RU2669016C2 - Доплеровский измеритель путевой скорости - Google Patents
Доплеровский измеритель путевой скорости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669016C2 RU2669016C2 RU2017105239A RU2017105239A RU2669016C2 RU 2669016 C2 RU2669016 C2 RU 2669016C2 RU 2017105239 A RU2017105239 A RU 2017105239A RU 2017105239 A RU2017105239 A RU 2017105239A RU 2669016 C2 RU2669016 C2 RU 2669016C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixer
- output
- doppler
- input
- circulator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- 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
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
- G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
- G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
-
- 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
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
-
- 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
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/91—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control
- G01S13/92—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control for velocity measurement
-
- 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн. Технический результат - повышение точности измерения. Указанный результат достигается тем, что доплеровский измеритель путевой скорости содержит последовательно соединенные генератор СВЧ и направленный ответвитель, последовательно соединенные антенну, циркулятор и первый смеситель, при этом основной выход направленного ответвителя подсоединен к входу циркулятора, а вспомогательный выход соединен с первым входом первого смесителя, а также содержит вычислительный блок, соединенный с выходом первого смесителя, содержит второй смеситель и фазовращатель на угол π/4, при этом первый вход второго смесителя соединен со вспомогательным выходом направленного ответвителя, второй вход соединен с выходом циркулятора через фазовращатель, а выход соединен с вычислительным блоком, при этом на выходах первого и второго смесителей образуются идентичные доплеровские сигналы, сдвинутые между собой по фазе на π/4, время задержки между ними соответствует четверти периода доплеровской частоты и определяется по максимуму коэффициента взаимной корреляции t, в вычислительном блоке по времени задержки tопределяют доплеровскую частоту, пропорциональную скорости движения f=1/4t, затем, с учетом формулы для путевой скорости V=c/8cos(α)f, где с - скорость света, f- частота излучаемого сигнала, вычисляют уточненную путевую скорость по формуле V=c/8cos(α)ft, обеспечивая устранение ошибки, связанной с неточным определением доплеровской частоты. 4 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн.
В настоящее время известны радиоволновые устройства измерения путевой скорости, основанные на эффекте Доплера (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 124-132 с.). В отличие от датчиков, определяющих скорость по частоте вращения колеса, доплеровские датчики показывают настоящую путевую скорость, которая не зависит от скольжения, движения при повороте и пробуксовывания. Эта информация об истинной скорости относительно поверхности очень важна для правильной работы антиблокировочной системы и других систем управления транспортного средства. Обычно доплеровские датчики содержат генератор СВЧ, направленный ответвитель, циркулятор, антенну, смеситель и вычислительный блок. Антенна ориентирована под углом α к направлению движения. От генератора СВЧ сигнал с частотой ƒ0 поступает через основной вывод направленного ответвителя и циркулятор на антенну и излучается в сторону подстилающей поверхности. При этом часть сигнала через вспомогательный вывод направленного ответвителя поступает на первый вход смесителя, а на второй его вход поступает СВЧ сигнал, отраженный от поверхности обратно в антенну и прошедший через циркулятор. В процессе движения отраженная частота, поступающая на смеситель, будет отличаться от частоты СВЧ генератора на доплеровскую частоту, которая выделяется на выходе смесителя:
где λ0=с/ƒ0 - длина электромагнитной волны, с - скорость света в воздухе. В вычислительном устройстве эта частота измеряется, а скорость определяется по формуле:
Однако устройства, реализующие данный классический способ, обладают существенным недостатком. Поскольку реальная антенна не излучает одну волну прямолинейно, а имеет некоторую диаграмму направленности с шириной главного лепестка θ, отраженная волна будет выглядеть не одной гармоникой, а суперпозицией волн, падающих и отраженных с разными углами α - θ/2 ≤ αi ≤ α + θ/2 от подстилающей поверхности ΔƒD. Функцию распределения энергии отраженной волны от угла α можно выразить через уравнение радиолокации:
В этой формуле α - угол наклона относительно горизонтальной поверхности, θc - угол направления центра диаграммы направленности антенны (ДНА), А(α) - функция распределения ДНА, R(α)=Н/sin(α) - расстояние от фазового центра антенны до точки отражения, Н - высота расположения антенны над поверхностью (см. Фиг. 1). K - константа, определяемая системными параметрами, σ(α) - функция эффективной отражающей поверхности дороги. А(α) имеет максимум при условии равенства α=θc и симметрична относително θc. σ(α) имеет тенденцию к увеличению с увеличением угла α, в соответствии с ДНА. Если выполнить подстановку значения α=arccos(λ0ƒD/2V) из (1) в Е(α) согласно уравнению (3), получим выражение для спектральной плотности доплеровского сигнала для данной скорости:
Это спектральное распределение качественно показано на Фиг. 1. Следует отметить смещение между максимумом спектральной плотности и собственно доплеровской частотой ƒD. Кроме этого сам доплеровский сигнал будет иметь существенную стохастическую составляющую из-за случайного характера распределения отражающих свойств по площади отражающей поверхности, влияния вибрации и смещений угла наклона антенны в результате крена или тонгажа. В результате все эти факторы приводят к трудностям в точном определении доплеровской частоты, а, следовательно, к недостаточной точности измерения скорости.
