Устройство для измерения параметров движения объекта Советский патент 1988 года по МПК G01P3/68 

Изобретение относится к устройст- вам бесконтактного измерения парамет ров движения и может быть использовано, в частности, в системах наземной навигации для определения координат подвижных объектов.

Целью изобретения является шение точности измерения устройства,

Схема определения параметров движе кия объекта содержит блок программных переключений, первый вход которого яйляеуся пятым информационным входом сНемы определения параметров движе-- ния объекта, первый, второй и третий вщходы блока программных переключе- кий являются первым, вторым -и третьим вьгходом схемы определения параметров движения соответственно, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок определения пути и линейной скорости, блок определения угловой скорости и т)риггер четвертый вход схемы опре- де.тгения параметров движения связан с вторым входом блока программных пepeкJПoчeний, с вторым входом схемы определения пути и линейной скорости, с входом установки в О триггера, вход установки в 1 которого связан С четвертым выходом блока программных переключенийJ прямой выход триггера связан с первым входом элемента И, . выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход которого связан с первым входом блока определения пути и линей, ной скорости, выход которого является первьш вьгходом устройства, инверс ный выход триггера связан с четвер- тым входом блока определения угловой скорости, выход которого является вторым выходом устройства, первый, второй, третий входы блока определе- .НИН угловой скорости являются первым, вторым, третьим входами схемы определения параметров движения.

Введение блока определения угло вой скорости с его электрическими . связями, выполнение информационно - измерительных каналов из оптических и оптико-электронных элементов, а также наличие вращателя изображения и двухкоординатного дефлектора во втором информационно-измерительном канале с их оптическими связями являются существенными признаками, отличаюшл- ми предлагаемое устройство от известного

о 5 0 5 Q

5

5

0

5

На фиг, представлены блок-схемы устройства и его углов.

Устройство (фиг,) содержит объектив 1 , преобразователь 2., ;светофильтр 3, транспарант 4 мультипликатор 5, матрицы анализирующих оптических масок 6, канальных линз 7 и канальных фотодетекторов 8, двухкоордянатный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь 11, светофильтр 12, вращатель 13 изображения, транспарант 14, мультипликатор 15, матрицы анализирующих оптических масок 16, канальных линз 17, канальных фотодетекторов 18, блок 19 управления, коррелятор 20 и блок 21 определения параметров движения, на который поступает сигнал 22,

Коррелятор 20 (фиг.2) содержит пер- вую ячейку электронных ключей 23, вторую линейку электронных ключей 24, блок 25 памяти, блок 26 вычисления корреляционной: функции, схему 27 сравнения .

о

Блок 21, определения параметров движения объекта (фиг.З) содержит блок 28 программных переключений, триггер 29, генератор 30 тактовых импульсов, элемент И 31, блок 32 определения пути и линейной скорости, блок 33 опре-. деления угловой скорости.

Блок 28 программных переключений (фиг,4) содержит триггеры 34-37, элементы И 38 и 39, элемент ИЛИ 40, усилители 41 и 42 элементы 43 и 44 задержки.

Блок 33 определения угловой скорости (фиг.5) содержит элемент И-НЕ 45s, элементы И 46-48, преобразовате- ли 49-51 , аналог - код, счетчики 52- 54,, элемент 55 задержки, блок 56 вычисления о

Блок 32 определения пути и линейной скорости (фиг.6) содержит элементы 57 и 58 задержки, счетчики 59 и 60 и блок 61 деления, Оптические входы объектива 1 и двухкоординатного дефлектора 9 являются первым и вторым входами устройст ва соответственно. Выходы блоков 32 и 33 являются первым и вторым выходами устройства.Двухкоординатный дефлектор 9 предназначен для сканирования визирной осью объектива 10 по двум взаимно перпендикулярным направлениям по горизонтали и вертикали.

Преобразователи 2 и 11 вместе со светофильтрами 3 и 12 соответственно

314Й21

позволяют осзпцествлять переход от одного диапазона световых волн к дру гим, например от инфракрасного к ви- димому. Вращатель 13 изображения пред--ц назначен для компенсации влияния колебаний объекта относительно поперечной оси. Блок 19 управления предназначен для управления двухкоординатным дефлектором 9 и вращателем 13 изобра-i о жения путем подачи управляющих напряжений разной частоты на их электрические входы.

