BR112013010667A2 - aparelho, objeto, método e programa de computador de determinação de velocidade - Google Patents

Abstract

APARELHO, OBJETO, MÉTODO E PROGRAMA DE COMPUTADOR DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE A presente invenção refere-se a um aparelho de determinação de velocidade (1) para determinar a velocidade de um objeto (2). Uma unidade de medição da frequência Doppler é adaptada para medir frequências Doppler em pelo menos três direções de frequência diferentes, em que uma unidade de cálculo da frequência Doppler é adaptada para calcular a frequência Doppler para uma direção de frequência de cálculo que é similar a uma das pelo menos três direções de frequência diferentes, dependendo das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência adicionais das pelo menos três direções de frequência diferentes. A velocidade pode ser determinada em seguida dependendo da frequência Doppler calculada e das frequências Doppler medidas. Como, na direção de frequência de cálculo, a frequência Doppler medida não é necessária para determinar a velocidade, pode-se também determinar uma velocidade confiável na direção da frequência de cálculo, mesmo se a medição da frequência Doppler nessa direção da frequência de cálculo for prejudicada.

Description

APARELHO, OBJETO, MÉTODO E PROGRAMA DE COMPUTADOR DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um aparelho de determinação da velocidade, método de determinação da velocidade e programa de computador de determinação da velocidade para determinar a velocidade de um objeto. A . presente invenção refere-se ainda a um objeto que compreende o aparelho de determinação da velocidade. - 10 ANTECEDENTES DA INVENÇÃO US 6.233.045 B1 descreve um sensor de interferência de automistura para determinar a velocidade de um objeto. O sensor de automistura compreende um laser que emite um feixe de laser que é dirigido, por exemplo, para a terra. O feixe 15º de laser é refletido pela terra e Oo feixe de laser refletido entra na cavidade do laser. O feixe de laser refletido, que entra na cavidade de laser, interfere com o campo eletromagnético do presente. A interferência, a chamada interferência de automistura, surge na forma de variações de intensidade do campo eletromagnético no interior da cavidade. A frequência principal do sinal de interferência de automistura é a frequência Doppler, em que a frequência Doppler é utilizada para determinar a velocidade do objeto. Í Esta determinação da velocidade pode ser ' 25 prejudicada, por exemplo, por ambientes automotivos inóspitos e condições de rodovia hostis, caso O objeto seja, por exemplo, um veículo. O feixe de laser pode também ser temporariamente bloqueado por elementos de difusão entre o laser e a superfície da rodovia, ou seja, a terra, Ou à retroalimentação de automistura, ou seja, o feixe de laser refletido pode tornar-se fraco demais devido à falta de foco grande demais ou à presença de objetos bloqueadores tais como folhas ou outros rejeitos que podem ser levantados pela

2/36 Í “| turbulência do ar. A qualidade da determinação da velocidade pode, portanto, ser reduzida.

RESUMO DA INVENÇÃO É objeto da presente invenção fornecer um aparelho de determinação de velocidade, método de determinação de velocidade e programa de computador de determinação da velocidade para determinar a velocidade de um objeto, o que ' permite aprimorar a qualidade de determinação da velocidade. É um objeto adicional da presente invenção fornecer um objeto . 10 correspondente que compreende o aparelho de determinação da velocidade.

Em um primeiro aspecto da presente invenção, é apresentado um aparelho de determinação da velocidade para determinar a velocidade de objetos, em que O aparelho de determinação da velocidade compreende: - uma unidade de medição da frequência Doppler para medir uma frequência Doppler para pelo menos três direções de frequência diferentes; - uma unidade de cálculo da frequência Doppler para calcular a frequência Doppler de uma direção de frequência de cálculo das pelo menos três direções de frequência diferentes, dependendo das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência : adicionais das pelo menos três direções de frequências h 25 diferentes; e - uma unidade de determinação da velocidade para determinar a velocidade do objeto dependendo da frequência Doppler calculada, que foi calculada para a direção de frequência de cálculo, e as frequências Doppler para as pelo menos duas direções de frequência adicionais.

Como a unidade de cálculo da frequência Doppler é adaptada para calcular a frequência Doppler de uma direção de frequência de cálculo das pelo menos três direções de frequência diferentes, dependendo das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência adicionais das pelo menos três direções de frequências diferentes, pode também ser determinada uma frequência Doppler confiável na direção de frequência de cálculo, mesmo se a medição da frequência Doppler nessa direção de frequência de cálculo for prejudicada.

Particularmente, a . unidade de determinação da velocidade pode determinar a velocidade do objeto, mesmo se a medição da frequência - 10 Doppler na direção de frequência de cálculo for prejudicada, utilizando a frequência Doppler calculada e as frequências Doppler medidas para as pelo menos duas direções de frequência adicionais, que são diferentes para a direção de frequência de cálculo.

Isso permite melhorar a qualidade de 15º determinação da velocidade do objeto.

O objeto é, preferencialmente, um veículo.

A direção da frequência é uma direção na qual é medida a frequência Doppler.

A unidade de determinação da velocidade é preferencialmente adaptada para determinar a velocidade em três direções de velocidade para determinar a velocidade tridimensional.

O objeto move-se preferencialmente em direção frontal em um plano horizontal, em que as três direções de i velocidade incluem preferencialmente a direção frontal, uma b 25 direção lateral, que preferencialmente também se encontra no plano horizontal e que é preferencialmente ortogonal à direção frontal, e uma direção vertical.

Preferencialmente, as frequências Doppler medidas em diferentes direções de frequência são medidas independentemente entre si, Ou seja, a medição de uma frequência Doppler em uma primeira direção de frequência preferencialmente não é influenciada pela medição da frequência Doppler em uma segunda direção de frequência que é diferente da primeira direção de frequência. A unidade de medição da frequência Doppler é adaptada para medir em cada direção de frequência uma frequência Doppler distinta.

Preferencialmente, a unidade de cálculo da frequência Doppler é adaptada não apenas para calcular o valor absoluto da frequência Doppler, mas também o sinal da frequência Doppler, em que a unidade de determinação da ' velocidade pode ser adaptada não apenas para determinar O valor absoluto da velocidade, mas também a direção da - 10 velocidade.

Prefere-se que a unidade de determinação da velocidade seja adaptada para determinar a velocidade em três direções da velocidade para determinar a velocidade tridimensional, em que as três direções da velocidade são diferentes das pelo menos três direções de frequência, de tal forma que a velocidade em uma das direções da velocidade pode ' ser determinada por uma combinação de frequências Doppler medidas para as pelo menos três direções de frequência. Prefere-se ainda que a unidade de cálculo de frequência Doppler seja adaptada para calcular a frequência Doppler para a direção de frequência de cálculo dependendo de uma combinação linear das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência adicionais. Prefere-se í ainda que a unidade de cálculo de frequência Doppler seja ' 25 adaptada para calcular a frequência Doppler para a direção de frequência de cálculo dependendo da soma negativa das frequências Doppler medidas para as outras pelo menos duas direções de frequência. Isso permite o cálculo da frequência Doppler para a direção de frequência de cálculo com baixos esforços de computação.

Prefere-se — adicionalmente que o aparelho de determinação da velocidade compreenda adicionalmente uma unidade de determinação do atendimento da condição de precisão para determinar se uma condição de precisão que indica a precisão do cálculo realizado pela unidade de cálculo de frequência Doppler é atendida, em que a unidade de cálculo da frequência Doppler é adaptada para calcular a frequência Doppler para a direção de frequência de cálculo, caso a unidade de determinação do atendimento da precisão tenha determinado que à condição de precisão é atendida. . Prefere-se adicionalmente que a unidade de determinação da velocidade seja adaptada para determinar a velocidade em três . 10 direções de velocidade para determinar uma velocidade tridimensional, em que o aparelho de determinação da velocidade compreende uma unidade de armazenagem para armazenar velocidades que tenham sido determinadas ao longo do tempo em uma direção da velocidade, em que a unidade de 15º determinação do atendimento da condição de precisão é adaptada para determinar se uma condição de precisão indicativa da precisão do cálculo realizado pela unidade de cálculo da frequência Doppler é atendida, dependendo das velocidades armazenadas.

Prefere-se adicionalmente que àa unidade de determinação do atendimento da condição de precisão seja adaptada para determinar se uma condição de precisão que é indicadora da precisão do cálculo realizado pela unidade de cálculo de frequência Doppler é atendida, por í meio do cálculo da média das velocidades armazenadas e de À 25 comparação da média com um limite previamente definido.

