RU2634603C2 - Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта - Google Patents

Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта Download PDF

Info

Publication number
RU2634603C2
RU2634603C2 RU2015150781A RU2015150781A RU2634603C2 RU 2634603 C2 RU2634603 C2 RU 2634603C2 RU 2015150781 A RU2015150781 A RU 2015150781A RU 2015150781 A RU2015150781 A RU 2015150781A RU 2634603 C2 RU2634603 C2 RU 2634603C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
analog
data processing
digital
amplifiers
Prior art date
Application number
RU2015150781A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015150781A (ru
Inventor
Владимир Вячеславович Громов
Давид Лазорович Липсман
Сергей Михайлович Мосалёв
Игорь Семенович Рыбкин
Александр Сергеевич Сутягин
Дмитрий Альберович Фуфаев
Владимир Сергеевич Хапалов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" filed Critical Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
Priority to RU2015150781A priority Critical patent/RU2634603C2/ru
Publication of RU2015150781A publication Critical patent/RU2015150781A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634603C2 publication Critical patent/RU2634603C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ультразвуковым системам обнаружения препятствий, предназначенным для регистрации и обработки сигналов, получаемых с акустических датчиков, и может быть использовано в подвижных дистанционно-управляемых объектах военного или двойного назначения для определения расстояний до препятствий. Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта содержит излучающие и приемные приборы средств обнаружения объектов, выполненные в виде n приемопередающих преобразователей (ППП) 1, располагающихся по периметру подвижного объекта (ПО) 2, блок обработки данных состоит из независимых каналов оцифровки (НКО) 3 аналоговых сигналов ППП 1, содержащих предварительные широкополосные операционные усилители (ШОУ) 4, усилители (У) 5 для согласования по уровню сигналов предварительных усилителей и аналого-цифровых преобразователей и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 6, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов, устройства дальнейшей реализации алгоритма цифровой обработки и регистрации сигналов, выполненного на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) 7, генератора тактовой частоты (ГТЧ) 8, импульсного преобразователя напряжения (ИПН) 9, преобразователя интерфейса USB 2.0 (ПИ) 10 для передачи результатов измерений, транзисторных ключей (К) 11, предназначенных для реализации цифрового управления ППП 1 по сигналам, поступающим с ПЛИС 7. Обеспечивается определение расстояния до препятствия с высокой точностью, работа в режиме локатора с возможностью измерения как очень малых, так и больших расстояний. 5 ил.

