Способ определения скорости движения наземного транспорта Российский патент 2023 года по МПК G01P3/486 G01C22/02 

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 комплексирование нескольких измерителей параметров движения.

Известны комплексные навигационные системы для автономной наземной навигации (КНС), которые, вследствие имеющейся 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 [1-5].

Известен «Способ определения скорости движения наземного транспортного средства» [6], где для повышения точности определения скорости НТС используется совместная работа механического и более точного оптоэлектронного датчиков скорости (ОЭДС).

В данном способе при использовании двух измерителей скорости основного и дополнительного осуществляют непрерывное измерение скорости движения объекта основным и периодическое измерение с высокой точностью дополнительным измерителем, при этом используют измерение времени задержки сигнала второго канала относительно первого высокоточным измерителем в определенных границах временных интервалов, предварительно определенных менее точным измерителем.

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

где τ - времени задержки сигнала второго канала относительно первого (транспортное запаздывание).

Принцип работы ОЭДС 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).

В данном способе осуществляют непрерывное измерение скорости объекта основным (МДС) и периодическое измерение скорости с высокой точностью дополнительным измерителем (ОЭДС).

Механический датчик скорости является достаточно надежным и простым измерителем параметров наземной навигации, однако, имеет ряд методических погрешностей в определении пути, основная из которых -погрешность из-за изменения давления в шинах в процессе движения наземного транспортного средства. Поэтому ожидаемым эффектом от совместного использования МДС и ОЭДС является периодическая (в течение времени работы ОЭДС) подкалибровка масштабного коэффициента МДС и повышение точности определения скорости НТС.

Основной проблемой при реализации указанного способа являются повышение точности и достоверности при определении скорости дополнительным измерителем. Действительно, в данном способе предложено оценивать не всю совокупность импульсов, поступающих на чувствительные элементы, а лишь отдельные характерные сигналы в виде импульсов. Однако, такие характерные сигналы, учитывая малое значение могут и не встретиться, кроме того такие сигналы с учетом определенных технических погрешностей измерительной аппаратуры и характеристик микрорельефа будут иметь более сложную форму, периоды нарастания и спада и не совсем ясно, когда определять временной интервал их совпадения.

Кроме того, необходимо отключать измеритель в те моменты, когда измерения сильно искажены (наличие на дорожном покрытии воды, льда, свежего снега, воды со льдом, разность в естественной освещенности участка дорожной поверхности под первым и вторым чувствительным элементом ОЭДС).

Известны способы, направленные на повышение точности и достоверности определении скорости дополнительным измерителем [7, 8].

Так, в «Способе определения скорости наземного транспортного средства» [7] предложено отключать измеритель в те моменты, когда измерения сильно искажены - периодичность измерений высокоточным измерителем определяется на основе сравнения уровней сигналов второго канала высокоточного измерителя относительно первого канала и при их расхождении, превышающем пороговый уровень, отключается более высокоточный измеритель. Однако, как и в [6] отсутствуют действия, реализующие тот или иной критерий достоверности совпадения сигналов в каналах измерителей.

Известен также «Способ определения скорости движения наземного транспортного средства» [8]. В данном способе предложено чувствительные элементы дополнительного измерителя представить в виде прямоугольного поля, состоящего из нескольких рядов оптоэлектронных элементов (например, фототранзисторов). Высокоточный измеритель состоит из нескольких измерительных каналов оптоэлектронных чувствительных элементов, которые идентифицируют области неоднородностей дорожного покрытия; в случае идентификации одной и той же области неоднородностей одновременно двумя, тремя или всеми каналами при наличии пропорциональности отношения значения сигналов всех пар одноименных оптоэлектронных чувствительных элементов соответствующих измерительных каналов, уточняется с разной степенью точности масштабный коэффициент основного измерителя, а в случае идентификации неоднородности только одним каналом высокоточный измеритель переходит в режим одновременной идентификации двух разных областей неоднородностей, находящихся в поле зрения измерительных каналов высокоточного измерителя, после успешной идентификации одной или одновременно двух, из которых также уточняется масштабный коэффициент основного измерителя, в случае же идентификации только одной неоднородности только одним каналом, либо снижения точности определения масштабного коэффициента основного измерителя ниже заданного уровня, корректировка масштабного коэффициента основного датчика временно блокируется и возобновляется через установленный интервал времени.

Достоинством данного способа в отличие от ранее описанных способов является то, что оцениваются не отдельные характерные импульсы, а области неоднородностей дорожного покрытия, что обеспечивает более достоверное и точное определение скорости движения наземного транспортного средства.

Однако данный способ не лишен недостатков. Среди основных, можно выделить следующие:

1. Увеличивается число различных погрешностей при использовании разных рядов каналов измерителя.

2. Сложный алгоритм управления работой измерителя.