Preferencialmente, antes do cálculo da média, as velocidades armazenadas são filtradas por baixa passagem.

Isso garante que a frequência Doppler para a direção de frequência de cálculo somente é determinada se o cálculo for suficientemente preciso, de forma a melhorar ainda mais a qualidade de determinação da velocidade.

O limite previamente definido pode ser determinado, por exemplo, por meio de medições de calibragem, em que a média é calculada, embora se saibi se a precisão da determinação da velocidade é suficiente ou não. A combinação linear das frequências Doppler medidas para as pelo menos duas direções de frequência adicionais para cálculo da frequência Doppler para a direção de frequência de cálculo é preferencialmente baseada em uma hipótese com relação a uma ou mais velocidades. ' Particularmente, a combinação linear pode ser baseada na hipótese de que o objeto move-se principalmente no plano . 10 horizontal x-y, ou seja, a velocidade na direção vertical é zero. A unidade de armazenagem é preferencialmente adaptada para armazenar velocidades que tenham sido determinadas ao longo do tempo na direção da velocidade, que se refere à suposição. Particularmente, a unidade de armazenagem pode ser 15º adaptada para armazenar velocidades que correspondem a uma direção de velocidade vertical. Caso o objeto seja um veículo, que é considerado movendo-se geralmente apenas no solo, ou seja, em plano horizontal, pode-se considerar que a velocidade na direção vertical é substancialmente zero. Desta forma, a frequência Doppler na direção de frequência de cálculo pode ser calculada utilizando uma equação, que descreve uma combinação linear das frequências Doppler medidas nas outras direções de frequência e que é baseada na ' hipótese de que a velocidade na direção vertical é zero. A . 25 precisão do cálculo da frequência Doppler na direção da frequência de cálculo depende do grau de similaridade entre as velocidades já armazenadas, que foram medidas na direção da velocidade vertical, e zero. Neste exemplo, pode-se determinar se a condição de precisão é atendida, comparando- se a média das velocidades armazenadas, que foram medidas para a direção da velocidade vertical, com um limite que é próximo de zero.

Prefere-se adicionalmente que a unidade de cálculo de frequência Doppler seja adaptada para determinar uma direção de frequência com falha, na qual a medição da frequência Doppler apresenta falha, e calcular a frequência Doppler para uma direção de frequência de cálculo que é a direção de frequência com falha dependendo das frequências Doppler medidas para as pelo menos duas direções de frequência adicionais das pelo menos três direções de

: frequência.

A unidade de cálculo de frequência Doppler, por exemplo, pode ser adaptada para comparar a relação sinal-

: 10 ruído, por exemploy de um sinal de interferência com automistura com um limite previamente definido, a fim de determinar se a medição da frequência Doppler apresenta falha.

Além disso, podem ser utilizados outros métodos de determinação de medição de frequência Doppler com falha.

A

15º forma de um pico de frequência, por exemplo, de um sinal de interferência com automistura pode ser comparada, por exemplo, com um pico de frequência esperado, em que, caso a comparação gere um desvio que é maior que um limite previamente definido, pode-se determinar que a direção de frequência correspondente é uma direção de frequêncai com falha.

Alternativamente, pode-se determinar se a frequência Doppler medida em uma certa direção de frequência resultaria em uma velocidade nessa direção de frequência que se encontra f dentro de uma faixa de velocidade esperada previamente definida, em que, caso a velocidade não esteja dentro da

Á faixa de velocidade esperada previamente definida, pode-se determinar que a medição na dada direção de frequência apresenta falha.

Além disso, a aceleração pode ser calculada na certa direção de frequência com base na frequência Doppler correspondente medida e pode-se determinar se a aceleração encontra-se dentro de uma faixa de aceleração esperada previamente definida, a fim de determinar se a medição da frequência Doppler apresenta falha.

A faixa de velocidade ee 8/36 e e/ou a faixa de aceleração podem ser previamente definidas com base em possíveis velocidades e/ou acelerações conhecidas do objeto. Além disso, pode-se utilizar filtragem Kalman para determinar se a medição de uma frequência Doppler em uma direção de frequência apresenta falha. A unidade de cálculo de frequência Doppler é preferencialmente adaptada para calcular a frequência Doppler para a direção de frequência de . cálculo, apenas se a unidade de cálculo de frequência Doppler houver determinado uma direção de frequência com falha, na - 10 qual a medição da frequência Doppler apresenta falha, em que, neste caso, a direção de frequência de cálculo é a direção de frequência com falha. Isso pode garantir que a frequência Doppler na direção de frequência de cálculo somente seja calculada se a medição da frequência Doppler na direção de 15º frequência de cálculo de fato apresentar falha, de forma a evitar cálculos desnecessários.

Prefere-se ainda que a unidade de medição da frequência Doppler compreenda pelo menos três «lasers dirigidos nas pelo menos três direções de frequência diferentes para medir a frequência Doppler nas pelo menos três direções de frequência diferentes.

Prefere-se ainda que a unidade de medição da frequência Doppler seja adaptada para utilizar um método de j interferência com automistura para medir as frequências y 25 Doppler nas pelo menos três direções de frequência diferentes. Utilizando lasers e interferência de automistura, a frequência Doppler pode ser determinada com precisão adicionalmente aprimorada.

Como a unidade de medição de frequência Doppler compreende preferencialmente pelo menos três lasers dirigidos nas pelo menos três direções de frequência diferentes, as direções de frequência podem também ser consideradas direções de feixe de laser.

' 2/36 Prefere-se ainda que a unidade de determinação da frequência Doppler compreenda mais de três lasers, em que pelo menos dois lasers são dirigidos na mesma direção de frequência. Como pelo menos dois lasers são dirigidos na mesma direção de frequência, a frequência Doppler é medida de forma redundante na mesma direção de frequência. Desta forma, mesmo se a medição da frequência Doppler por um desses dois . lasers for prejudicada, a frequência Doppler pode ainda ser medida com alta qualidade, utilizando o outro laser dos pelo - 10 menos dois lasers dirigidos na mesma direção de frequência.

Isso permite melhorar a qualidade de determinação da velocidade do objeto.

Prefere-se ainda que a unidade de determinação da frequência Doppler compreenda mais de três lasers dirigidos em direções de frequência diferentes. Como a unidade de determinação da frequência Doppler compreende mais de três lasers dirigidos em direções de frequência diferentes, as frequências Doppler podem ser determinadas para mais de três direções de frequência. Além disso, como mais de três lasers são dirigidos em direções de frequência diferentes, as direções de frequência diferentes são linearmente dependentes entre si e uma frequência Doppler medida para uma primeira direção de frequência pode também ser calculada por meio da I combinação linear de frequências Doppler medidas para outras y 25 direções de frequência. Desta forma, também na presente realização, está presente redundância, que pode ser empregada para substituir uma frequência Doppler medida por uma frequência Doppler calculada, caso a frequência Doppler medida apresente falha. Caso a frequência Doppler mencionada acima, que foi medida para a primeira direção de frequência, apresente falha, por exemplo, essa frequência Doppler medida pode ser substituída pela frequência Doppler calculada, mediante determinação da velocidade.

á 10/36 Prefere-se ainda que a unidade de determinação da frequência Doppler compreenda mais de três lasers dirigidos em diferentes direções de frequência, em que a unidade de determinação da velocidade é adaptada para utilizar um primeiro subconjunto dos lasers para determinar uma primeira velocidade linear e utilizar um segundo subconjunto dos lasers para determinar uma segunda velocidade linear.

: Preferencialmente, a unidade de determinação da velocidade é adaptada para determinar um parâmetro de rotação, - 10 particularmente uma posição de rotação e/ou uma velocidade de rotação, do objeto com base em primeira e segunda velocidades lineares determinadas. Particularmente, a unidade de determinação da velocidade é adaptada para determinar pelo menos uma dentre a velocidade de guinada, velocidade de rolo 15º e velocidade de inclinação como a velocidade de rotação. Os lasers para formação do primeiro subconjunto e do segundo subconjunto podem ser selecionados dinamicamente. O primeiro subconjunto dos lasers e o segundo subconjunto dos lasers podem ser considerados dois sensores virtuais.

