RU2451950C1 - Method for timing pulsed optical location signal - Google Patents
Method for timing pulsed optical location signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451950C1 RU2451950C1 RU2011101615/28A RU2011101615A RU2451950C1 RU 2451950 C1 RU2451950 C1 RU 2451950C1 RU 2011101615/28 A RU2011101615/28 A RU 2011101615/28A RU 2011101615 A RU2011101615 A RU 2011101615A RU 2451950 C1 RU2451950 C1 RU 2451950C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- array
- arrays
- signal
- pulse
- timing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии.The invention relates to laser technology, namely to laser ranging.
Известны локационные способы измерения дальности до удаленных объектов. Известен способ измерения дальности до цели [1], включающий посылку на цель зондирующего лазерного импульса SL(t-t0), где t - текущее время, t0 - момент посылки, регистрацию момента посылки t0, прием отраженного целью излучения S(t-tD), регистрацию момента приема tD и определение временного интервала τ=tD-t0, по которому судят о дальности D до цели по формуле D=cτ/2, где c - скорость света. Согласно этому способу, регистрацию моментов излучения зондирующего импульса и приема отраженного сигнала (временную привязку) производят в момент превышения сигналом заданного порога (привязка по фронту). При таком способе погрешность временной привязки велика - порядка длительности фронта сигнала [2]. Другим недостатком описанного в [1] способа является невысокая точность определения временного интервала τ, поскольку в измерителях первого поколения использовались аналоговые методы измерения временных интервалов.Known location methods for measuring the distance to distant objects. A known method of measuring the distance to the target [1], including sending to the target a probe laser pulse S L (tt 0 ), where t is the current time, t 0 is the moment of sending, recording the moment of sending t 0 , receiving the radiation reflected by the target S (tt D ), recording the time of reception t D and determining the time interval τ = t D -t 0 , which is used to judge the distance D to the target by the formula D = cτ / 2, where c is the speed of light. According to this method, the moments of radiation of the probe pulse and reception of the reflected signal (time reference) are recorded at the moment the signal exceeds a predetermined threshold (edge reference). With this method, the error of the timing is large - of the order of the duration of the signal front [2]. Another disadvantage of the method described in [1] is the low accuracy of determining the time interval τ, since the first generation meters used analog methods for measuring time intervals.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ временной привязки импульсного светолокационного сигнала S(t-tD) к сигналу тактовой частоты, синхронизированному с зондирующим импульсом SL(t), путем подсчета количества периодов T тактовой частоты от момента излучения зондирующего импульса, заключающийся в формировании массива {Si} выборочных значений сигнала S(t-tD), с периодом выборок T, и последующей временной привязке путем сравнения с цифровым шаблоном {SLi}, соответствующим зондирующему импульсу [3].The closest in technical essence to the proposed method is a method for temporarily linking a pulsed radar signal S (tt D ) to a clock signal synchronized with a probe pulse S L (t) by counting the number of periods T of the clock frequency from the moment of radiation of the probe pulse, which consists in the formation of the array {S i } of sample values of the signal S (tt D ), with the sampling period T, and the subsequent time reference by comparison with the digital template {S Li } corresponding to the probe pulse [3].
В указанном источнике сравнение массивов {SLi} и {Sj} производят путем последовательного сдвига массива {Si} на p=1, 2,…, Imax шагов, соответствующих периоду T тактовой последовательности, и определения на каждом шаге коэффициента корреляции . Значение Р, при котором корреляционная зависимость R(P) принимает максимальное значение, считают соответствующим временному положению принятого сигнала и определяют дальность до цели по формуле D=cPT/2, где c - скорость света. Максимальное количество шагов р=Imax соответствует предельной измеряемой дальности Dmax и определяется выражением Imax=2Dmax/cT.In the indicated source, the comparison of the arrays {S Li } and {S j } is performed by sequentially shifting the array {S i } by p = 1, 2, ..., I max steps corresponding to the period T of the clock sequence and determining the correlation coefficient at each step . The value of P, at which the correlation dependence R (P) takes the maximum value, is considered to correspond to the temporary position of the received signal and the distance to the target is determined by the formula D = cPT / 2, where c is the speed of light. The maximum number of steps p = I max corresponds to the maximum measured range D max and is determined by the expression I max = 2D max / cT.