Description

Изобретение относится к ультразвуковым системам обнаружения препятствий, предназначенным для регистрации и обработки сигналов, получаемых с акустических датчиков, и может быть использовано в подвижных дистанционно-управляемых объектах военного или двойного назначения для определения расстояний до препятствий.
Известна система управления (см. патент RU №2386507, B21D 5/02, B23Q 15/22, F16P 3/00, 20.04.2010 г.), принятая за прототип. Система управления содержит средства обнаружения объектов, расположенных на траектории движения или рядом с ней, и средства обработки данных и управления, выполненные с возможностью определения расстояния. Средства обнаружения объектов на траектории движения содержат светоизлучающие средства, выполненные с возможностью освещения области около указанной траектории, и светоприемные средства, выполненные с возможностью приема света, прошедшего через указанную область, так что находящиеся в ней объекты отбрасывают тени на светоприемные средства, которые находятся во взаимодействии со средствами обработки данных и управления, так что они определяют наличие препятствий в упомянутой области на основе изображений, полученных указанными светоприемными средствами. Средства обработки данных и управления содержат средства запоминания, которые выполнены с возможностью хранения изображений, полученных светоприемными средствами, в качестве известных изображений.
Недостатками прототипа являются:
- недостаточная точность констатации конфигуративной сложности обнаруженного объекта;
- необходимость проведения большого объема регулировочных работ при настройке системы;
- невозможность обеспечить четкое обнаружение объектов при наличии атмосферных осадков;
- невозможность обеспечить обнаружение объектов различной структуры (твердых, жидких, зернообразных и порошкообразных), прозрачности и цвета.
Предлагаемым изобретением решается задача по повышению степени автономности дистанционно-управляемых подвижных объектов и безопасности во время движения при выполнении задач по назначению.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании ультразвуковой системы обнаружения препятствий движению подвижного объекта, устанавливаемой на самодвижущейся платформе дистанционно-управляемого объекта и обладающей способностью определять расстояние до препятствия с высокой точностью, обеспечивать работу в режиме локатора с возможностью измерения как очень малых, так и больших расстояний.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой ультразвуковой системе обнаружения препятствий движению подвижного объекта, содержащей имеющие излучающие и приемные приборы средства обнаружения объектов, которые находятся во взаимодействии со средствами обработки данных и управления таким образом, что они определяют наличие препятствий, новым является то, что излучающие и приемные приборы средств обнаружения объектов выполнены в виде n приемо-передающих преобразователей, располагающихся по периметру подвижного объекта, приемо-передающие преобразователи выполнены с возможностью поочередного излучения зондирующих ультразвуковых импульсов, сканирующих поверхность идентифицируемого объекта, а после отражения от нее - их параллельного во времени приема и регистрации впоследствии в блоке обработке данных, блок обработки данных состоит из независимых каналов оцифровки аналоговых сигналов приемо-передающих преобразователей, содержащих предварительные широкополосные операционные усилители, выполненные с возможностью обеспечения высокой величины входного сопротивления каналов, усилители для согласования по уровню сигналов предварительных усилителей и аналого-цифровых преобразователей и аналого-цифровые преобразователи, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов, устройства дальнейшей реализации алгоритма цифровой обработки и регистрации сигналов, выполненного на базе программируемой логической интегральной схемы, генератора тактовой частоты, импульсного преобразователя напряжения, преобразователя интерфейса USB 2.0 для передачи результатов измерений, транзисторных ключей, предназначенных для реализации цифрового управления приемо-передающими преобразователями по сигналам, поступающим с программируемой логической интегральной схемы.
Выполнение излучающих и приемных приборов средств обнаружения объектов в виде n приемо-передающих преобразователей, располагающихся по периметру подвижного объекта, позволяет:
- получить полную информацию о размещении препятствий вокруг дистанционно-управляемого подвижного объекта;
- исключить возникновение «мертвых» зон во время сканирования местности при движении.
Выполнение приемо-передающих преобразователей с возможностью поочередного излучения зондирующих ультразвуковых импульсов, сканирующих поверхность идентифицируемого объекта, а после отражения от нее - их параллельного во времени приема и регистрации в блоке обработке данных, позволяет:
- зафиксировать наиболее полную картину конфигуративной сложности обнаруженного объекта;
- подготовить формирование цифровых массивов данных для получения полной картины о форме и размерах возникшего препятствия;
- получить устойчивый поток «полезной» информации при различных метеорологических условиях.
Наличие в блоке обработки данных независимых каналов оцифровки аналоговых сигналов приемо-передающих преобразователей позволяет:
- регистрировать получаемые от приемо-передающих преобразователей аналоговые сигналы;
- обеспечить необходимую величину входного сопротивления каналов блока;
- обеспечить согласование по уровню сигналов входных усилителей и аналого-цифровых преобразователей;
- обеспечить первичную оцифровку аналоговых сигналов.