Preferencialmente, a unidade de determinação da velocidade é adaptada para comutação entre o primeiro subconjunto dos lasers e o segundo subconjunto dos lasers, de tal forma que a primeira velocidade linear e a segunda velocidade linear ó sejam determinadas consecutiva e repetidamente, em que à : 25 velocidade de rotação do objeto é determinada com base nas primeira e segunda velocidades lineares determinadas consecutiva e repetidamente. Como o primeiro subconjunto dos lasers e o segundo subconjunto dos lasers são diferentes, pelo menos uma direção de feixe de laser, Ou seja, a direção de frequência, do primeiro subconjunto dos lasers é diferente de qualquer uma das direções de feixe de laser do segundo subconjunto de lasers. O movimento de rotação do objeto como um movimento de guinada, inclinação ou rolamento geralmente gerará, portanto, diferentes velocidades lineares em pelo menos uma das direções de velocidade. A unidade de determinação da velocidade pode ser adaptada para determinar a velocidade de rotação com base nessa diferença.

Em um aspecto adicional da presente invenção, é apresentado um objeto que compreende o aparelho de determinação da velocidade para determinar a velocidade do objeto. O objeto é preferencialmente um veículo tal como um carro, bicicleta, motocicleta, caminhão, trem, navio, barco, - 10 aeronave etc., ou outro objeto móvel.

Em um aspecto adicional da presente invenção, é apresentado um método de determinação da velocidade para determinar a velocidade de objetos, em que o método de determinação da velocidade compreende: - medição de uma frequência Doppler para pelo menos três direções de frequência diferentes; * cálculo de uma frequência Doppler de uma direção de frequência de cálculo das pelo menos três direções de frequência diferentes, dependendo das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência adicionais das pelo menos três direções de frequências diferentes, de tal forma que possa ser determinada uma frequência Doppler confiável na direção de frequência de Á cálculo, menos se a medição da frequência Doppler nessa : 25 direção de frequência de cálculo for prejudicada; e - determinação da velocidade do objeto dependendo da frequência Doppler calculada, que foi calculada para a direção de frequência de cálculo, e das frequências Doppler para as pelo menos duas direções de frequência adicionais.

Em um aspecto adicional da presente invenção, é apresentado um programa de computador de determinação da velocidade, para determinar a velocidade de um objeto de interesse, em que o programa de computador compreende meios de código de programa para fazer com que um aparelho de determinação da velocidade conforme definido na reivindicação 1 conduza as etapas do método de determinação da velocidade conforme definido na reivindicação 14, quando o programa de computador de determinação da velocidade é conduzido em um computador que controla o aparelho de determinação da . velocidade.

Dever-se-á compreender que o aparelho de - 10 determinação da velocidade de acordo com a reivindicação 1, O objeto de acordo com a reivindicação 13, o método de determinação da velocidade de acordo com a reivindicação 14 e o programa de computador de determinação da velocidade de acordo com a reivindicação 15 possuem realizações preferidas 15º similares e/ou idênticas, particularmente conforme definido nas reivindicações dependentes.

Dever-se-á compreender que uma realização preferida da presente invenção pode também ser qualquer combinação das reivindicações dependentes com a reivindicação independente correspondente.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Fig. 1 exibe esquematicamente e na forma de exemplo uma realização de um veículo que compreende uma n realização de um aparelho de determinação da velocidade para 2 25 determinar a velocidade do veículo.

A Fig. 2 exibe, esquematicamente e na forma de exemplo, a realização do aparelho de determinação da velocidade com mais detalhes.

A Fig. 3 exibe esquematicamente e na forma de exemplo uma realização de uma unidade de medição da frequência Doppler da unidade de determinação da velocidade.

A Fig. 4 exibe esquematicamente e na forma de exemplo uma orientação de direções de frequência, na qual são medidas frequências Doppler, com relação a direções da velocidade, em que a velocidade do veículo é determinada.

A Fig. 5 exibe, na forma de exemplo, frequências Doppler dependendo do tempo.

A Fig. 6 exibe, na forma de exemplo, um fluxograma que ilustra uma realização de um método de determinação de velocidade para determinar a velocidade do veículo.

. A Fig. 7 exibe esquematicamente e na forma de exemplo uma realização adicional da unidade de medição da - 10 frequência Doppler.

As Figs. 8 e 9 exibem configurações possíveis de lasers e direções de frequência de realizações adicionais da unidade de medição de frequência Doppler.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE REALIZAÇÕES A Fig. 1 exibe esquematicamente e na forma de exemplo um objeto 2 que é, nesta realização, um veículo que compreende um aparelho de determinação da velocidade 1 para determinar a velocidade do veículo 2. O aparelho de determinação da velocidade 1 é exibido, esquematicamente e na forma de exemplo, com mais detalhes na Fig. 2.

O aparelho de determinação da velocidade 1 compreende uma unidade de medição da frequência Doppler 3 para medir uma frequência Doppler para três direções de ' frequência diferentes. A unidade de medição da frequência ' 25 Doppler 3 é exibida esquematicamente na forma de exemplo com mais detalhes na Fig. 3.

A unidade de medição da frequência Doppler 3 compreende três lasers 13, 14, 15 para emissão de radiação 9 em direção à terra 8 em três direções de frequência diferentes 10, 11, 12 para medir a frequência Doppler nessas direções de frequência diferentes 10, 11, 12. Os lasers 13, 14, 15 são controlados por uma unidade de controle 16. A unidade de medição da frequência Doppler 3 é adaptada para utilizar um método de interferência de automistura para medir as frequências Doppler nas três direções de frequência diferentes 10, 11, 12. O feixe de laser, que é emitido pelo laser correspondente, é refletido pela terra 8 e a luz refletida entra novamente na cavidade do laser correspondente. A re-entrada da radiação laser refletida resulta em interferência de automistura no interior da : cavidade, de forma a gerar variações de intensidade no interior da cavidade. Um fotodiodo embutido ou um fotodiodo - 10 externo é fornecido para medir essas variações de intensidade e gerar um sinal com intensidade correspondente. Em outra realização, as variações podem também ser medidas por meio da medição de flutuações sobre uma corrente de fornecimento ou voltagem de fornecimento do laser correspondente. Caso seja 15º utilizado um fotodiodo externo, uma parte da radiação laser é desacoplada e essa parte desacoplada da radiação laser é dirigida ao fotodiodo externo. O sinal com intensidade gerado pode ser considerado um sinal de interferência de automistura e a frequência principal do sinal de intensidade pode ser considerada frequência Doppler. A unidade de controle 16 é, portanto, preferencialmente adaptada para receber os três sinais de intensidade dos fotodiodos, que são atribuídos aos três lasers 13, 14, 15, e determinar a partir de cada um dos ' três sinais de intensidade, ou seja, de cada um dos três : 25 sinais de interferência de automistura, uma frequência Doppler para a direção de frequência correspondente 10, 11,

12. Para descrição mais detalhada do método de interferência de automistura, faz-se referência ao artigo A Double-Laser Diode Onboard Sensor for Velocity Measurements de Xavier Raoul et al, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 53, nº 1, págs. 95 a 101, fevereiro de 2004, que é incorporado ao presente como referência.

O aparelho de determinação da velocidade 1

: 1 "sh 15/36 compreende —* adicionalmente uma unidade de cálculo da frequência Doppler 4 para calcular a frequência Doppler para uma direção de frequência de cálculo das três direções de frequência diferentes 10, 11, 12, dependendo das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência adicionais das pelo menos três direções de frequência diferentes 10, 11, 12. O aparelho de determinação da . velocidade 1 compreende adicionalmente uma unidade de determinação de velocidade 5 para determinar a velocidade do - 10 objeto 2 dependendo da frequência Doppler calculada, que foi calculada para a direção de frequência de cálculo, e as frequências Doppler para as pelo menos duas direções de frequência adicionais. | Como a unidade de cálculo da frequência Doppler 4 é 15º adaptada para calcular a frequência Doppler de uma direção de frequência de cálculo das três direções de frequência diferentes 10, 11, 12, dependendo das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência adicionais das três direções de frequência diferentes 10, 11, 12, pode também ser determinada uma frequência Doppler confiável na direção de frequência de cálculo, mesmo se a medição da frequência Doppler nessa direção de frequência de cálculo for prejudicada. A unidade de determinação da í velocidade 5 pode, portanto, determinar a velocidade do W 25 objeto 2, mesmo se a medição da frequência Doppler na direção de . frequência de cálculo for prejudicada, utilizando a frequência Doppler calculada e as frequências Doppler medidas para as pelo menos duas direções de frequência adicionais, que são diferentes para a direção de frequência de cálculo. Isso aumenta a confiabilidade de determinação da velocidade do objeto 2.