3. Отсутствуют действия, реализующих возможный критерий пропорциональности отношения значения сигналов всех пар одноименных оптоэлектронных чувствительных элементов соответствующих измерительных каналов.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является «Способ автономного определения скорости движения наземного транспортного средства» [7].

В данном способе 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 определяемых менее точным измерителем скорости, причем 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.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и достоверности измерения скорости движения наземного транспортного средства на основе использования критерия достоверности совпадения сигналов первого и второго каналов дополнительного измерителя при отсутствии априорной информации о статистических характеристиках микрорельефа подстилающей поверхности, а также шумов измерительной аппаратуры.

Данная цель достигается тем, что в качестве первого и второго каналов дополнительного измерителя скорости используют светочувствительные матрицы заданного размера, идентифицирующие область микрорельефа дорожного покрытия; устанавливают пороговый уровень сигнала на выходах ячеек светочувствительных матриц и создают образы светочувствительных матриц, причем каждой ячейке образов присваивают значение либо нуля либо единицы; при измерении скорости транспортного средства запоминают образ светочувствительной матрицы первого канала и одновременно с заданной тактовой частотой запоминают последовательность образов светочувствительной матрицы второго канала за интервал времени, определяемый менее точным измерителем скорости; в каждом такте определяют сумму ячеек образов светочувствительных матриц первого и второго каналов, где соответствующие значения не совпадают, определяют время задержки сигнала второго канала относительно первого, соответствующее моменту времени получения минимальной суммы ячеек образов, после чего определяют скорость движения транспортного средства и уточняют масштабный коэффициент основного, менее точного измерителя.

Сравнительный анализ существенных признаков прототипа и настоящего способа показывает, что предложенный способ, основанный на использовании критерия достоверности совпадения сигналов первого и второго каналов измерителя при отсутствии априорной информации о статистических характеристиках микрорельефа подстилающей поверхности, а также шумов измерительной аппаратуры, обеспечивает более достоверное и точное определение скорости наземного транспортного средства.

Данное изобретение может быть осуществлено с использованием минипрожектора, типовых светочувствительных матриц и специализированной цифровой вычислительной машины.

Дороги, на которых целесообразно использовать данное изобретение: асфальтовые, гравийные и бетонные.

Источники информации

1. Помыкаев И.И., Селезнев В.П., Дмитриченко А.А. Навигационные приборы и системы: Учебное пособие для ВУЗов, М.: «Машиностроение», 1983. - 456 с.

2. Попов А.П. Теория навигации. Ч. 1. Тексты лекций. М.: МО СССР, 1982. - 196 с.

3. Патент RU 2193755, 2002.

4. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. М.: «Наука», 1966. - 600 с.

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

6. Патент RU 2431847, 2010.

7. Патент RU 2552757, 2015.

8. Патент RU 2680654, 2019.

Способ определения скорости движения наземного транспортного средства (НТС) относится к области автономной наземной навигации. Сущность заявленного способа состоит в следующем. При измерении скорости используются два датчика: основной – механический, а также дополнительный – высокоточный оптоэлектронный. Механический датчик скорости работает непрерывно и определяет временные интервалы, в которых должны производиться измерения скорости оптоэлектронным измерителем. Измерение скорости оптоэлектронным измерителем, работающим периодически, основано на измерении времени задержки при приеме светочувствительными элементами сигналов, отраженных от микрорельефа подстилающей поверхности (ПП) при освещении их мини-прожектором движущегося НТС при известном расстоянии между светочувствительными элементами измерителя. Оптоэлектронный измеритель имеет две светочувствительные матрицы заданного размера, идентифицирующие микрорельеф ПП. При измерении скорости формируются образы светочувствительных матриц с использованием критерия достоверности совпадения сигналов первого и второго каналов измерителей. Оценка скорости проводится при отсутствии априорной информации о статистических характеристиках микрорельефа ПП, а также шумов измерительной аппаратуры. Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности и достоверности определения скорости НТС.

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 определяемых менее точным измерителем скорости, причем 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, отличающийся тем, что в качестве первого и второго каналов дополнительного измерителя скорости используют светочувствительные матрицы заданного размера, идентифицирующие область микрорельефа дорожного покрытия; устанавливают пороговый уровень сигнала на выходах ячеек светочувствительных матриц и создают образы светочувствительных матриц, причем каждой ячейке образов присваивают значение либо нуля, либо единицы; при измерении скорости транспортного средства запоминают образ светочувствительной матрицы первого канала и одновременно с заданной тактовой частотой запоминают последовательность образов светочувствительной матрицы второго канала за интервал времени, определяемый менее точным измерителем скорости; в каждом такте определяют сумму ячеек образов светочувствительных матриц первого и второго каналов, где соответствующие значения не совпадают, определяют время задержки сигнала второго канала относительно первого, соответствующее моменту времени получения минимальной суммы ячеек образов, после чего определяют скорость движения транспортного средства и уточняют масштабный коэффициент основного, менее точного измерителя.