Чтобы уменьшить влияние этих ошибок, применяют устройства с использованием излучения и приема электромагнитных волн из двух антенн под разными углами к поверхности (например, патент РФ №2334995 от 27.09.2008, G01S 13/58). Совместная обработка двух доплеровских сигналов позволяет лишь частично снизить влияние ошибки от наличия спектрального распределения ΔƒD. Однако, практически кратное увеличение составных компонентов устройства, реализующего данный способ, соответственно увеличивает и ошибки, вызванные с паразитным просачиванием излучений между антеннами, циркуляторами и другими элементами устройства. Кроме этого повышается стоимость устройства. Точность можно повысить также за счет использования усредняющих процедур обработки спектра, однако тот факт, что максимум спектральной плотности не соответствует доплеровской частоте, не позволяет эффективно использовать этот подход.
Наиболее близким по технической сущности является устройство измерения путевой скорости (М.И. Финкельштейн. Основы радиолокации. М., Советское радио. 1973, с. 85), принятый за прототип. Устройство-прототип содержит последовательно соединенные генератор СВЧ и направленный ответвитель, а также последовательно соединенные антенну, циркулятор, смеситель и вычислительный блок, при этом основной выход направленного ответвителя подсоединен к входу циркулятора, а вспомогательный выход соединен со вторым входом смесителя. Устройство работает следующим образом. Электромагнитные колебания фиксированной частоты от генератора СВЧ через направленный ответвитель и циркулятор поступают на антенну, излучаются под углом α между направлением движения и подстилающей поверхностью. Отраженные волны принимаются антенной, затем через циркулятор поступают на первый вход смесителя, а на второй его вход поступает часть падающих электромагнитных колебаний от вспомогательного выхода направленного ответвителя. На выходе смесителя выделяется доплеровский сигнал, поступающий на вычислительный блок, где происходит вычисление путевой скорости по его частоте согласно формуле (2), при этом доплеровская частота определяется по максимуму спектральной плотности доплеровского сигнала.
Недостатком устройства являются значительные ошибки определения путевой скорости, обусловленные измерением доплеровской частоты по максимуму спектральной плотности доплеровского сигнала. Это происходит из-за несоответствия доплеровской частоты этому максимуму и наличием существенных искажений спектра от случайных помех, вызванных неравномерностями дорожного покрытия, вибраций и изменениями угла наклона антенны датчика из-за крена и тонгажа.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.
Технический результат достигается тем, что доплеровский измеритель путевой скорости, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ и направленный ответвитель, последовательно соединенные антенну, циркулятор и первый смеситель, при этом основной выход направленного ответвителя подсоединен к входу циркулятора, а вспомогательный выход соединен с первым входом первого смесителя, а также вычислительный блок соединенный с выходом первого смесителя, дополнительно содержит второй смеситель и фазовращатель на угол π/4, при этом первый вход второго смесителя соединен со вспомогательным выходом направленного ответвителя, второй вход соединен с выходом циркулятора через фазовращатель, а выход соединен с вычислительным блоком.
На Фиг. 2 представлена структурная схема устройства.
На Фиг. 3 изображены временные диаграммы сигналов на выходах первого и второго смесителя.
На Фиг. 4 изображена взаимно-корреляционная функция между сигналами с выходов первого и второго смесителят в нормированном виде.
Устройство расположено на транспортном средстве и содержит генератор СВЧ 1, направленный ответвитель 2, циркулятор 3, антенну 4, фазовращатель на угол π/4 5, первый смеситель 6, второй смеситель 7, вычислительный блок 8. Антенна ориентирована под углом α между направлением движения и подстилающей поверхностью 9.
Устройство работает следующим образом. От генератора СВЧ сигнал с частотой ƒ0 поступает через основной вывод направленного ответвителя и циркулятор на антенну и излучается в сторону подстилающей поверхности. При этом часть сигнала через вспомогательный вывод направленного ответвителя поступает на первые входы двух смесителей, а на вторые его входы поступает СВЧ сигнал, отраженный от поверхности обратно в антенну и прошедший через циркулятор. Однако, если на первый смеситель он приходит напрямую, то на второй вход - после сдвига по фазе на угол π/4. В результате на выходе первого и второго смесителя образуются доплеровские сигналы, сдвинутые между собой по фазе π/4 (см. кривые S1(t) и S2(t) на фиг. 3). При этом используется временная выборка N=2000 значений, с длительностью каждой выборки - Δt. Функция r12(tЗ) взаимной корреляции сигналов S1(t) и S2(t) от времени задержки tЗ за время Т=NΔt будет выглядеть следующим образом:
В нормированном дискретном виде коэффициента взаимной корреляции r12(j) от дискретного сдвига j функция (5) она примет вид:
График этой функции представлен на Фиг. 4. В процессе движения оба доплеровских сигнала будут полностью идентичными, а время задержки между ними будет соответствовать четверти периода доплеровской частоты. Это время можно определить по максимуму коэффициента взаимной корреляции (6) tmax=jmaxΔt, как показано на Фиг. 4. Далее можно определить доплеровскую частоту ƒD=1/4tmax, а затем по формуле (2) вычислить путевую скорость V.