Em uma realização, a unidade de cálculo da frequência Doppler 4 é adaptada para determinar se a medição

L “16/36 .. de uma frequência Doppler apresenta ou não falha. Caso as | três frequências Doppler medidas não apresentem falhas, as | três frequências Doppler medidas são fornecidas para a unidade de determinação da velocidade 5, para determinar a velocidade dependendo das três frequências Doppler medidas. Caso uma das frequências Doppler medidas apresente falha, a unidade de cálculo da frequência Doppler 4 calcula a . frequência Doppler dependendo das frequências Doppler medidas sem falhas, em que a unidade de determinação da velocidade 5 - 10 determina a velocidade dependendo da frequência Doppler calculada e das frequências Doppler sem falhas medidas.

A unidade de cálculo de frequência Doppler, por exemplo, pode ser adaptada para comparar a relação sinal- ruído, por exemplo, de um sinal de interferência com 15º automistura com um limite previamente definido, a fim de determinar se a medição da frequência Doppler apresenta defeito. Além disso, podem ser utilizados outros métodos de determinação de medição de frequência Doppler com defeito. A forma de um pico de frequência, por exemplo, de um sinal de interferência com automistura pode ser comparada, por exemplo, com um pico de frequência esperado, em que, caso a comparação gere um desvio que é maior que um limite previamente definido, pode-se determinar que a direção de : frequência correspondente é uma direção de frequência com : 25 falha. Alternativamente, pode-se determinar se a frequência Doppler medida em uma certa direção de frequência resultaria em uma velocidade nessa direção de frequência que se encontra dentro de uma faixa de velocidade esperada previamente definida, em que, caso a velocidade não esteja dentro da faixa de velocidade esperada previamente definida, pode-se determinar que a medição na dada direção de frequência apresenta falha. Além disso, a aceleração pode ser calculada na certa direção de frequência com base na frequência Doppler | correspondente medida e pode-se determinar se a aceleração encontra-se dentro de uma faixa de aceleração esperada previamente definida, a fim de determinar se a medição da frequência Doppler apresenta falha. A faixa de velocidade e/ou a faixa de aceleração podem ser previamente definidas com base em possíveis velocidades e/ou acelerações conhecidas do objeto. Além disso, pode-se utilizar filtragem Kalman para determinar se a medição de uma frequência Doppler em uma direção de frequência apresenta falha.

A unidade de determinação da velocidade 5 é adaptada para determinar a velocidade Vx, Vy, Vz em três direções de velocidade X, Yy, Z para determinar a velocidade tridimensional. O objeto 2 move-se preferencialmente em uma direção frontal X em um plano horizontal, ou seja, em um 15! plano paralelo ao solo 8, em que as três direções de velocidade v,, Vs V incluem preferencialmente a direção frontal X, uma direção lateral y, que também se encontra no plano horizontal e é ortogonal à direção frontal X, e uma direção vertical Z. As três direções de velocidade X, 3%, Z são indicadas na Fig. 1 pelo sistema de coordenadas 42.

As três direções de velocidade &X%X, y, Zsão diferentes para as pelo menos três direções de frequência 10, 11, 12, de tal forma que a velocidade em uma das direções de velocidade X, y, Z possa ser determinada por uma combinação de frequências Doppler medidas para as três direções de frequência 10, 11, 12. Nesta realização, a unidade de determinação de velocidade 5 é adaptada para determinar a velocidade do objeto 2, ou seja, o vetor de velocidade na terra do veículo vx, Vy, Vz, de acordo com a equação a seguir.

A velocidade do veículo é preferencialmente determinada em um sistema de referência de veículo previamente definido conforme descrito em ISO 8855. O sistema

E : o 18/36 h . de referência de veículo é um sistema de eixo ortogonal direito fixado ao veículo.

O eixo x positivo aponta na direção de direcionamento do veículo, o eixo y positivo aponta para a esquerda, ao observar-se na direção x positiva,

eoeixoz positivo aponta para cima.

De forma geral, caso um alvo mova-se para longe de um sensor de velocidade, a frequência Doppler é negativa e, . caso o alvo mova-se em direção ao sensor de velocidade, a frequência Doppler é positiva.

Na presente realização, Oo alvo - 10 é a rodovia, em que a velocidade da rodovia Y,, É à velocidade negativa Vdo veículo.

A frequência Doppler pode ser calculada, portanto, de acordo com a equação a seguir: 12-26) ,; (1) em que é é o vetor unitário da direção de frequência correspondente.

Ao projetar-se as direções de frequência no sistema de referência do veículo, pode-se obter a equação a seguir: v. sind cosá sinOsing cosd, "Is [afoss sin, siné, - 6) (2) v, sind ,cosé, sin&sing cos) VA em que À indica o comprimento de onda dos feixes de 2 20 laser emitidos pelos lasers 13, 14, 15 € f1, £, É& indicam as frequências Doppler medidas ou calculadas para as direções de e frequência 10, 11, 12, respectivamente.

Ú Os ângulos 6; e d, para as direções de frequência com os vetores unitários &, em que I = 1, 2, 3, são preferencialmente definidos conforme segue.

O ângulo 671 é preferencialmente o ângulo entre a direção de frequência correspondente e um vetor z unitário e o ângulo & é preferencialmente a projeção de é sobre o plano x-y e O vetor x unitário.

É 19/36 Em uma realização, os ângulos podem ser definidos conforme segue: 25º o G=180"-|25º | e g=/240" |. (3) 25º 120 A Fig. 3 exibe as três direções de frequência 10, 11, 12 apenas esquematicamente, sem indicar uma orientação . tridimensional preferida das direções de frequência 10, 11, " 12: Uma orientação tridimensional preferida das direções de ' frequência 10, 11, 12 é exibida na Fig. 4. Como se pode observar na Fig. 4, as três direções de frequência 10, 11, 12 possuem preferencialmente o mesmo ângulo de inclinação de 25 graus e ângulos de azimute de O, 210 e 330 graus, respectivamente.

As frequências Doppler medidas nas diferentes direções de frequência 10, 11, 12 são medidas independentemente entre si, ou seja, a medição de uma frequência Doppler em uma primeira direção de frequência preferencialmente não é influenciada pela medição da frequência Doppler em uma segunda direção de frequência que é diferente da primeira direção de frequência.

Particularmente, | a unidade de medição da frequência Doppler 3 é adaptada para ! E medir em cada direção de frequência 10, 11, 12 uma frequência Doppler distinta. | . Devido ao ambiente automotivo inóspito e às | condições hostis da rodovia, o canal de detecção, ou seja, | uma medição de frequência Doppler em uma das direções de | frequência 10, 11, 12 pode apresentar falha.

O feixe de laser | em uma direção de frequência pode, por exemplo, ser | temporariamente bloqueado por objetos espalhados entre o | laser correspondente e a superfície de rodovia 8 Ou a | retroalimentação de automistura, ou seja, a intensidade da | | | ss 20/36 luz refletida que entrou novamente na cavidade correspondente, tornou-se fraca demais devido à grande falta de foco. Caso a medição da frequência Doppler em uma direção de frequência falhe, geralmente não será possível a determinação confiável da velocidade de acordo com à equação (2). Com base na hipótese de que a velocidade vertical do veículo é relativamente baixa em comparação com OS . componentes frontais e laterais, entretanto, é determinado excessivamente o sistema de três canais, ou seja, a equação « 10 (2). Isso leva à equação a seguir: v, = 0=ÊEleosos, +coso, f, + cosa, f,) (4) Utilizando a equação (4), a frequência Doppler do canal de detecção com falha, ou seja, a frequência Doppler com falha em uma certa direção de frequência que pode ser, 15º por exemplo, a direção de frequência indicada por 10 nas Figs. 3 e 4, pode ser recuperada a partir dos outros canais de detecção, ou seja, das frequências Doppler medidas nas outras direções de frequência 11, 12. Particularmente, caso os ângulos &, 6, 6 sejam iguais, a frequência Doppler com falha na dada direção de frequência pode ser recuperada a partir das frequências Doppler medidas nas outras direções de frequência de acordo com a equação a seguir: SE (4+S)- (5) E Desta forma, neste exemplo, a unidade de cálculo de frequência Doppler 4 é adaptada para calcular a frequência Doppler f£f, para a direção de frequência de cálculo 10 dependendo de uma combinação linear das frequências Doppler fa, f; medidas para as outras duas direções de frequência 11,

12. Particularmente, a unidade de cálculo de frequência Doppler 4 é adaptada para calcular a frequência Doppler f1 para a direção de frequência de cálculo 10 dependendo da soma negativa das frequências Doppler £,, £; medidas para as

| 21/36 nm outras duas direções de frequência 11, 12. Isso permite o cálculo da frequência Doppler fi para a direção de frequência de cálculo 10 com baixos esforços de computação.

