RU2706798C1 - Ultrasonic system for detection of obstacles to movement of unmanned vehicle - Google Patents
Ultrasonic system for detection of obstacles to movement of unmanned vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2706798C1 RU2706798C1 RU2019101349A RU2019101349A RU2706798C1 RU 2706798 C1 RU2706798 C1 RU 2706798C1 RU 2019101349 A RU2019101349 A RU 2019101349A RU 2019101349 A RU2019101349 A RU 2019101349A RU 2706798 C1 RU2706798 C1 RU 2706798C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- outputs
- receivers
- obstacles
- emitters
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
- G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ультразвуковым системам обнаружения препятствий, предназначенным для регистрации и обработки сигналов, получаемых с ультразвуковых датчиков, и может быть использовано в автономных или дистанционно управляемых транспортных средствах для определения расстояний до препятствий.The invention relates to ultrasonic obstacle detection systems for recording and processing signals received from ultrasonic sensors, and can be used in autonomous or remotely controlled vehicles to determine distances to obstacles.
Обнаружение препятствий основано на методе импульсной ультразвуковой локации, при котором на основании интервала времени, прошедшего между посылкой зондирующего импульса и получением эхо-ответа, вычисляется расстояние до отражающего ультразвук препятствия. В большинстве систем обнаружения препятствий излучатели/приемники ультразвука монтируются по периметру транспортного средства так, чтобы диаграммы направленности различных излучателей/приемников не перекрывались или перекрывались в незначительной степени.Obstacle detection is based on the method of pulsed ultrasonic location, in which, based on the time interval between sending a probe pulse and receiving an echo response, the distance to the ultrasound-reflecting obstacle is calculated. In most obstacle detection systems, ultrasound emitters / receivers are mounted around the perimeter of the vehicle so that the radiation patterns of the various emitters / receivers do not overlap or overlap slightly.
Известна система управления (см. патент RU 2386507, 20.04.2010), обнаруживающая препятствия движению. Система управления содержит средства обнаружения объектов, расположенных на траектории движения или рядом с ней, и средства обработки данных и управления, выполненные с возможностью определения расстояния. Средства обнаружения объектов на траектории движения содержат светоизлучающие средства, выполненные с возможностью освещения области около указанной траектории, и светоприемные средства, выполненные с возможностью приема света, прошедшего через указанную область, так что находящиеся в ней объекты отбрасывают тени на светоприемные средства, которые находятся во взаимодействии со средствами обработки данных и управления, так что они определяют наличие препятствий в упомянутой области на основе изображений, полученных указанными светоприемными средствами. Средства обработки данных и управления содержат средства запоминания, которые выполнены с возможностью хранения изображений, полученных светоприемными средствами, в качестве известных изображений. Недостатками указанной системы являются: - недостаточная точность констатации конфигуративной сложности обнаруженного объекта; - невозможность обеспечить четкое обнаружение объектов при наличии атмосферных осадков; - невозможность обеспечить обнаружение объектов различной структуры (твердых, жидких, зернообразных и порошкообразных), прозрачности и цвета.A known control system (see patent RU 2386507, 04/20/2010) that detects obstacles to movement. The control system includes means for detecting objects located on or near the motion path, and data processing and control means configured to determine the distance. Means for detecting objects on a motion path include light-emitting means configured to illuminate an area near the specified path, and light receiving means configured to receive light transmitted through the specified area, so that objects therein cast shadows on the light receiving means that are in interaction with data processing and control tools, so that they determine the presence of obstacles in the said area based on the images obtained by the indicated light by acceptance means. The data processing and control means comprise storage means which are capable of storing images obtained by light receiving means as known images. The disadvantages of this system are: - insufficient accuracy of the determination of the configurational complexity of the detected object; - the inability to provide a clear detection of objects in the presence of precipitation; - the inability to ensure the detection of objects of various structures (solid, liquid, grain and powder), transparency and color.
