дальности, фильтрацию центральной или боковой полосы, гетеродинирование, детектирование и обнаружение, отбор сигналов опасных объектов обеспечивают до обнаружения сигналов, для чего осуществляют селекцию сигналов по линии, проходящей из начала координат поля параметров сигнала задержка-частота (дальность-скорость сближения) под углом α arctg t_в (фиг. 3), с последующим обнаружением сигналов и передачей их на схемы дальнейшей обработки. Это обеспечивает обнаружение сигналов только опасных объектов, причем сигналы от остальных объектов не обрабатывают вообще, они подавляются.

Для устройства, осуществляющего предлагаемый способ, указанная задача достигается тем, что в импульсно-доплеровскую РЛС, содержащую блок антенны с когерентным приемо-передатчиком и последовательно соединенные с ним селекторы дальности, фильтры центральной или боковой полосы, смесители, вторые входы которых соединены с выходом гетеродина, гетеродин общий для всех каналов дальности, амплитудные детекторы, и пороговые устройства включены в каждом i-м канале дальности между смесителем и детектором селекторов сигналов опасных объектов, а после пороговых устройств включена схема ИЛИ, с выхода которой сигналы опасных объектов передают для дальнейшей обработки, причем i-й селектор сигналов опасных объектов имеет полосу пропускания Df_i, определяемую по формуле 1
,
где λ длина волны зондирующего сигнала, и среднюю частоту f_ср.i, смещенную на величину Df_i относительно средней частоты предыдущего по номеру селектора сигналов опасных объектов, т.е.

,
имея ввиду, что
f_ср.i=0=0

f₀ частота на входе селектора сигналов опасных объектов, соответствующая нулевому доплеровскому приращению;
ΔD_i=1 диапазон скоростей сближения с объектами, находящимися в первом (i= 1) диапазоне дальностей ΔD_i=1, время до встречи с которыми составляет t_в с.

Δf_i=1 диапазон доплеровских частот, соответствующий диапазону скоростей сближения 2 На фиг. 2 представлена одна из возможных функциональных схем устройства, осуществляющего отбор сигналов от объектов, сближающихся с транспортным средством.

Устройство содержит антенну с когерентным приемо-передатчиком 1, селекторы дальности 2 2_i, фильтры центральной или боковой полосы (ФЦБП) 3 3_i, смесители 4 4_i, гетеродин общий для всех каналов дальности 5, селекторы сигналов опасных объектов 6 6_i, амплитудные детекторы 7 7_i, пороговые устройства 8 8_i, схему ИЛИ 9, выход которой соединен со входом схемы дальнейшей обработки.

На фиг. 3 изображено поле параметров объектов дальность-скорость сближения в виде матрицы элементов . Если количество интервалов дальности n, то общее число элементов матрицы в прототипе должно быть n². В АРЛС достаточно иметь n элементов, т.к. обнаруживать нужно только опасные объекты, до встречи с которыми осталось t_в с, т.е. объекты, удовлетворяющие условию
.

Это означает, что на поле параметров элементы матрицы, соответствующие опасным объектам, лежат на прямой, имеющей угол наклона αarctg t_в. Следовательно остальные составляющие спектра доплеровских приращений частоты сигнала должны быть подавлены, что и осуществляет селектор опасных объектов. Можно использовать в каждом селекторе сигналов опасных объектов гребенку, состоящую из K фильтров и перекрывающую полосу Df_i. При этом разрешающая способность и точность измерения скорости сближения возрастут в K раз, т.е. требования к разрешающей способности (точности) по дальности и скорости могут удовлетворяться независимо.

Возможность осуществления предлагаемых способа и устройства не вызывает сомнения, т. к. селекторы сигналов опасных объектов со сдвигом частоты от канала к каналу могут быть реализованы как за счет соответствующей настройки фильтров так и за счет создания сетки гетеродинирующих частот. Осуществление схемы "ИЛИ" общедоступно.

В результате использования изобретения исключаются ошибки при определении опасных объектов, связанные с вычислением времени до встречи t_в всех объектов по измеренным их дальностям и скоростям сближения. Существенно упрощается аппаратура.

Изобретение предназначено для использования в устройствах предотвращения столкновения транспортных средств. Предложение заключается в отборе сигналов от объектов (названных опасными), до встречи с которыми осталось заранее определенное время t_в, до их обнаружения без обнаружения и анализа на время до встречи сигналов от всей совокупности объектов, находящихся в луче РЛС. Это достигается с помощью селекции сигналов опасных объектов в каждом интервале дальности (т.е. в каждом селекторе дальности) с помощью соответствующей селекции сигналов опасных целей, т.е. подавления сигналов от всех объектов, кроме тех, скорость сближения с которыми (диапазон доплеровских частот) определяется диапазоном дальности, на который выставлен селектор дальности, и заданным временем до встречи с последующей передачей отселектированных сигналов на отработку через схему ИЛИ. 3 ил.

Способ отбора сигналов от объектов, сближающихся с транспортным средством, включающий генерацию, излучение, прием, преобразование и усиление импульсного когерентного сигнала, селекцию по дальности, фильтрацию, второе преобразование по частоте, детектирование и обнаружение, отличающийся тем, что до обнаружения из сигналов всех объектов, находящихся в рабочих диапазонах дальности и скорости сближения, осуществляют отбор сигналов только тех объектов, до встречи с которыми осталось заданное время до встречи t_в с, где t_в время, достаточное для уклонения транспортного средства от столкновения с объектом, если на опасность этого укажет последующий анализ обнаруженных сигналов, для чего в каждом i-м канале дальности после второго преобразования по частоте подавляют с помощью частотного селектора сигналов все сигналы, кроме отраженного от объекта, скорость сближения которого, а следовательно, и доплеровское приращение частоты сигнала, соответствует заранее заданному оставшемуся времени до встречи t_в, обнаруживают отселектированные сигналы.