A Fig. 5 exibe exemplos de frequências medidas e calculadas f em MHz, dependendo do tempo t em unidades arbitrárias.

As curvas indicadas por 43, 44 e 45 representam as frequências Doppler medidas fi, fo, fa, respectivamente.

As " frequências Doppler £., f; não exibem saltos nem similares, O ' que indicaria falhas na medição da frequência Doppler . 10 correspondente.

A curva 43 que representa a frequência Doppler medida f, exibe, entretanto, saltos que indicam que a medição da frequência Doppler f, apresenta falhas.

A Fig. 5 exibe adicionalmente uma curva 46 que representa uma frequência Doppler calculada fi, que pode ser calculada de 15º acordo com a equação (5) e que não exibe os saltos.

Desta forma, embora um canal de detecção, ou seja, a medição da frequência Doppler na direção de frequência de cálculo 10, estivesse temporariamente desligado, por exemplo, devido à baixa qualidade de sinal, as quedas são bem recuperadas a partir dos outros dois canais de detecção, ou seja, das frequências Doppler medidas nas outras direções de frequência 11, 12. Com base na suposição de que a velocidade vertical é zero, a velocidade do veículo no solo ainda pode ser medida. i O aparelho de determinação da velocidade 1 . 25 compreende adicionalmente uma unidade de determinação do atendimento da condição de precisão 6 para determinar se uma condição de precisão que indica a precisão do cálculo realizado pela unidade de cálculo de frequência Doppler 4 e que pode também ser considerada condição de potência de sinal é atendida, em que a unidade de cálculo da frequência Doppler 4 é adaptada para calcular a frequência Doppler fi para a direção de frequência de cálculo 10, caso a unidade de determinação do atendimento da precisão 6 tenha determinado que a condição de precisão é atendida.

O aparelho de determinação da velocidade 1 compreende adicionalmente uma unidade de armazenagem 7 para armazenar velocidades que tenham sido determinadas ao longo do tempo em uma direção da velocidade, em que a unidade de determinação do atendimento da condição de precisão 6 é adaptada para determinar se uma condição de precisão indicativa da precisão do cálculo . realizado pela unidade de cálculo da frequência Doppler 4 é atendida, dependendo das velocidades armazenadas.

A unidade . 10 de determinação do atendimento da condição de precisão 6 pode ser adaptada para determinar se uma condição de precisão que é indicadora da precisão do cálculo realizado pela unidade de cálculo de frequência Doppler 4 é atendida, por meio do cálculo da média das velocidades armazenadas e comparação da 15º média com um limite previamente definido.

Preferencialmente, antes do cálculo da média, as velocidades armazenadas são filtradas por baixa passagem.

Nesta realização, a unidade de armazenagem 7 é adaptada para armazenar velocidades v, que correspondem à direção de velocidade vertical Z, em que se pode considerar que a velocidade v;, na direção vertical 7 é substancialmente zero.

A precisão do cálculo da frequência Doppler fi na direção da frequência de cálculo 10 depende do grau de í similaridade entre as velocidades já armazenadas v,, que n 25 foram medidas na direção da velocidade vertical 72, e zero.

Neste exemplo, a unidade de determinação do atendimento da condição de precisão 6 é adaptada para determinar se a condição de precisão é atendida, comparando-se a média das velocidades armazenadas v,, que foram medidas para a direção da velocidade vertical 2, com limite próximo de zero.

O limite é preferencialmente um limite previamente definido pode ser determinado, por exemplo, por meio de medições de calibragem, em que a média é calculada, embora se saiba se a

" 23/36 precisão da determinação da velocidade é suficiente ou não. Desta forma, a unidade de determinação do atendimento da condição de precisão 6 garante que àa velocidade vertical seja suficientemente pequena ao calcular a frequência Doppler na direção de frequência de cálculo, monitorando o histórico da velocidade vertical. A unidade de determinação do atendimento da condição de precisão 6 pode, . portanto, diferenciar entre casos em que a abordagem mencionada acima de acordo com as equações (4) e (5) geraria - 10 precisão baixa demais, o que indica falha concreta do aparelho de determinação da velocidade, e casos em que as necessidades de precisão são atendidas e o aparelho de determinação da velocidade pode prosseguir com a determinação da velocidade.

Como se pode recuperar a partir da equação (4), as outras duas frequências £,, £; podem também ser calculadas. Particularmente, caso os ângulos , 6, 6 sejam iguais, as outras duas frequências £,, f; podem ser calculadas de acordo com as equações a seguir: LEa(f+£) e (6) SE (f+6), (7) se a medição da frequência Doppler na direção de . frequência 11 ou na direção de frequência 12, respectivamente, apresentar falha. bi 25 A unidade de cálculo da frequência Doppler 4 é adaptada não apenas para calcular o valor absoluto da frequência Doppler, mas também o sinal da frequência Doppler, em que a unidade de determinação da velocidade 5 é adaptada para determinar o valor absoluto da velocidade e também a direção da velocidade. Segundo a equação (3) e, especificamente, de acordo com as equações (5) a (7), o sinal da frequência Doppler calculada correspondente pode ser

24/36 É determinado e oO sinal determinado da frequência Doppler calculada pode ser utilizado para determinar a direção da velocidade do veículo 2. Desta forma, a partir do sinal de dois canais de detecção, ou seja, do sinal das frequências Doppler medidas em duas direções de frequência, Oo sinal do outro canal de detecção, ou seja, o sinal da frequência Doppler na outra direção de frequência, pode ser verificado e . reparado, se necessário. A confiabilidade da detecção de direção pode, portanto, aumentar.

. 10 A unidade de determinação da velocidade 5 é preferencialmente adaptada para enviar a velocidade determinada para um visor 47, para exibir a velocidade determinada para uma pessoa. A unidade de determinação da velocidade 5 e o visor 47 podem ser adaptados para 15º comunicação sem fio ou por meio de uma conexão de dados com fio.

Será descrita a seguir uma realização de um método de determinação da velocidade para determinar a velocidade de um objeto como forma de exemplo com referência a um fluxograma exibido na Fig. 6.

Na etapa 201, as frequências Doppler fi, fa, £; são medidas para as três direções de frequência diferentes 10, 11, 12. Na etapa 202, a velocidade vx, V,y, vz do objeto 2 é ' determinada dependendo das três frequências medidas f£1, £, . 25 £, preferencialmente, de acordo com a equação (2). Na etapa : 203, determina-se se a medição da frequência Doppler em uma das direções de frequência diferentes 10, 11, 12 apresenta falhas. Caso se determine na etapa 203 que a medição da frequência Doppler não apresenta falhas em nenhuma das direções de frequência 10, 11, 12, a velocidade vertical v, é armazenada na etapa 204 e a velocidade determinada é enviada para o visor 47 para exibir a velocidade determinada na etapa

205. O método prossegue em seguida com a etapa 201.

Se, na etapa 203, houver sido determinado que a medição da frequência Doppler em uma das direções de frequência 10, 11, 12 apresenta falhas, na etapa 206 determina-se se uma ou mais velocidades verticais v, já foram armazenadas. Caso já não tenha sido armazenada uma velocidade vertical v,, é exibida na etapa 207 uma mensagem de erro no visor 47 ou o visor 47 simplesmente não é atualizado, de . forma a exibir uma velocidade determinada anteriormente. ' Caso se determine na etapa 206 que as velocidades . 10 verticais v, já foram armazenadas, na etapa 208 as velocidades verticais armazenadas v, são filtradas com baixa passagem e é calculada a média das velocidades verticais filtradas com baixa passagem na etapa 209 para determinar uma média. A filtragen de baixa passagem pode ser realizada 15º conduzindo-se uma média corrente sobre um certo número das últimas medições, tal como sobre as últimas dez medições, Ou por outros procedimentos de filtragem de baixa passagem conhecidos. Na etapa 210, o valor absoluto da média é comparado com um limite previamente definido próximo de zero. O limite pode ser previamente definido por meio de medições de calibragem, conforme mencionado acima. Caso O valor absoluto da média não seja menor que O limite previamente definido, a condição de precisão, ou seja, que a velocidade ' vertical v, seja substancialmente zero, não é atendida e O . 25 método prossegue com a etapa 207. Caso o valor absoluto da média seja menor que oO limite previamente definido, a condição de precisão é atendida e o método prossegue com a etapa 211.