Известна также ультразвуковая система обнаружения препятствий, описанная в патенте (RU 2634603, 01.11.2017) и наиболее близкая к заявляемому изобретению, обладающая излучателями/приемниками ультразвукового излучения с возможностью поочередного излучения зондирующих ультразвуковых импульсов каждым излучателем/приемником и последующим параллельным приемом эхо-ответов всеми излучателями/приемниками. На основании интервала времени, прошедшего между моментом излучения ультразвукового сигнала -м излучателем и приемом его -м приемником (), строится эллипс, описывающий возможные положения отражающего ультразвуковые колебания объекта в пространстве, окружающем дистанционно управляемое транспортное средство. Для построения картины окружающих дистанционно управляемое транспортное средство препятствий производится суммирование независимых пересечений, полученных на этапе сбора данных эллипсов. Построенная картина, тем не менее, не обладает достаточной точностью отображения конфигуративной сложности объектов, окружающих дистанционно управляемое транспортное средство, поскольку независимые пересечения эллипсов образуются как вследствие отражения от объектов, окружающих дистанционно управляемое транспортное средство, так и вследствие погрешностей оцифровки сигналов приемников ультразвукового излучения, детектирования отраженных от препятствий импульсов и измерения временных интервалов между излучением сигнала -м излучателем и приемом его -м приемником.Also known is the ultrasonic obstacle detection system described in the patent (RU 2634603, 01/01/2017) and closest to the claimed invention, having emitters / receivers of ultrasonic radiation with the possibility of alternating emission of probing ultrasonic pulses by each emitter / receiver and subsequent parallel reception of echo replies by all emitters / receivers. Based on the time interval between the moment of emission of the ultrasonic signal emitter and its reception receiver ( ), an ellipse is constructed that describes the possible positions of the object reflecting ultrasonic vibrations in the space surrounding the remotely controlled vehicle. To build a picture of obstacles surrounding a remotely controlled vehicle, the independent intersections obtained at the stage of collecting ellipse data are summed. The constructed picture, however, does not have sufficient accuracy in displaying the configurational complexity of objects surrounding a remotely controlled vehicle, since independent intersections of ellipses are formed both as a result of reflection from objects surrounding a remotely controlled vehicle and due to errors in digitization of signals from ultrasonic radiation receivers and detection impulses reflected from obstacles and measuring time intervals between signal emission emitter and its reception th receiver.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность определения конфигуративной сложности препятствий, окружающих автономное или дистанционно управляемое транспортное средство, в результате чего обеспечивается эффективность автоматического планирования траектории движения автономного или дистанционно управляемого транспортного средства.The present invention improves the accuracy of determining the configurational complexity of the obstacles surrounding an autonomous or remotely controlled vehicle, which ensures the efficiency of automatic planning of the trajectory of an autonomous or remotely controlled vehicle.
Структурная схема системы представлена на рисунке (фиг. 1). Повышение точности определения конфигуративной сложности препятствий достигается за счет использования системы содержащей (для примера – 4) излучателей/приемников ультразвуковых импульсов (1 – 4), выходы которых подключены ко входам соответствующих формирователей цифровых импульсов (7 – 10), а входы возбуждения – к выходу задающего генератора (5); выходы формирователей цифровых импульсов (7 – 10) при этом подключены к входам остановки соответствующих блоков измерения временных интервалов (13 – 16), входы запуска блоков измерения временных интервалов подключены к выходу распределителя импульсов запуска (6), а счетные входы блоков измерения временных интервалов подключены к генератору опорной частоты (12); цифровые выходы блоков измерения временных интервалов при этом подключены к соответствующим входам блока цифровой обработки (17), вход начала цикла которого подключен к выделенному выходу распределителя импульсов запуска (6), выходы распределителя импульсов запуска подключены к соответствующим входам излучателей/приемников ультразвуковых импульсов (1 – 4); входы/выходы блока цифровой обработки подключены к входам/выходам интерфейсного блока (19), обеспечивающего взаимодействие системы обнаружения препятствий с внешними системами.The structural diagram of the system is shown in the figure (Fig. 1). Improving the accuracy of determining the configurational complexity of obstacles is achieved through the use of a system containing (for example - 4) emitters / receivers of ultrasonic pulses (1 - 4), the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding shapers of digital pulses (7 - 10), and the excitation inputs - to the output of the master oscillator (5); exits digital pulse shapers (7-10) are connected to the stop inputs of the corresponding time interval measurement units (13-16), the start inputs of the time interval measurement units are connected to the output of the start pulse distributor (6), and the counting inputs of the time interval measurement units are connected to reference frequency generator (12); the digital outputs of the time interval measuring units are connected to the corresponding inputs of the digital processing unit (17), the input of the beginning of the cycle of which is connected to the dedicated output of the trigger pulse distributor (6), the outputs of the trigger pulse distributor are connected to the corresponding inputs of the emitters / receivers of ultrasonic pulses (1 - 4); the inputs / outputs of the digital processing unit are connected to the inputs / outputs of the interface unit (19), which ensures the interaction of the obstacle detection system with external systems.