При таком методе фиксации временного положения принятого сигнала S(t), представленного массивом своих выборочных значений {Si}, точность измерения дальности определяется дискретностью тактового сигнала T.With this method of fixing the temporary position of the received signal S (t), represented by an array of its sample values {S i }, the accuracy of the range measurement is determined by the discreteness of the clock signal T.
Задачей изобретения является повышение точности определения дальности. Указанная задача решается за счет того, что в известном способе временной привязки импульсного светолокационного сигнала S(t), где t - текущее время, к сигналу тактовой частоты с периодом T, синхронизированному с зондирующим импульсом SL(t), заключающемся в формировании массива {Si} выборочных значений сигнала S(t), с периодом выборок T, и последующей временной привязке путем сравнения с цифровым шаблоном, соответствующим форме зондирующего импульса, цифровой шаблон формируют путем оцифровки зондирующего импульса SL(t), с периодом T, в результате чего образуют базовый массив {SLi}0 выборочных значений зондирующего импульса STi=SL(i·T), где i=1, …, I - индекс оцифровки; I=tи/T - количество выборок в массиве {SLi}0; tи - длительность импульса; после этого массив {SLi}0 интерполируют гладкой функцией SL*(t), а затем формируют массивы {SLi}w, где w=1, 2, …, W, образуемые по формуле SLiw=SL*(tiw), где tiw=(w-1)T/W+(i-1)T, причем при формировании массива {SLi}0 начало отсчета времени t=0 выбирают так, чтобы на период от этого момента до вершины зондирующего импульса приходилось не менее чем два периода T тактовой частоты, количество W дополнительных массивов выбирают из условия 2≤W≤T/ΔT, где ΔT - неустранимая аппаратурная погрешность временной привязки, а в процессе временной привязки светолокационного сигнала массив его выборочных значений сравнивают с каждым из массивов {SLi}w в результате чего формируют W оценок Rw=R({S1i}w, {S2i}), характеризующих близость массивов {S1i}w и {S2i}, например, в виде суммарного абсолютного отклонения , определяют порядковый номер w*, при котором оценка Rw в наибольшей степени характеризует близость массивов {S1i}w и {S2i}, и формируют поправку Tt временной привязки относительно импульса тактовой частоты, совпадающего с началом сигнала S(t), по формуле Tt=ΔN·T, где ΔN=(w*-1)/W, T - период тактовой частоты.The objective of the invention is to increase the accuracy of determining the range. This problem is solved due to the fact that in the known method for temporarily linking a pulsed radar signal S (t), where t is the current time, to a clock signal with a period T synchronized with a probe pulse S L (t), which consists in forming an array { S i} of sample S (t) signal values with period sample T, and the subsequent temporary binding by comparison with a digital pattern corresponding to the shape of the probe pulse, the digital pattern is formed by digitizing the S L (t) probe pulse with a period T, as the result of which form the basic array {S Li} 0 sample values of the probe pulse S Ti = S L (i · T), where i = 1, ..., I - digitizing index; I = t and / T is the number of samples in the array {S Li } 0 ; t and - pulse duration; after that, the array {S Li } 0 is interpolated with the smooth function S L * (t), and then the arrays {S Li } w are formed , where w = 1, 2, ..., W, formed by the formula S Liw = S L * (t iw ), where t iw = (w-1) T / W + (i-1) T, and when forming the array {S Li } 0 , the time t = 0 starts so that for the period from this moment to the top of the probe pulse accounted for not less than two clock period T, the number of additional arrays W is selected from the
На Фиг.1 представлена временная диаграмма процесса зондирования, его привязки к тактовой частоте и формирования массивов {SLi} и {Si}. Фиг.2 иллюстрирует принцип формирования массивов {SLi}w=1 и {SLi}w=w. На фиг.3а) и б) приведены результаты представления функции SL*(t) соответственно кубическими сплайнами и по методу наименьших квадратов.Figure 1 presents the timing diagram of the sensing process, its binding to the clock frequency and the formation of arrays {S Li } and {S i }. Figure 2 illustrates the principle of the formation of arrays {S Li } w = 1 and {S Li } w = w . Figures 3a) and b) show the results of the representation of the function S L * (t), respectively, by cubic splines and by the least squares method.