Мультипликаторы 5 и 15 размножают входное изображение, создавая в вы- 15 ХО.ДНОЙ плоскости N идентичных непересекающихся изображений, совпадающих с исходным с точностью до масштабного преобразования. Матрицы 6 и 16 анализирукшщх оптических масок, на 20 каждой из которых записана одна из анализирующих функций М|,(х,у), предназначены для выполнения операций умножения на двухмерньт функции 1 {(х,у),;25

Коррелятор 20 предназначен для вычисления корреляционной функции зображений с первого и второго объективов и эьщачи сигнала совпадения на ход блока 21 определения параметров 30 вижения объекта, если значение кор- еляционной функции равно или меньше порогового значения. Блок 21 опредеения параметров движения ббъекта предназначен для определения пути, инейной скорости и относительной угловой скорости движений объекта.

Устройство работает следующим образом,

В момент начала движения на инфор- о мационный вход блока 21 определения параметров движения поступает сигнал 22 - команда на измерение скорости. Пусть объект движется в направлении, показанном стрелкой (фиг.О. С одно- g го выхода блока 28 поступает команда на включение блока 19, ас другого ыхода блока 28 - Команда на открытие инейки электронных ключей 23. Одновременно на следующем выходе блока . 28 появляется импульс, который переодит триггер 29 в единичное состояние. При этом импульсы с генератора 30 через элемент И 31 начинают посту пать в блок 32, Первый по ходу движения комплект приборов используется для фиксации эталонного изображения. Ось объектива первого информационно- измерительного канала положение в

35

55

1

5

0

о g

5

5

60

пространстве не изменяет. Световой поток, промодулированный входным изображением на транспаранте А, пост тупает на мультипликатор 5, с выхода которого мультиплицированные изображения проектируются на матрицу 6, содержащую N анализирующих оптических масок, на каждой из которых записана одна из анализирующих функций.

Световое распределение на выходе каждой маски интегрируется матрицей 7 канальных линз и регистрируется матрицей 8 канальных фотодетекторов. Зафиксированные величины с выходов матрицы 8 через открытые электронные ключи 23 поступают на N входов блока 25 памяти, с выхода которого поступают на N первых в-ходов блока 26 вычисления корреляционной функции. Далее по командам с выходов блока 28 закрьшаются электронные ключи 23 и открьшаются электронные ключи 24, При этом на N вторые входы коррелятора 20 с выхода матрицы 18 канальных фотодетекторов поступает проанализи- рованно е оптическими масками изображение от второго по ходу движения объектива. Визирная ось этого объекти ва изменяет свое положение в прост-. ранстве в двух взаимно перпендикулярных направлениях за счет работы двух- координатного дефлектора 9, управля- емого напряжениями с первого и второго выходов блоков 19, причем скани-, .рование визирной осью по вертикали осуществляется с частотой в несколько раз большей, чем частота сканирования визирной осью по горизонтали,. Скани-/ рование. визирной осью объектива необходимо в связи с тем, что объект испытывает бортовую качку и поворачивается в соответствии с дорожньпчи условиями, что приводит к изменению ракурса изображения. Объект также совершает колебания относительно поперечной оси, что приводит к вращению изображения в поле апертуры объектива, значительно ухудшающее точность работы устройства. Для компенсации влияния этих кол-ебаний изображение вращается, так как на электрический вход вращателя 13 подается управляющее напряжение с третьего выхода блока 19 управления.

Матрица 16 анализирующих оптических масок анализируетV изображение с второго информационно-измерительного канала блока 26 вычисления кор514

реляционной функции, в котором проис- ходит вьтисление корреляционной функ - дИи двух множеств, состоящих из N личин, полученных при спектральном расположении изображений с первого и в.торого информационно из мерит ель- ных каналов. Вычисленное значение кор реляхдаонной функции поступает в схему 27 сравнения с пороговым значением Е|сли вычисленное значение равно или неньше порогового значения, то во входную апертуру второго объектива Попало изображение, зафиксированное э блоке 25 памятИа Со схемы 27 срав- нения подается сигнал на вход установки в О триггера 29 и второй вход ©лока 32, Триггер 29 перебрасывается и прекращает поступление импульсов с генератора 30 в блок 32, Однавремен« йо по сигналу с инверсного выхода « триггера 29, блок 33 фиксирует напря«- ение с выходов блока 19. ; Количество импульсов, поступивших в блок 32s пропорционально линейной скорости объекта. Зафиксированные напряжения с выходов блока 19 пропор- циональны повороту объекта относитель

но вертикальной оси и углам наклона объекта относительно продольной и .по-

:перечной осей. Из этой информации опг ределяется относительная угловая ско°- рость объекта

Выбирая соответствукщие светофильт ры 3 и 12 и транспаранты 4 и 14, можно регистрировать изображения в широком диапазоне видимого и инфра« красного спектров. Таким образом, измерительное устройство может ра- ботать при любом освещении и разных метеорологических условиях