Работа системы заключается в циклическом поочередном излучении излучателями/приемниками (1 – 4) ультразвуковых импульсов и приеме эхо-сигналов, отраженных от препятствий, попадающих в общую диаграмму направленности всеми используемыми в системе излучателями/приемниками.The system operation consists in alternating cyclically alternating emitters / receivers (1 - 4) of ultrasonic pulses and receiving echo signals reflected from obstacles falling into the general radiation pattern of all emitters / receivers used in the system.
Один цикл работы системы включает в себя излучение зондирующих импульсов каждым из излучателей/приемников, входящих в систему, излучение зондирующего импульса и последующий его параллельный прием представляют собой один такт работы системы.One cycle of the system operation includes the emission of probe pulses by each of the emitters / receivers included in the system, the radiation of the probe pulse and its subsequent parallel reception are one clock cycle of the system.
В каждом такте интервал времени , прошедший с момента излучения зондирующего импульса -м излучателем и приема -м приемником прямо пропорционален сумме расстояний от излучателя до препятствия и от препятствия до приемника :In each measure, the time interval that has passed since the radiation of the probe pulse emitter and reception -th receiver is directly proportional to the sum of the distances from the emitter to the obstacle and from obstacle to receiver :
(1) (one)
где – скорость распространения ультразвука в воздухе, – расстояние от излучателя до препятствия,
– расстояние от препятствия до приемника,
– координаты препятствия в системе координат, связанной с транспортным средством,Where - the speed of propagation of ultrasound in the air, - distance from the emitter to the obstacle,
- distance from the obstacle to the receiver,
- coordinates of the obstacle in the coordinate system associated with the vehicle,
– координаты излучателя в системе координат, связанной с транспортным средством, - the coordinates of the emitter in the coordinate system associated with the vehicle,
– координаты приемника в системе координат, связанной с транспортным средством. - the coordinates of the receiver in the coordinate system associated with the vehicle.
В каждом -м такте решения уравнения (1) формируют множество точек – эллипс, фокусами которого являются координаты излучателя и приемника (фиг. 2). В случае множество представляет собой окружность радиуса с центром . Попарные пересечения множеств и , полученных в -м такте работы системы как решения систем уравненийIn each -th step solutions of equation (1) form a set of points - an ellipse whose foci are the coordinates of the emitter and receiver (Fig. 2). When a bunch of represents a circle of radius centered . Pairwise intersections of sets and obtained in -th step of the system as a solution of systems of equations
, ,
формируют множество точек окружающих транспортное средство препятствий . В свою очередь, объединение множеств , полученных на каждом такте очередного цикла работы системы , формирует картину препятствий, окружающих транспортное средство (фиг. 3). Объединение частных множеств позволяет повысить точность определения конфигуративной сложности препятствий, окружающих беспилотное транспортное средство.form many points of obstacles surrounding the vehicle . In turn, the union of sets received at each cycle of the next cycle of the system , forms a picture of the obstacles surrounding the vehicle (Fig. 3). The union of private sets improves the accuracy of determining the configurational complexity of the obstacles surrounding an unmanned vehicle.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019101349A RU2706798C1 (en) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | Ultrasonic system for detection of obstacles to movement of unmanned vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019101349A RU2706798C1 (en) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | Ultrasonic system for detection of obstacles to movement of unmanned vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2706798C1 true RU2706798C1 (en) | 2019-11-21 |
Family
ID=68653071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019101349A RU2706798C1 (en) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | Ultrasonic system for detection of obstacles to movement of unmanned vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2706798C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2795345C1 (en) * | 2020-11-10 | 2023-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью «Яндекс Беспилотные Технологии» | Methods and systems for providing scan data for decision-making in a self-driving vehicle |