В момент времени t=0 в направлении цели посылают зондирующий импульс SL(t) 1, представленный массивами своих выборочных значений {SLi}w. Один из таких массивов 2 показан на фиг.1. Момент t=0 излучения зондирующего импульса 1 привязан к тактовой последовательности 4 путем присвоения импульсу тактовой последовательности, совпадающему с моментом t=0, порядкового номера i=0. Тактовые импульсы генерируют с помощью высокостабильного источника с частотой FT=1/T, где T - период следования тактовых импульсов.At time t = 0, a probe pulse S L (t) 1, represented by arrays of their sample values {S Li } w , is sent in the direction of the target. One of these
После излучения зондирующего импульса принимают отраженный целью импульс S(t) 3 и производят его оцифровку с периодом тактовой частоты T. Результаты оцифровки сохраняют в массиве {Si} 5, который затем сравнивают с каждым из массивов {SLi}w, образуемых следующим образом.After the probe pulse is emitted, the target S (t) 3 pulse is received and digitized with a period of the clock frequency T. The digitization results are stored in the array {S i } 5, which is then compared with each of the arrays {S Li } w , formed as follows .
Базовый массив {SLi}1 6 формируют путем предварительной оцифровки зондирующего сигнала 1, заключающейся в пробном излучении зондирующего сигнала 1, его преобразовании в электрический сигнал, выделении и регистрации его выборочных значений 6 с периодом T, как это показано на фиг.2а). Вслед за этим производят интерполяцию массива {SLi}0 гладкой функцией SL*(t). Эта функция 7 показана на фиг.2. Построив функцию SL*(t), формируют W массивов ее выборочных значений 2. Каждый из этих массивов образуют по формулеThe base array {S Li } 1 6 is formed by preliminary digitization of the
; . ; .
Формирование шаблона в виде W массивов, формируемых по формуле (1), и осуществление временной привязки массива {Si} путем его поочередного сравнения с каждым из этих массивов {SLi}w дает возможность уменьшить дискретность измерения дальности в W раз, поскольку результаты такого сравнения зависят от порядкового номера массива {SLi}w. Благодаря этому существенно повышается точность измерения без увеличения тактовой частоты FT.The formation of a template in the form of W arrays formed by the formula (1), and the implementation of temporal binding of the array {S i } by alternately comparing it with each of these arrays {S Li } w, makes it possible to reduce the discreteness of range measurement by a factor of W, since the results of such comparisons depend on the sequence number of the array {S Li } w . Due to this, the measurement accuracy is significantly increased without increasing the clock frequency F T.