Na etapa 211 para a frequência Doppler medida com falha, é calculada uma frequência Doppler dependendo das outras duas frequências Doppler medidas de acordo com uma das equações (5) a (7) mencionadas acima e, na etapa 211, à velocidade é determinada dependendo da frequência Doppler calculada, que foi calculada para uma direção de frequência de cálculo, ou seja, para a direção de frequência na qual foi medida uma frequência Doppler com falha e as frequências Doppler medidas nas outras duas direções de frequência. Na etapa 212, a parte vertical v, da velocidade determinada é armazenada e a velocidade determinada é enviada para Oo visor 47 e nele exibida na etapa 205. O método prossegue em seguida . com a etapa 201.

: A Fig. 7 exibe esquematicamente na forma de exemplo . 10 uma realização adicional da unidade de medição de frequência Doppler, que pode ser utilizada com os componentes adicionais descritos acima, particularmente com referência à Fig. 2. A unidade de medição da frequência Doppler 103 exibida na Fig. 7 compreende quatro lasers 13, 14, 15, 17, em 15º que dois lasers 13, 17 são dirigidos na mesma direção de frequência 10, 10'. Como os dois lasers 13, 17 são dirigidos na mesma direção de frequência 10, 10', a frequência Doppler é medida de forma redundante na mesma direção de frequência 10, 10". Desta forma, mesmo se a medição da frequência Doppler por um dos dois lasers 13, 17 for prejudicada, a frequência Doppler pode ainda ser medida com alta qualidade, utilizando o outro dentre os dois lasers 13, 17 na mesma direção de frequência 10, 10'. Isso melhora adicionalmente a ' qualidade de determinação da velocidade do objeto 2. Caso a ! 25 medição de uma das frequências Doppler medidas utilizando os lasers 13, 17 seja prejudicada, a frequência Doppler medida pelo outro laser dentre os dois lasers 13, 17, que podem não ser prejudicados, pode ser fornecida para a unidade de determinação da velocidade para determinar a velocidade do objeto 2. Caso nenhuma das frequências Doppler medidas pelos lasers 13, 17 seja prejudicada, pode ser calculada a média das frequências Doppler e a frequência Doppler média pode ser utilizada em conjunto com as outras frequências Doppler

' É Ú 27/36 medidas para determinar a velocidade do objeto.

Em uma realização adicional, a unidade de determinação da frequência Doppler compreende mais de três lasers dirigidos em direções de frequência diferentes. Como, nesta outra realização, a unidade de determinação da frequência Doppler compreende mais de três lasers dirigidos em direções de frequência diferentes, as frequências Doppler . podem ser determinadas para mais de três direções de frequência. Caso a medição de uma frequência Doppler em uma - 10 das direções de frequência apresente falha, as frequências Doppler medidas nas outras três direções de frequência podem ser utilizadas para determinar a velocidade.

Para aumentar a confiabilidade e estender a vida útil do aparelho de determinação da velocidade, podem ser fornecidos, portanto, lasers redundantes. Diversos lasers redundantes podem ser integrados na forma de monólito em um dado com múltiplos lasers ou realizados na forma de dispositivos discretos. Nos dois casos, subséries desses | lasers poderão compartilhar um sistema ótico e um trajeto ótico que forma canais de medição com lasers redundantes. Em uma outra realização, cada laser individual pode possuir um sistema ótico parcial ou totalmente individual.

Os lasers redundantes podem ser considerados como ' fornecendo canais de medição redundantes que compartilham a ; 25 mesma ou várias unidades de processamento de sinais, que podem ser a unidade de cálculo da frequência Doppler mencionada acima e a unidade de determinação da velocidade. O uso de canais de medição da redundância separados no espaço, particularmente por meio de sistemas óticos individuais, que compartilham as mesmas uma ou mais unidades de processamento de sinais pode fornecer os benefícios a seguir: a) a possibilidade de uso de diferentes canais de medição com diferentes planos de medição, em que os diferentes planos de

EN 28/36 medição podem possuir potência ótica, ciclo de tarefas e amplitude de pulso diferentes e ainda obedecer às necessidades de segurança ocular; e b) a definição de sensores virtuais por meio de seleção e agrupamento de subconjuntos separados de canais de medição.

Com referência aos planos de medição, a confiabilidade de medição em condições de trabalho difíceis, . particularmente em condições de baixa relação sinal-ruído, pode ser aprimorada por meio de aumento simultâneo da . 10 potência ótica, ampliação da amplitude de pulso e redução do ciclo de tarefa. Caso a combinação de potência ótica, amplitude de pulso e ciclo de tarefa gere intensidades de laser que são maiores que um limite relativo à segurança ocular, essa combinação não pode ser utilizada pela unidade 15º de determinação da velocidade. A fim de aumentar a relação sinal-ruído, embora as medições com os lasers ainda sejam seguras para os olhos, podem ser utilizados diferentes planos de medição conforme descrito a seguir, por exemplo, com referência à Fig. 8.

A Fig. 8 exibe esquematicamente e na forma de exemplo uma disposição de lasers 18...23 que mede frequências Doppler na direções de frequência 24...29. Nesta realização, um subconjunto de lasers, tais como os lasers 18, 20, 22, é ' controlado de acordo com um primeiro plano de medição e um ] 25 segundo subconjunto de lasers, tais como os lasers 19, 21, 23, é controlado de acordo com um segundo plano de medição que é diferente do primeiro plano de medição. Os primeiro e segundo planos de medição são adaptados de tal forma que os sinais de interferência de automistura possam ser gerados com relação sinal-ruído aceitável, enquanto as necessidades de segurança ocular são atendidas. Segundo o primeiro plano de medição, por exemplo, os lasers 18, 20 e 22 podem emitir feixes de laser que possuem energia de 1 mW em comprimento de l 29/36 onda de 850 nm, amplitude de pulso de 0,3 ms e frequência de repetição de 1 kHz.

O segundo plano de medição pode definir que os lasers 19, 21, 23 emitam radiação laser que possuem energia de 1,9 mW em comprimento de onda de 850 nm, amplitude de pulso de 3 ms e frequência de repetição de 10 Hz.

A combinação dos dois planos de medição em um único conjunto de lasers é proibida pelas necessidades de segurança ocular, . mas, no caso de canais de medição ótica separados no espaço, : a sua combinação é permitida.

Por meio da aplicação do - 10 segundo plano de medição, a confiabilidade da medição pode ser consideravelmente aprimorada em condições de sinal pior, pois ela combina um tempo de medição mais longo com potência ótica mais alta.

Prefere-se ainda que a unidade de determinação da 15º frequência Doppler compreenda mais de três lasers dirigidos em diferentes direções de frequência, em que a unidade de determinação da velocidade é adaptada para utilizar um primeiro subconjunto dos lasers para determinar uma primeira velocidade linear e utilizar um segundo subconjunto dos lasers para determinar uma segunda velocidade linear.

A configuração geométrica dos diferentes sensores virtuais pode ser selecionada de tal forma que o vetor de velocidade linear medido pelos diferentes sensores virtuais torne-se sensível ' ou indiferente à posição angular do corpo de veículo.

A ' 25 configuração com ângulos de azimute conforme definido na equação (8) 90º d=/210] (8) 330º por exemplo, é sensível a alterações do ângulo rolante, mas é indiferente a alterações do ângulo de inclinação, enquanto a configuração com ângulos de azimute definidos pela equação (9) o $ =| 240º (9) 120º é sensível a alterações do ângulo de inclinação, mas indiferente a alterações do ângulo rolante.