Включение в состав блока обработки данных программируемой логической интегральной схемы позволяет обеспечить регистрацию и дальнейшую цифровую обработку.
Включение в состав блока обработки даны преобразователя интерфейса USB 2.0 позволяет обеспечить передачу результатов измерений.
Включение в состав блока обработки данных транзисторных ключей позволяет обеспечить реализацию цифрового управления приемо-передающими преобразователями по сигналам, поступающим с программируемой логической интегральной схемы.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан пример схемы расположения приемо-передатчиков S1…S4 относительно отражающей поверхности идентифицируемого объекта; на фиг. 2 - пример графиков регистрируемых сигналов; на фиг. 3 - пример схемы определения положения подвижного объекта; на фиг. 4 - пример схемы перекрытия диаграмм направленности; на фиг. 5 - функциональная схема блока обработки данных.
Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта содержит излучающие и приемные приборы средств обнаружения объектов, выполненые в виде n приемопередающих преобразователей (ППП) 1, располагающихся по периметру подвижного объекта (ПО) 2, блок обработки данных состоит из независимых каналов оцифровки (НКО) 3 аналоговых сигналов ППП 1, содержащих предварительные широкополосные операционные усилители (ШОУ) 4, усилители (У) 5 для согласования по уровню сигналов предварительных усилителей и аналого-цифровых преобразователей и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 6, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов, устройства дальнейшей реализации алгоритма цифровой обработки и регистрации сигналов, выполненного на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) 7, генератора тактовой частоты (ГТЧ) 8, импульсного преобразователя напряжения (ИПН) 9, преобразователя интерфейса USB 2.0 (ПИ) 10 для передачи результатов измерений, транзисторных ключей (К) 11, предназначенных для реализации цифрового управления ППП 1 по сигналам, поступающим с ПЛИС 7.
Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта функционирует следующим образом. Работа системы заключается в поочередном излучении n ППП 1 ультразвуковых сканирующих импульсов с последующей регистрацией и обработкой эхо-сигналов, получаемых с объекта обнаружения. Рассмотрим работу системы на примере, когда n=4. В момент времени t=0 i-м ППП 1 излучается зондирующий ультразвуковой импульс длительностью τ. Пройдя расстояние ri импульс достигает точки на поверхности идентифицируемого объекта, и, отразившись от нее, проходит расстояние rj до j-ого приемо-передатчика. При этом зондирующий импульс проходит путь:
Figure 00000001
где (x, y) - координаты идентифицируемого объекта A;
(xi, yi) - координаты i-ого приемопередатчика;
(xj, yj) - координаты j-ого приемопередатчика.
Распространяясь, в пространстве зондирующий импульс приобретает задержку:
Figure 00000002
где c - скорость звука в среде.
Сигналы ППП 1 регистрируются параллельно во времени - оцифровываются и записываются в цифровые массивы данных с частотой fАЦП.
Расстояние, проходимое зондирующим импульсом, определяется по его временной задержке, исходя из (2):
Figure 00000003
Пройденному lij расстоянию соответствует объект, местоположение которого определяется эллипсом, ограниченным перекрытием диаграмм направленности соответствующих ППП 1.
Определение положения объекта по величинам l11, l12, l13, l14 рассмотрим на примере. Фокусы эллипса соответствуют точкам расположения i-ого излучателя и j-ого приемника с большей полуосью, определяемыми выражениями:
Figure 00000004
Местоположение объекта и его контуры определяются по пресечению двух и более эллипсов. Общее (максимальное) число эллипсов определяется квадратом числа ППП 1 n2, из них независимых 1/2(n2+n).
Для системы из четырех ППП 1 n=4:
Figure 00000005
В силу тождественности сигналов Fij(t)=Fji(t):
Figure 00000006
Для построения ультразвукового изображения объекта достаточно анализа лишь независимых сигналов 1/2(n2+n)=10:
Figure 00000007
При этом число пересечений всех независимых сигналов 1/4(n2+n)2=100:
Figure 00000008
Figure 00000009
В силу тождественности сигналов Fijkl(t)=Fklji(t) и вырожденности Fijij(t) число пересечений уменьшается до n/8(n3+2n2-n-2)+45:
Figure 00000010
Для получения ультразвуковой картинки производится суммирование независимых пересечений.
Figure 00000011
Пример подобной картинки приведен на фиг. 4, при этом изображение получается лишь в зоне перекрытия диаграмм направленности ППП 1: S1*S2, S2*S3, S3*S4, S1*S2*S3, S2*S3*S4, S1*S2*S3*S4.
В данном примере отраженные от объекта идентификации сигналы ППП 1 поступают по четырем НКО 3 в ПЛИС 7, реализующие алгоритмы цифровой обработки аналоговых сигналов. Цифровое управление ППП 1 осуществляется транзисторными ключами К 11, сигналы управления поступают с ПЛИС 7. В состав каждого НКО 3 входят:
- предварительные ШОУ 4, обеспечивающие высокие величины входного сопротивления каналов;
- усилители У 5, которые обеспечивают согласование по уровню сигналов ШОУ 4 и АЦП 6;
- 12-ти разрядные АЦП 6, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов с частотой дискретизации f=2,5 МГц.
Оцифрованные сигналы поступают в ПЛИС 7 для регистрации и дальнейшей цифровой обработки. Для передачи результатов измерений служит ПИ 10 USB-2.0.
Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, заключающегося в создании ультразвуковой системы обнаружения препятствий движению подвижного объекта, устанавливаемой на самодвижущейся платформе дистанционно-управляемого объекта и обладающей способностью определять расстояние до препятствия с высокой точностью, обеспечивать работу в режиме локатора с возможностью измерения как очень малых, так и больших расстояний.