Рассмотренный способ формирования шаблона позволяет произвести оцифровку зондирующего сигнала стандартными техническими средствами без увеличения тактовой частоты и без необходимости многократных пробных зондирований с введением сдвига оцифровки tw=wT/W при каждом таком зондировании. Это позволяет исключить аппаратные ошибки формирования шаблона, связанные с погрешностью задания сдвига tw, неоднозначностью воспроизведения амплитуды и формы сигнала при каждом пробном зондировании, воздействии помех и других факторов, присущих аналого-цифровой обработке. На фиг.3 показаны примеры интерполяции зондирующего сигнала SL(t) 1, представленного массивом своих выборочных значений {SLi}0 6, с помощью кубических сплайнов (кривая 9) и аппроксимации по методу наименьших квадратов (кривая 11) [4]. Ошибки аппроксимации показаны на тех же графиках в масштабе 50:1 - кривая 10 при сплайн-интерполяции и кривые 12, 13 - при аппроксимации полиномами соответственно степени 7 и 9. При любом из указанных методов аппроксимации предлагаемый способ при оцифровке массивов {SLi}w обеспечивает погрешность порядка 0,1% и менее. Такая точность недостижима при непосредственном аналого-цифровом преобразовании зондирующего сигнала.The considered method of template generation allows digitization of the probing signal by standard technical means without increasing the clock frequency and without the need for multiple test soundings with the introduction of the digitization shift t w = wT / W for each such sounding. This allows us to eliminate the hardware errors of the template formation associated with the error in setting the shift t w , the ambiguity in reproducing the amplitude and waveform of each test probe, the effects of interference and other factors inherent in analog-to-digital processing. Figure 3 shows examples of interpolation of the probe signal S L (t) 1, represented by an array of its sample values {S Li } 0 6, using cubic splines (curve 9) and the least-square approximation (curve 11) [4]. The approximation errors are shown on the same graphs on a scale of 50: 1 —
Данный способ реализован в экспериментальном образце лазерного дальномера со следующими характеристиками. Тактовая частота FT=25 МГц (тактовый период T=40 нс, что соответствует дискретности по дальности ΔD=6 м). Количество массивов W=100. Общее количество выборок в каждом массиве {SLi}w K=5. Среднеквадратичная ошибка измерения дальности не превышает 0,06 м и определяется неустранимой аппаратурной погрешностью временной привязки. У известных дальномеров ошибка измерения в десятки раз больше этой величины.This method is implemented in an experimental sample of a laser rangefinder with the following characteristics. The clock frequency F T = 25 MHz (the clock period T = 40 ns, which corresponds to the discreteness in range ΔD = 6 m). The number of arrays is W = 100. The total number of samples in each array {S Li } w K = 5. The standard error of the range measurement does not exceed 0.06 m and is determined by the fatal error of the time reference. For known rangefinders, the measurement error is tens of times greater than this value.
Предлагаемый способ по сравнению с известными способами обеспечивает значительно более точную оценку положения отраженного сигнала по массиву его выборочных значений в условиях воздействия шумов, в том числе, при многократном зондировании и накоплении данных. В результате обеспечивается существенное повышение точности определения дальности до цели.The proposed method, in comparison with known methods, provides a much more accurate estimate of the position of the reflected signal by the array of its sample values under the influence of noise, including multiple sounding and data accumulation. The result is a significant increase in the accuracy of determining the range to the target.
Источники информацииInformation sources
1. В.А.Волохатюк, В.М.Кочетков, P.P.Красовский. Вопросы оптической локации. - М.: Советское радио, 1971 г., с.176.1. V.A. Volokhatyuk, V.M. Kochetkov, P.P. Krasovsky. Optical location issues. - M.: Soviet Radio, 1971, p.176.
2. Е.А.Мелешко. Интегральные схемы в наносекундной ядерной электронике. - М.: Атомиздат, 1977, с.77.2. E.A. Meleshko. Integrated circuits in nanosecond nuclear electronics. - M .: Atomizdat, 1977, p.77.
3. United States Patent No 5805468, September 8, 1998, Method and apparatus for determining the light transit time over a measurement path arranged between a measuring apparatus and a reflecting object. - Прототип.3. United States Patent No. 5805468, September 8, 1998, Method and apparatus for determining the light transit time over a measurement path arranged between a measuring apparatus and a reflecting object. - The prototype.