Desta forma, ao selecionar-se uma configuração angular apropriada dos - sensores virtuais e manipulando-se matematicamente os vetores de velocidade linear medidos separadamente, podem ser ' calculadas as coordenadas angulares e velocidades, ou seja, posições de rotação e velocidades de rotação, do corpo de veículo.

Uma outra forma de medição de velocidade e coordenadas angulares é a configuração de sensores virtuais mais simples, que podem medir diretamente uma coordenada angular.

Um sensor com dois lasers que possui uma configuração de acordo com a equação (10), por exemplo, será 15º capaz de medir diretamente o ângulo de inclinação do corpo de veículo: a-(. ) (10) 180º Preferencialmente, a unidade de determinação da velocidade é adaptada para determinar a velocidade de rotação ” 20 do objeto com base nas primeira e segunda velocidades lineares determinadas.

Particularmente, a unidade de 1 determinação da velocidade é adaptada para determinar pelo menos uma dentre a velocidade e/ou ângulo de guinada, velocidade e/ou ângulo rolante e velocidade e/ou ângulo de inclinação como a velocidade ou ângulo de rotação.

Os lasers para formação do primeiro subconjunto e do segundo subconjunto podem ser selecionados dinamicamente.

O primeiro subconjunto dos lasers e o segundo subconjunto dos lasers podem ser considerados dois sensores virtuais.

Preferencialmente, a unidade de determinação da velocidade é adaptada para comutação entre o primeiro subconjunto dos lasers e o segundo subconjunto dos lasers, de tal forma que a primeira velocidade linear e a segunda velocidade linear sejam determinadas consecutiva e repetidamente, em que a velocidade de rotação do objeto é determinada com base nas primeira e segunda "velocidades lineares determinadas . consecutiva e repetidamente.

Como o primeiro subconjunto dos lasers e o segundo subconjunto dos lasers são diferentes, . 10 pelo menos uma direção de feixe de laser, Ou seja, a direção de frequência, do primeiro subconjunto dos lasers é diferente de qualquer uma das direções de feixe de laser do segundo subconjunto de lasers.

O movimento de rotação do objeto como um movimento de guinada, inclinação ou rolante geralmente gerará, portanto, diferentes velocidades lineares em pelo menos uma das direções de velocidade.

A unidade de determinação da velocidade pode ser adaptada para determinar a velocidade de rotação com base nessa diferença.

A relação entre essa diferença e a velocidade de rotação pode ser determinada por meio de considerações matemáticas simples ou de medições de calibragem, em que a diferença é medida, enquanto uma velocidade de rotação conhecida está presente.

A unidade de determinação da ' velocidade é preferencialmente adaptada para determinar a . 25 velocidade de rotação com base na diferença realmente medida e nas relações determinadas entre velocidades de rotação e diferenças.

Em um procedimento de inicialização, a posição de rotação do veículo pode ser determinada, em que, ao dirigir- se o veículo, pode-se determinar a posição de rotação real com base na posição de rotação determinada inicialmente ou determinada anteriormente e na velocidade de rotação determinada.

Em uma realização preferida, os ângulos que definem a posição de rotação do veículo são definidos inicialmente em zero.

Considera-se que o veículo é um corpo rígido, de tal forma que uma velocidade local V(x,/,72), que é medida no local x, y, z, pode ser definida como a soma do vetor de velocidade %, (xy7) do centro da massa do veículo e uma rotação em volta do centro de massa de acordo com a equação a seguir: i F(x,1,2) =P. (X,Y,2) + RrotF , (11) f em que R é um vetor de rotação que possui magnitude que é proporcional à quantidade da velocidade de rotação e uma direção que é perpendicular ao plano de rotação e ré um vetor de conexão entre o local x, y, 2 e O centro da massa. A unidade de medição da frequência Doppler pode ser adaptada para medir frequências Doppler pelo menos em dois 15º locais diferentes, em que a unidade de determinação da velocidade pode ser adaptada para determinar a velocidade do veículo nesses pelo menos dois locais diferentes e determinar o vetor de rotação R com base nas velocidades determinadas em pelo menos dois locais diferentes e com base na equação (12).

Subconjuntos de canais separados, ou seja, lasers . separados que emitem feixes de laser em diferentes direções de frequência, podem ser selecionados e agrupados, a fim de ' definir sensores virtuais, particularmente em tempo real.

Isso será descrito com mais detalhes na forma de exemplo a seguir com referência à Fig. 9.

A Fig. 9 exibe esquematicamente e na forma de exemplo uma disposição de lasers 30...35 que emite radiação laser em diferentes direções de frequência 36...41 para medir frequências Doppler nessas direções de frequência 36...41. Podem ser formados, por exemplo, os dois subconjuntos a seguir: um primeiro subconjunto com lasers 30, 31, 32 e um segundo “subconjunto com lasers 33, 34, 35. Os dois subconjuntos podem ser considerados dois sensores virtuais separados, que são separados no espaço. As frequências Doppler medidas utilizando OS lasers do subconjunto correspondente podem ser utilizadas para determinar um vetor de velocidade tridimensional para cada um dos dois sensores . separados definidos pelos primeiro e segundo subconjuntos. Os dois vetores de velocidade tridimensionais podem ser ; . 10 utilizados para calcular parâmetros adicionais da dinâmica de veículo, tais como ângulos de guinada, rolante e/ou de inclinação. Conforme já mencionado acima, OS sensores virtuais podem ser reconfigurados dinamicamente. Em uma primeira configuração, por exemplo, o primeiro subconjunto pode compreender os lasers 30, 31, 32 e o segundo subconjunto pode compreender os lasers 33, 34, 35 e, em uma segunda configuração, o primeiro subconjunto pode compreender oOS lasers 30, 33, 34 e O segundo subconjunto pode compreender os lasers 31, 32, 35.

Os sensores virtuais podem compartilhar os mesmos recursos de processamento de sinais de software e hardware, a fim de reduzir a complexidade do sensor.

Embora, nas realizações descritas acima com ' referência às Figs. 1 a 4, a unidade de medição da frequência . 25 Doppler compreenda apenas três lasers para medir as frequências Doppler em três direções de frequência, a realização descrita com referência às Figs. 1 a 4 pode também compreender mais de três lasers para medir as frequências Doppler em mais de três direções de frequência.

Embora, nas realizações descritas acima, venham sendo utilizados lasers para medição ótica da frequência Doppler, em outras realizações podem ser utilizados outros meios para medir a frequência Doppler de outra forma. A frequência Doppler pode ser determinada acusticamente, por exemplo, utilizando sensores acústicos para enviar ondas acústicas e receber ondas acústicas. Podem ser utilizados, por exemplo, transdutores ultrassônicos para medição acústica das frequências Doppler. Embora, nas realizações descritas acima, a frequência “Doppler tenha sido determinada Oticamente . utilizando um método de interferência de automistura, a frequência Doppler pode também ser determinada oticamente á . 10 utilizando um outro método ótico, tal como interferometria convencional.

Embora, na Fig. 1, o veículo seja exibido como um carro, o veículo pode também ser uma bicicleta, motocicleta, caminhão, trem, navio, barco, aeronave etc., ou 15º outro objeto móvel.

Embora, na realização descrita acima, a velocidade determinada seja enviada para um visor para exibição da velocidade determinada para uma pessoa, alternativa Ou adicionalmente, a unidade de determinação da velocidade pode ser adaptada para enviar a velocidade determinada para outra unidade, tal como uma unidade antibloqueio, uma unidade eletrônica de controle da estabilidade, uma unidade de controle de cruzeiro adaptativa, uma unidade de assistência ' de estacionamento etc.

. 25 Outras variações das realizações descritas podem ser compreendidas e efetuadas pelos técnicos no assunto na prática da presente invenção, a partir do estudo das figuras, do relatório descritivo e das reivindicações anexas.

Nas reivindicações, a expressão “que compreende” não exclui outros elementos ou etapas e o artigo indefinido “um” ou “uma” não exclui uma série.

Uma única unidade ou dispositivo pode desempenhar as funções de vários itens indicados nas reivindicações.

O mero fato de que certas medidas são indicadas em reivindicações mutuamente dependentes diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser utilizada com vantagens.

Cálculos e determinações, tais como o cálculo de uma frequência Doppler, o cálculo da velocidade, a determinação se uma condição de precisão é atendida etc., . realizados por um ou mais dispositivos ou unidades podem ser realizados por qualquer outro número de unidades Ou . 10 dispositivos.