US11994622B2 (en) | 2020-11-10 | 2024-05-28 | Direct Cursus Technology L.L.C | Methods and systems for providing scan data for decision making by a self-driving vehicle |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6281786B1 (en) * | 1998-04-20 | 2001-08-28 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Obstacle detection system for a vehicle |
US6289282B1 (en) * | 1998-09-15 | 2001-09-11 | Mannesmann Vdo Ag | Method of determining the distance between and object and a device of varying location |
RU2513097C2 (en) * | 2008-01-21 | 2014-04-20 | Роберт Бош Гмбх | Driver's help system and method of its configuration and appropriate ultrasound transducer |
US20170197616A1 (en) * | 2014-09-12 | 2017-07-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Collision prevention device |
RU2634603C2 (en) * | 2015-11-26 | 2017-11-01 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Ultrasound obstacle detection system for moving mobile object |
CN207292413U (en) * | 2017-06-21 | 2018-05-01 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | The panorama detection unmanned equipment of formula with annular sensory perceptual system |
-
2019
- 2019-01-18 RU RU2019101349A patent/RU2706798C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6281786B1 (en) * | 1998-04-20 | 2001-08-28 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Obstacle detection system for a vehicle |
US6289282B1 (en) * | 1998-09-15 | 2001-09-11 | Mannesmann Vdo Ag | Method of determining the distance between and object and a device of varying location |
RU2513097C2 (en) * | 2008-01-21 | 2014-04-20 | Роберт Бош Гмбх | Driver's help system and method of its configuration and appropriate ultrasound transducer |
US20170197616A1 (en) * | 2014-09-12 | 2017-07-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Collision prevention device |
RU2634603C2 (en) * | 2015-11-26 | 2017-11-01 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Ultrasound obstacle detection system for moving mobile object |
CN207292413U (en) * | 2017-06-21 | 2018-05-01 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | The panorama detection unmanned equipment of formula with annular sensory perceptual system |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2795345C1 (en) * | 2020-11-10 | 2023-05-03 | Общество с ограниченной ответственностью «Яндекс Беспилотные Технологии» | Methods and systems for providing scan data for decision-making in a self-driving vehicle |
US11994622B2 (en) | 2020-11-10 | 2024-05-28 | Direct Cursus Technology L.L.C | Methods and systems for providing scan data for decision making by a self-driving vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11753003B2 (en) | Surface normal determination for LIDAR range samples by detecting probe pulse stretching | |
EP2972471B1 (en) | Lidar scanner | |
US11733377B2 (en) | Time of flight and code signature detection for coded ultrasonic transmission | |
US6509958B2 (en) | Method for distance measurement and a distance measuring device | |
KR100556612B1 (en) | Apparatus and method of localization using laser | |
US6289282B1 (en) | Method of determining the distance between and object and a device of varying location | |
CA3012691A1 (en) | Lidar based 3-d imaging with far-field illumination overlap | |
CN103119469A (en) | Luecking christoph [de]; risse rainer [de]; ronnenberg udo [de]; stender axel [de] | |
JP2018513981A (en) | 3D position determination method and apparatus | |
CN101319898B (en) | Measuring system | |
WO2022126427A1 (en) | Point cloud processing method, point cloud processing apparatus, mobile platform, and computer storage medium | |
CN1327240C (en) | Pulse echo treating method and device for laser range finder | |
US7576839B2 (en) | Range and velocity sensing system | |
US5671190A (en) | Method and device for measuring the distance of an object from an ultrasonic transmission/reception unit | |
CN112601972A (en) | Method and system for increasing time-of-flight system range by unambiguous range switching | |
RU2706798C1 (en) | Ultrasonic system for detection of obstacles to movement of unmanned vehicle | |
US6262942B1 (en) | Turbulence-resolving coherent acoustic sediment flux probe device and method for using | |
CN109212544B (en) | Target distance detection method, device and system | |
CN114026461A (en) | Method for constructing point cloud frame, target detection method, distance measuring device, movable platform and storage medium | |
RU2545068C1 (en) | Measurement method of changes of heading angle of movement of source of sounding signals | |
WO2020237663A1 (en) | Multi-channel lidar point cloud interpolation method and ranging apparatus | |
KR20060013500A (en) | Range sensing system | |
RU2515419C1 (en) | Method of measuring change in course angle of probing signal source | |
JP7463561B2 (en) | Method for determining the velocity of an object using ultrasonic pulses - Patents.com | |
RU189788U1 (en) | ULTRASONIC DALNOMER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210119 |