4. И.Н.Бронштейн, K.A.Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1986 г.4. I.N. Bronstein, K.A. Semendyaev. A reference book in mathematics for engineers and students of technical colleges. - M.: Science, 1986.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011101615/28A RU2451950C1 (en) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Method for timing pulsed optical location signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011101615/28A RU2451950C1 (en) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Method for timing pulsed optical location signal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2451950C1 true RU2451950C1 (en) | 2012-05-27 |
Family
ID=46231765
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011101615/28A RU2451950C1 (en) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Method for timing pulsed optical location signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2451950C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5179286A (en) * | 1990-10-05 | 1993-01-12 | Mitsubishi Denki K.K. | Distance measuring apparatus receiving echo light pulses |
US5805468A (en) * | 1995-05-09 | 1998-09-08 | Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik | Method and apparatus for determining the light transit time over a measurement path arranged between a measuring apparatus and a reflecting object |
JP2002368720A (en) * | 2001-06-11 | 2002-12-20 | Denso Corp | Distance measurement device |
RU2288449C2 (en) * | 2004-06-28 | 2006-11-27 | Новосибирский Государственный технический университет (НГТУ) | Laser impulse range finder |
RU2390724C2 (en) * | 2007-10-10 | 2010-05-27 | Валерий Григорьевич Вильнер | Method for light-range finding |
-
2011
- 2011-01-18 RU RU2011101615/28A patent/RU2451950C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5179286A (en) * | 1990-10-05 | 1993-01-12 | Mitsubishi Denki K.K. | Distance measuring apparatus receiving echo light pulses |
US5805468A (en) * | 1995-05-09 | 1998-09-08 | Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik | Method and apparatus for determining the light transit time over a measurement path arranged between a measuring apparatus and a reflecting object |
JP2002368720A (en) * | 2001-06-11 | 2002-12-20 | Denso Corp | Distance measurement device |
RU2288449C2 (en) * | 2004-06-28 | 2006-11-27 | Новосибирский Государственный технический университет (НГТУ) | Laser impulse range finder |
RU2390724C2 (en) * | 2007-10-10 | 2010-05-27 | Валерий Григорьевич Вильнер | Method for light-range finding |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8766682B2 (en) | Method and device for measuring duration of a time interval | |
CN108964777B (en) | High-speed camera calibration system and method | |
JP5627456B2 (en) | Determination of sine wave period | |
JP2019512692A (en) | Optical fazogram for LADAR vibration measurement | |
JP2012137461A (en) | Method for synchronizing system of on-board underground radar measuring device | |
CN108445477B (en) | High-precision distance measurement method for airport surface foreign matter detection radar | |
RU2628997C1 (en) | Method of obtaining two-dimensional radar images of object at multi-frequency pulse sensing and inverse device synthesis with iterative distance reconciliation from equivalent antenna phase center to synthesization point | |
US7193692B2 (en) | Laser range finder and method to measure a distance | |
RU2455615C1 (en) | Method for non-coherent accumulation of optical location signals | |
RU2337378C1 (en) | Method for defining air target path parameters in surveillance rls | |
RU2451950C1 (en) | Method for timing pulsed optical location signal | |
RU2372626C1 (en) | Method of determining distance to earth's surface | |
Jalobeanu et al. | The full-waveform LiDAR Riegl LMS-Q680i: from reverse engineering to sensor modeling | |
US20180203142A1 (en) | Seismic Survey Method | |
CN113552534B (en) | Phase calibration method of rotating baseline interferometer based on pulse signal | |
US8587467B1 (en) | Method and apparatus for determining locations of a moving radar | |
CN102879780B (en) | Satellite-borne synthetic aperture radar (SAR) imaging method based on Doppler cubic term estimation | |
RU2451904C1 (en) | Range-finding method | |
RU2393500C2 (en) | Method of determining phases of complex envelopes of reflected signals in object multi-frequency pulsed sounding for radar object imagery | |
RU2469269C2 (en) | Range-finding method | |
JP2013113723A (en) | Radar system | |
RU2390724C2 (en) | Method for light-range finding | |
RU2352903C1 (en) | Method of laser probing of remote object | |
Ji et al. | Effect of incorrect sound velocity on synthetic aperture sonar resolution | |
Li et al. | High order Doppler parameter estimation of bistatic forward-looking SAR based on CPF-Radon transform |