Os cálculos e determinações e/ou o controle do aparelho de determinação de velocidade de acordo com o método de determinação da velocidade podem ser implementados como meios de código de programa de um programa de computador e/ou como hardware dedicado.

Um programa de computador pode ser armazenado e distribuído em um meio apropriado, tal como um meio de armazenagem ótica ou meio em estado sólido, fornecido em conjunto ou como parte de outro hardware, mas pode também ser distribuído em outras formas, tal como via Internet ou outros sistemas de telecomunicação com ou sem fio.

Nenhum sinal de referência nas reivindicações deverá ser interpretado como limitador do escopo.

A presente invenção refere-se a um aparelho de ' determinação da velocidade para determinar a velocidade de . 25 objetos.

Uma unidade de medição da frequência Doppler é adaptada para medir frequências Doppler em pelo menos três direções de frequência diferentes, em que uma unidade de cálculo da frequência Doppler é adaptada para calcular a frequência Doppler para uma direção de frequência de cálculo que é similar a uma das pelo menos três direções de frequência diferentes, dependendo das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência adicionais das pelo menos três direções de frequência

| EE 36/36 diferentes.

A velocidade pode ser determinada em seguida dependendo da frequência Doppler calculada e das frequências Doppler medidas.

Como, na direção de frequência de cálculo, a frequência Doppler medida não é necessária para determinar a velocidade, pode-se também determinar uma velocidade confiável na direção da frequência de cálculo, mesmo se a medição da frequência Doppler nessa direção da frequência de . cálculo for prejudicada.

Claims (15)

o 1/5 REIVINDICAÇÕES

1. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE para determinar a velocidade de objetos, em que o aparelho de determinação de velocidade (1)caracterizado por compreender: - uma unidade de medição da frequência Doppler (3) para medir uma frequência Doppler em pelo menos três direções de frequência diferentes (10, 11, 12); . - uma unidade de cálculo de frequência Doppler (4) para calcular a frequência Doppler de uma direção de . 10 frequência de cálculo das pelo menos três direções de frequência diferentes (10, 11, 12), dependendo das Í frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de Í frequência adicionais das pelo menos três direções de | frequência diferentes (10, 11, 12), de tal forma que pode 15º também ser determinada uma frequência Doppler confiável na direção de frequência de cálculo, mesmo se a medição da | frequência Doppler nessa direção de frequência de cálculo for prejudicada; e - uma unidade de determinação da velocidade (5) para determinar a velocidade do objeto (2) dependendo da frequência Doppler calculada, que foi calculada para a direção de frequência de cálculo, e as frequências Doppler para as pelo menos duas direções de frequência adicionais. : 2. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de : 25 acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a unidade re de determinação da velocidade (5) é adaptada para determinar a velocidade em três direções da velocidade (x, y, z) para determinar a velocidade tridimensional (Vx, Vy, Vz), EM qQUe às três direções da velocidade (x, y, z) são diferentes das pelo menos três direções de frequência (10, 11, 12), de tal forma que a velocidade em uma das direções da velocidade (x, y, z) possa ser determinada por uma combinação de frequências Doppler medidas para as pelo menos três direções de

” 2757 frequência (10, 11, 12).

3. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a unidade de cálculo de frequência Doppler (4) é adaptada para calcular a frequência Doppler para a direção de frequência de cálculo dependendo de uma combinação linear das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência . adicionais.

4. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de . 10 acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que o aparelho de determinação de velocidade (1) compreende adicionalmente uma unidade de determinação do atendimento da condição de precisão (6) para determinar se uma condição de precisão que indica a precisão do cálculo realizado pela unidade de 15º cálculo de frequência Doppler (4) é atendida, em que a unidade de cálculo da frequência Doppler (4) é adaptada para calcular a frequência Doppler para a direção de frequência de cálculo, caso a unidade de determinação do atendimento da precisão (6) tenha determinado que a condição de precisão é atendida.

5. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de acordo com a reivindicação 4, caracterizado em que a unidade de determinação da velocidade (5) é adaptada para determinar : a velocidade (vx, Vy, V.) em três direções de velocidade (x, . 25 y, z) para determinar uma velocidade tridimensional, em que o aparelho de determinação da velocidade (1) compreende uma unidade de armazenagem (7) para armazenar velocidades que tenham sido determinadas ao longo do tempo em uma direção da velocidade (2), em que a unidade de determinação do atendimento da condição de precisão (6) é adaptada para determinar se uma condição de precisão indicativa da precisão do cálculo realizado pela unidade de cálculo da frequência Doppler é atendida, por meio do cálculo da média das

3/5 E velocidades armazenadas e comparação da média com um limite previamente definido.

6. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de acordo com a reivindicação 5, caracterizado em que a unidade de determinação do atendimento da condição de precisão (6) é adaptada para determinar se uma condição de precisão que é indicadora da precisão do cálculo realizado pela unidade de . cálculo de frequência Doppler (4) é atendida, por meio do cálculo da média das velocidades armazenadas (Vx) e . 10 comparação da média com um limite previamente definido.

7. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de acordo com a reivindicação 5, caracterizado em que a unidade de armazenagem (7) é adaptada para armazenar velocidades (v,) que correspondem a uma direção da velocidade vertical (z).

8. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a unidade de cálculo da frequência Doppler (4) é adaptada para determinar uma direção de frequência com falha, na qual a medição da frequência Doppler apresenta falha, e calcular a frequência Doppler para uma direção de frequência de cálculo que é a direção de frequência com falha dependendo das frequências Doppler medidas para as pelo menos duas direções de frequência adicionais das pelo menos três direções de ' frequência diferentes (10, 11, 12).

. 25 9. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a unidade de medição da frequência Doppler (3) compreende pelo menos três lasers (13, 14, 15) dirigidos nas pelo menos três direções de frequência diferentes (10, 11, 12) para medir a frequência Doppler nas pelo menos três direções de frequência diferentes (10, 11, 12).

10. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de acordo com a reivindicação 9, caracterizado em que a unidade

4/5 . É E de medição da frequência Doppler (3) é adaptada para utilizar um método de interferência com automistura para medir as frequências Doppler nas pelo menos três direções de frequência diferentes (10, 11, 12).

11. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE de acordo com a reivindicação 9, caracterizado em que a unidade de determinação da frequência Doppler compreende mais de três . lasers (18...23; 30...35) dirigidos em diferentes direções de frequência (24...29; 36...41), em que a unidade de " » 10 determinação da velocidade é adaptada para utilizar um primeiro subconjunto dos lasers para determinar uma primeira velocidade linear e utilizar um segundo subconjunto dos lasers para determinar uma segunda velocidade linear.

12. APARELHO DE DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE de 15º acordo com a reivindicação 11, caracterizado em que a unidade de determinação da velocidade é adaptada para determinar um parâmetro de rotação do objeto com base nas primeira e segunda velocidades lineares determinadas.

13. OBJETO que compreende o aparelho de determinação de velocidade conforme definido na reivindicação 1 caracterizado por determinar a velocidade do objeto.

14. MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE VELOCIDADE para determinar a velocidade de objetos, em que o método de ] determinação de velocidade caracterizado por compreender: - medição de uma frequência Doppler para pelo menos três direções de frequência diferentes; - cálculo de uma frequência Doppler de uma direção de frequência de cálculo das pelo menos três direções de frequência diferentes, dependendo das frequências Doppler medidas para pelo menos duas direções de frequência adicionais das pelo menos três direções de frequência diferentes, de tal forma que uma frequência Doppler confiável possa ser determinada na direção de frequência de cálculo,

mesmo se a medição da frequência Doppler nessa direção de frequência de cálculo for prejudicada; e - determinação da velocidade do objeto dependendo da frequência Doppler calculada, que foi calculada para a direção de frequência de cálculo, e as frequências Doppler para as pelo menos duas direções de frequência adicionais.

15. PROGRAMA DE COMPUTADOR DE DETERMINAÇÃO DA . VELOCIDADE, caracterizado por determinar a velocidade de um objeto de interesse, em que oO programa de computador - td 10 compreende meios de código de programa para fazer com que um aparelho de determinação da velocidade conforme definido na reivindicação 1 conduza as etapas do método de determinação da velocidade conforme definido na reivindicação 14, quando O programa de computador de determinação da velocidade for 15º conduzido em um computador que controla o aparelho de determinação da velocidade.