СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2015 года по МПК G01C22/00 G01P3/50 

Изобретение относится к области наземной навигации и может быть использовано в автономных системах наземной навигации, в которых требуется определение с высокой точностью скорости движения и пройденного расстояния наземным транспортным средством (НТС). Для этого используется несколько измерителей параметров навигации, работающих параллельно.

Комплексные навигационные системы (КНС) вследствие имеющейся в них избыточной информации, наличия соответствующих корректирующих цепей и автоматической обработки навигационной информации позволяют получить более точные результаты измерений параметров навигации, чем любой отдельный измеритель.

В качестве дополнительных измерителей могут использоваться измерители, основанные на различных физических принципах определения параметров движения НТС.

Известно множество реализации КНС для наземных транспортных средств, в которых для определения скорости и пройденного пути используются измерители, основанные на различных физических принципах: механический датчик пути/скорости (МДП/МДС), доплеровский датчик скорости (ДДС), измерители линейных ускорений (акселерометры), корреляционно-экстремальные измерители скорости и др.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев конструктивно существующие в настоящее время МДП и МДС весьма близки, разница между ними состоит лишь в принятом алгоритме обработки их выходных сигналов. Так количество импульсов на выходе МДП пропорционально пройденному НТС расстоянию, а количество импульсов на выходе МДП в единицу времени - пропорционально скорости НТС.

Известен также оптоэлектронный датчик скорости (ОЭДС) [1]. Принцип его работы основан на измерении времени задержки τ появления электрических сигналов (импульсов) на выходах первого и второго каналов ОЭДС, на входы которых (оптоэлектронные матрицы) поступают отраженные от дорожного покрытия, освещаемого минипрожекторами ОЭДС, световые потоки Ф(t) и Ф(t+τ).

Оптоэлектронные матрицы установлены на НТС и разнесены в пространстве на строго определенное расстояние l_Б друг относительно друга в продольном направлении по ходу движения НТС. Тогда скорость V движения НТС может быть определена в соответствии с формулой:

V_оэдс=l_Б/τ.

Основное отличие принципа действия ОЭДС от других близких по принципам измерения скорости, например, от корреляционно-экстремальных измерителей скорости [2] заключается в том, что оценивается не вся совокупность сигналов на выходах обоих каналов ОЭДС, а лишь отдельные, характерные импульсы, имеющие достаточно большие амплитуды отраженных импульсов.

Наиболее близкой по технической сущности является навигационная система (НС) для определения скорости, в которой используется основной измеритель, работающий непрерывно во время движения НТС, и дополнительный работающий периодически. В качестве основного используется МДС, который является достаточно надежным и простым измерителем при относительно невысокой точности измерений [3]. Он, кроме того, вырабатывает прогнозируемые значения отрезков интервалов времени, в течение которых должны производиться необходимые измерения скорости движения вторым, более точным измерителем. В качестве дополнительного измерителя используется оптоэлектронный измеритель, позволяющий производить подкалибровку МДС.

В указанной НС выполняются следующие действия.

1. МДС осуществляет непрерывное измерение скорости движения объекта с относительно невысокой точностью и вырабатывает прогнозируемые значения отрезков интервалов времени, в течение которых должны производиться необходимые измерения скорости движения вторым более точным измерителем.

2. ОЭДС периодически дискретно в прогнозируемые отрезки времени выполняет с более высокой точностью измерения скорости движения объекта.

3. На основании точных измерений ОЭДС в ЭВМ вырабатываются поправочные коэффициенты.

4. Поправочные коэффициенты поступают в память ЭВМ для последующей подкалибровки значений МДС.

Недостатком рассмотренного способа является то, что во время движения НТС измерения, производимые точным оптоэлектронным измерителем, могут искажаться при воздействии внешних неблагоприятных дорожных условий. Эти искажения связаны в первую очередь с воздействием таких условий движения НТС, как наличие на дорожном покрытии воды, льда, свежего снега и т.п. В этих условиях при освещении минипрожекторами ОЭДС дорожного покрытия отраженные сигналы от его неоднородностей, воспринимаемые первым и вторым каналами могут либо слабыми, либо существенно отличаться. В этом случае для исключения ошибочной коррекции МДС необходимо управлять периодичностью работы высокоточного измерителя в зависимости от дорожных условий.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения скорости НТС в любых условиях его применения.