Информационным сигналом для блока 28 программных переключений является команда 22 оператора Пуск, По ко манде 22 Пуск на вход установки в 1 триггера 34 подается релейньй сигнал, которьй переводит триггер 34 в единичное состояние и поступает на вход элемента ИЛИ 40, Сигнал с последнего -устанавливает триггер 36 в единичное состояние, сигнал с прямо го выхода которого поступает на блок 19 5 на вход установки в единичное соетояние триггера 29 и через мент И 39 усилитель 41 открьюает электронные ключи 23, Сигнал с элемента И 39 также запускает элемент 44 задержки, который настраивается на . время записи в блок 25 памяти вели«

B 0 5

О

Q

Q g

5

1606

чин разложения входного изображения. По истечении времени записи элемент 44 задержки выдает сигнал на единичный вход триггера 37, который закрывает элемент И 39, обесточивает усилитель 41 и закрьтает электроннь:е ключи 23, и прямой выход которого через усилитель 42 открывает электронные ключи 24. .

В результате корреляционного сравнения сигнал со схемы 27 сравнения поступает на единичный вход триггера 35 и переводит его в единичное состояние. Сигнал с прямого выхода триггера 35 поступает на входы установки в О триггеров 36 и 37 и элемент 43 задержки. При этом триггер 36 перехо- ,дит в нулевое состояние и снимает - сигнал с единичного входа триггера 29, триггер 37 переходит в нулевое состояние и через усилитель 42 закрьюает электронные ключи 24. Элемент 43 задержки настраивается на время, достаточное для переключения триггеров ° 36 Ti 37, По истечении времени задержки элемент 43 задержки выдает сигнал на перевод триггера 35 в нулевое сосг тояние и сигнал на элемент И 38, по сигналу с которого начинается новый цикл работы устройства.

Блок 33 работает следующим образом,

Напряжения с первого второго и « третьего выходов блока 19 управления, пропорциональные угловым скоростям объекта по вертикальной (wO продольной (ы) и поперечной (tOj) осям, пос- тупают на входа преобразователей 49- 51 аналог -.код. После преобразования импульсы, пропорциональные угловым скоростям, через открытые элементы И поступают на счетчики 52-54, Элементы И 46-48 открыты-за счет сиг нала, который .поступает с выхода эле- мента И-НЕ 45, вход которого связан с инверсным выходом триггера 29, По сигналу с инверсного выхода триггера 29 информация из счетчиков 52-54 пос- тупает в блок 56, который вычисляет относительную угловую скорость по Формуле

UJi-|u) (- Ы + 4

1 1

Сигнал с инверсного выхода триггера 29 также поступает на элемент 55 задержки. Бремя задержки выбирается необходимым для вычисления блоком 56

71А

угловой скорости U .По истечении времени задержки сигнал с выхода элемента 55 задержки приводит в нулевое состояние счетчики 52-54, в исходное состояние блок 56, и блок 33 определения угловой скорости готов к новому циклу вычислений.

Блок 32 работает следующим образом,

С выхода элемента И 31 импульсы от генератора 30 тактовых-импульсов поступают на вход-записи счетчика 60, В результате корреляционного сравнения в корреляторе 20 сигнал со схемы 27 поступает на вход записи счетчика 59, в котором записывается импульс, соответствующий пройденному пути, равному 1 м, так как пройденньш путь S определяют как S N Д$, где N - количество импульсов; /а S - шаг, В предлагаемом устройстве шаг л$ выбирается из условия dS L 1 м, где L - -расстояние между объективами устройства. Сигнал со схемы 27 через элемент 57 задержки, настроенный на время, необходимое для срабатьшания триггера 29, поступает на входы счи тывания счетчиков 59 и бОо При этом с выхода счетчика 59 снимается инфор- нация Q пройденном пути S , ас выхода счетчика 60 - информация о времени прохождения объектом расстояния, равного S 1 м, выражаемого через число импульсов По Так как Т n/f S f t n

тота генератора 30, то количество импульсов n со счетчика 60 поступает на блок 61 деления f; на n и на выхо- де блока 61 имеем информацию о линейной скорости движения объекта V, Сигнал с выхода элемента 57 задержки также поступает на элемент 58 задержг ки, настроенный на время, необходи- мое для вычисления скорости V, и по истечении которого сигнал с элемента 58 задержки обнуляет счетчик 60,

Формула изобретения

1, Устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее два информационно-измерительных канала, подключенных к входам двухканального коррелятора и блок определения