Claims (1)

  1. Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта, содержащая имеющие излучающие и приемные приборы средства обнаружения объектов, которые находятся во взаимодействии со средствами обработки данных и управления таким образом, что они определяют наличие препятствий, отличающаяся тем, что излучающие и приемные приборы средств обнаружения объектов выполнены в виде n приемо-передающих преобразователей, располагающихся по периметру подвижного объекта, приемо-передающие преобразователи выполнены с возможностью поочередного излучения зондирующих ультразвуковых импульсов, сканирующих поверхность идентифицируемого объекта, а после отражения от нее - их параллельного во времени приема и регистрации впоследствии в блоке обработке данных, блок обработки данных состоит из независимых каналов оцифровки аналоговых сигналов приемо-передающих преобразователей, содержащих предварительные широкополосные операционные усилители, выполненные с возможностью обеспечения высокой величины входного сопротивления каналов, усилители для согласования по уровню сигналов предварительных усилителей и аналого-цифровых преобразователей и аналого-цифровые преобразователи, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов, устройства дальнейшей реализации алгоритма цифровой обработки и регистрации сигналов, выполненного на базе программируемой логической интегральной схемы, генератора тактовой частоты, импульсного преобразователя напряжения, преобразователя интерфейса USB 2.0 для передачи результатов измерений, транзисторных ключей, предназначенных для реализации цифрового управления приемо-передающими преобразователями по сигналам, поступающим с программируемой логической интегральной схемы.
RU2015150781A 2015-11-26 2015-11-26 Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта RU2634603C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150781A RU2634603C2 (ru) 2015-11-26 2015-11-26 Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150781A RU2634603C2 (ru) 2015-11-26 2015-11-26 Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015150781A RU2015150781A (ru) 2017-06-02
RU2634603C2 true RU2634603C2 (ru) 2017-11-01

Family

ID=59031632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015150781A RU2634603C2 (ru) 2015-11-26 2015-11-26 Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634603C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706798C1 (ru) * 2019-01-18 2019-11-21 Общество с ограниченной ответственностью "АВРОРА РОБОТИКС" Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению беспилотного транспортного средства

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110737951B (zh) * 2019-09-04 2020-10-13 太原理工大学 一种基于高斯随机游走鲸鱼算法的旋风分离器结构参数整定方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU81343U1 (ru) * 2008-11-27 2009-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЛогТрансПром" Устройство для парковки транспортных средств
RU2425765C1 (ru) * 2010-07-12 2011-08-10 Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" Устройство контроля дистанций автомобиля до препятствий
RU120780U1 (ru) * 2012-04-27 2012-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" (ФГБОУ ВПО "МГИУ") Система для предотвращения лобового столкновения автомобилей

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU81343U1 (ru) * 2008-11-27 2009-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЛогТрансПром" Устройство для парковки транспортных средств
RU2425765C1 (ru) * 2010-07-12 2011-08-10 Закрытое акционерное общество "ОКБ "РИТМ" Устройство контроля дистанций автомобиля до препятствий
RU120780U1 (ru) * 2012-04-27 2012-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" (ФГБОУ ВПО "МГИУ") Система для предотвращения лобового столкновения автомобилей

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706798C1 (ru) * 2019-01-18 2019-11-21 Общество с ограниченной ответственностью "АВРОРА РОБОТИКС" Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению беспилотного транспортного средства

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015150781A (ru) 2017-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115210602A (zh) 用于固态lidar的噪声过滤系统和方法
US20190339365A1 (en) Integrated LIDAR Illumination Power Control
CN108802735B (zh) 一种用于未知声速环境的水下目标定位及测速方法和装置
JP7025156B2 (ja) データ処理装置、データ処理方法およびデータ処理用プログラム
CN106405572A (zh) 基于空间编码的远距离高分辨率激光主动成像装置及方法
US20140211194A1 (en) Cost-effective lidar sensor for multi-signal detection, weak signal detection and signal disambiguation and method of using same
US20110279662A1 (en) Reflex Longitudinal Imaging Using Through Sensor Insonification
US20170248696A1 (en) Ultrasonic and optical tracking method and system for small animal research
US11513197B2 (en) Multiple-pulses-in-air laser scanning system with ambiguity resolution based on range probing and 3D point analysis
WO2013088951A1 (ja) 位置測定装置
EP3958734A4 (en) ELECTRONIC DEVICE WITH ELECTRODE FOR MEASURING BIOLOGICAL SIGNALS
CN108027424B (zh) 用于hyperion lidar系统的焦平面2d apd阵列的实施方案
KR20130004018A (ko) 멀티 터치 인식 장치
JP6233606B2 (ja) 目標識別レーザ観測システム
CA2934760C (en) Method for detecting topographical features of a surface and device for such purpose
RU2634603C2 (ru) Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта
WO2020215252A1 (zh) 测距装置点云滤噪的方法、测距装置和移动平台
MacLeod et al. Quantifying and improving laser range data when scanning industrial materials
CN113179653A (zh) 反射率的测量方法、装置、可移动平台和计算机可读介质
Hamanaka et al. Surface-condition detection system of drone-landing space using ultrasonic waves and deep learning
US20150369909A1 (en) Image sensor for large area ultrasound mapping
JP2017072492A (ja) 計測システム
CN116601527B (zh) 光学传感系统、用于光学传感系统的距离估计系统及方法
WO2024062365A1 (en) Parallax among corresponding echoes
RU2650419C1 (ru) Гидролокационный способ классификации подводных объектов в контролируемой акватории