В предлагаемом способе определения скорости движения НТС по сравнению с прототипом производится сравнение уровней сигналов второго канала высокоточного измерителя относительно первого канала и при их расхождении, превышающем пороговый уровень, отключают более высокоточный измеритель, то есть ОЭДС, так как его результаты измерений скорости могут быть ошибочными вследствие того, что сигнал на выходе второго канала ОЭДС получен не от той же неоднородности дорожного покрытия, от которой получен сигнал на выходе первого канала.

Пороговый уровень расхождения сигналов первого и второго каналов ОЭДС определяют следующим образом. В результате произведения n измерений сигналов, произведенных на выходах первого и второго каналов ОЭДС за короткий отрезок времени, в течение которого скорость движения НТС меняется незначительно (отрезок времени в несколько мсек), определяется средние значения сигналов, а также среднеквадратические значения разбросов текущих значений сигналов от их среднеквадратических значений. При разности полученных среднеквадратических значений на выходах первого и второго каналов ОЭДС, превышающих пороговое значение, полученное экспериментально (в результате проездов НТС с установленным на нем ОЭДС по мерным участкам дорог с различным покрытием), происходит отключение высокоточного измерителя.

Таким образом, с целью уменьшения неточных коррекций механического датчика скорости в случае неблагоприятных дорожных условий (вода, солнечные блики и т.п.), ОЭДС выключается на некоторый период движения НТС.

Сравнительный анализ существенных признаков существующих способов определения скорости НТС и настоящего способа показывает, что предложенный способ, заключающийся в том, что при использовании двух измерителей скорости основного и дополнительного осуществляют непрерывное измерение скорости движения объекта основным и периодические измерения с высокой точностью дополнительным измерителем и при этом используют измерение времени задержки сигнала второго канала относительно первого высокоточным измерителем в определенных границах временных интервалов, предварительно определенных менее точным измерителем скорости, а периодичность измерений высокоточным измерителем определяют на основе сравнения уровней сигналов второго канала высокоточного измерителя относительно первого канала и при их расхождении, превышающем пороговый уровень, отключают более высокоточный измеритель.

Авторам неизвестна совокупность существенных признаков, применяемых для решения данной технической задачи, что соответствует критерию «изобретательский уровень».

Источники информации

1. Кутузов С.В., Макаров В.А., Кулешов В.В. Патент 2431847 C1 РФ, МПК G01P 3/50 (2006.01) «Способ определения скорости движения наземного транспортного средства». 2010101941/20. Заяв. 22.01.10. Опубл. 20.10.11. Бюл. №29.

2. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Сов. радио, 1974. 392 с.

3. Солодов В.И. Системы наземной навигации. - М.: ВА РВСН им. Петра Великого, 1998, 128 с.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах определения скорости движения наземного транспортного средства. Технический результат - повышение точности определения скорости. Для достижения данного результата периодически корректируют механический датчик скорости от оптоэлектронного датчика скорости, в котором измеряют время задержки при приеме светочувствительными элементами сигналов, отраженных от неоднородностей дорожного покрытия при освещении их минипрожекторами данного датчика. При этом оценивают не всю совокупность импульсов, поступающих с чувствительных элементов, а лишь отдельные характерные импульсы, выделяемые в прогнозируемые интервалы времени, с помощью механического датчика скорости. Периодичность же коррекции механического датчика скорости определяют на основе сравнения сигналов на выходах первого и второго каналов оптоэлектронного датчика скорости.

Способ определения скорости движения наземного транспортного средства, заключающийся в том, что при использовании двух измерителей скорости основного и дополнительного осуществляют непрерывное измерение скорости движения объекта основным и периодические измерения с высокой точностью дополнительным измерителем и при этом используют измерение времени задержки сигнала второго канала относительно первого высокоточным измерителем в определенных границах временных интервалов, предварительно определенных менее точным измерителем скорости, отличающийся тем, что периодичность измерений высокоточным измерителем определяют на основе сравнения уровней сигналов второго канала высокоточного измерителя относительно первого канала и при их расхождении, превышающем пороговый уровень, отключают более высокоточный измеритель.