параметров движения объекта, отличающееся тем, что, с целью ,повышения точности измерения устрой

и V

, где Т - времяJ f - час

0 5 о

Q g

«э

5

60 8

ства, в него введены в первьш инфор- магшонно-измерительный канал последовательно установленные на одной оптической оси объектив, прёобразова-i тель оптического изображения, светофильтр, транспарант, мультипликатор, матрица N анализирующих оптических масок, матрица N канальньпс линз, матрица N канальных фотодетекторов, выходы которых являются выходами первого информационно-измерительного канала, второй информационно-измерительный канал состоит из блока управления и последовательно установленных на одной оптической оси двухкоорди- натного дефлектора, объектива, пре-

.образователя оптического изображения, светофильтра,вращателя изображения,

транспаранта,мульпшлексора,матрицы N анализирующих оптических масок,матрицы N канальных линз,матрицы N канальных фотодетекторов, выходы которых являются выходами второго информационно- измерительного канала, первый и второй выходы блока управления соединены с первым и вторым входами двухко- ординатного дефлектора соответственно и с первым и вторым входами блока определения параметров движения соответственно, третий выход блока управления соединен с входом вращателя изображения и с третьим входом блока определения параметров движе- ния, N выходы первого информационно- измерительного канала соединены с N первыми входами коррелятора, N выходы второго информационно-измеритель ного канала соединены с N вторыми входами коррелятора, выход которого соединен с четвертым входом блока определения параметров движения, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым входами коррелятора, третий выход блока определения параметров движения соединен с входом блока управления, пятый вход блока определения параметров движения соединен с входом устройства,

2, Устройство по п,1, о т л и ч а- ю щ е е тем, что коррелятор состоит из блока памяти, блока вычисг- ления корреляционной функции, блока сравнения и двух линеек электронных ключей, N первые входы коррелятора через первую линейку электронных ключей соединены с входами блока мяти, выходы которого соединены с . первыми входами блока вычисления кор914221

реляционной функции, другие входы коррелятора через линейку электронных ключей соединены с вторыми входами блока вычисления корреляционной функции, выход которого соединен с входом схемы сравнения, выход которой является выходом коррелятора, третий и четвертый входы коррелятора, являются входами первой и второй линеек . ё;пектронных ключей соответственно.

i 3,,Устройство по п,1, о тл и ающееся тем, что блок опре- Деления параметров движения объекта додержит блок программных переключений, первый вход которого являет™ ся пятым информационным входом блока определения параметров движения объекта, первый второй, третий вы- Ходы блока программных переключений являются первым, вторым и третьим выходами блока определения параметров г№ижекия соответственно, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок Определения пути и линейной скорости.

1

5

0

5

6010

блок определения угловой скорости и триггер, четвертый вход блока определения параметров движения соединены . с вторым входом блока программных переключений, с вторым входом блока определения пути и линейной скорости и с первым входом триггера, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока программных . переключе- НИИ, прямой выход триггера соединен с первым входом элемента И, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом блока определения пути и линейной скорости, выход которого является первым вькодом устройства, инверсный выход триггера связан с четвертым входом блока определения угловой скорости, выход которого является вторым выходом устройства, первый, второй, третий входы блока определения угловой скорости являются первым, вторым, третьим входами блока определения параметров движения.

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров движения и может быть использовано в системах наземной навигации для определения координат подвижных объектов. Целью изобретения является повьшение точности измерения. В устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее два ин формационно-измерительных канала, подключенных к входам двухканального коррелятора 20, и блок 21 определения параметров движения объекта, ввег . дены в первый информационно-измерительный канал объектив 1, преобразователь 2 оптического изображения, светофильтр 3, транспарант 4, мультипликатор 5, матрица 6 анализируюпщх оптических масок, матрица 7 канальных линз, матрица 8 канальных фотодетекто- ров, во второй информационно-измерительный канал блок 19 управления, двухкоординатный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь 11 оптического изображения, светофильтр 12, вращатель изобрджения 13, транспарант 14, мультипликатор 15, матрица 16 анализирующих оптических масок, матрица 17 канальных линз, матрица 18 ка- нальных фотодетекторов, 2 з,п.ф-лы, 6 ил. О) 4 Ю Ю а:

8

18

Фиг. 2

19232

27

иг.5

27

32

3i

58

Редактор И.Шулла

Составитель А.Лисицын Техред А.Кравчук

Заказ A-iZS/AS

Тираж 8А7

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1 G

59

f G

60

61

Фиё.6

Корректор А.Обручар

Подписное