Таким образом, ошибка, связанная с неточным определением доплеровской частоты из-за стохастического и ассимметричного характера спектра доплеровского сигнала при измерении путевой скорости устраняется, а точность измерения по сравнению с прототипом увеличивается. Благодаря этому устройству в отличие от прототипа удается определить направление движения. При движении вперед в рассматриваемом случае максимум коэффициента взаимной корреляции будет при положительном временном сдвиге tmax, а при движении задним ходом - при отрицательном.
Claims (1)
- Доплеровский измеритель путевой скорости, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ и направленный ответвитель, последовательно соединенные антенну, циркулятор и первый смеситель, при этом основной выход направленного ответвителя подсоединен к входу циркулятора, а вспомогательный выход соединен с первым входом первого смесителя, а также вычислительный блок, соединенный с выходом первого смесителя, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй смеситель и фазовращатель на угол π/4, при этом первый вход второго смесителя соединен со вспомогательным выходом направленного ответвителя, второй вход соединен с выходом циркулятора через фазовращатель, а выход соединен с вычислительным блоком, при этом на выходах первого и второго смесителей образуются идентичные доплеровские сигналы, сдвинутые между собой по фазе на π/4, время задержки между ними соответствует четверти периода доплеровской частоты и определяется по максимуму коэффициента взаимной корреляции tmax, в вычислительном блоке по времени задержки tmax определяют доплеровскую частоту, пропорциональную скорости движения fD=1/4tmax, затем, с учетом формулы для путевой скорости V=c/8cos(α)f0, где с - скорость света, f0 - частота излучаемого сигнала, вычисляют уточненную путевую скорость по формуле V=c/8cos(α)f0tmax, обеспечивая устранение ошибки, связанной с неточным определением доплеровской частоты.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017105239A RU2669016C2 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Доплеровский измеритель путевой скорости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017105239A RU2669016C2 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Доплеровский измеритель путевой скорости |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017105239A3 RU2017105239A3 (ru) | 2018-08-17 |
RU2017105239A RU2017105239A (ru) | 2018-08-17 |
RU2669016C2 true RU2669016C2 (ru) | 2018-10-05 |
Family
ID=63177141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017105239A RU2669016C2 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Доплеровский измеритель путевой скорости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2669016C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703281C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-10-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Измеритель вектора перемещения транспортного средства |
RU2758561C1 (ru) * | 2021-02-19 | 2021-10-29 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Устройство измерения скорости подвижного наземного объекта |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2126164C1 (ru) * | 1997-10-28 | 1999-02-10 | Манукьян Арменак Ашикович | Способ измерения скорости движения транспортного средства |
US6445337B1 (en) * | 1998-12-29 | 2002-09-03 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Method for measuring the speed of a vehicle |
WO2005050240A2 (en) * | 2003-11-18 | 2005-06-02 | Elop Electro-Optics Industries Ltd. | Method and system for determining the range and velocity of a moving object |
EP1925948A1 (en) * | 2006-11-24 | 2008-05-28 | Hitachi, Ltd. | Radar apparatus and signal processing method |
RU2334995C1 (ru) * | 2007-05-29 | 2008-09-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Доплеровский измеритель путевой скорости |
RU2611440C1 (ru) * | 2016-04-13 | 2017-02-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Доплеровский измеритель путевой скорости |
-
2017
- 2017-02-17 RU RU2017105239A patent/RU2669016C2/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2126164C1 (ru) * | 1997-10-28 | 1999-02-10 | Манукьян Арменак Ашикович | Способ измерения скорости движения транспортного средства |
US6445337B1 (en) * | 1998-12-29 | 2002-09-03 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Method for measuring the speed of a vehicle |
WO2005050240A2 (en) * | 2003-11-18 | 2005-06-02 | Elop Electro-Optics Industries Ltd. | Method and system for determining the range and velocity of a moving object |
EP1925948A1 (en) * | 2006-11-24 | 2008-05-28 | Hitachi, Ltd. | Radar apparatus and signal processing method |
RU2334995C1 (ru) * | 2007-05-29 | 2008-09-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Доплеровский измеритель путевой скорости |
RU2611440C1 (ru) * | 2016-04-13 | 2017-02-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Доплеровский измеритель путевой скорости |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ФИЛЬКЕНШТЕЙН М.И. Основы радиолокации. Москва, Советское радио, 1973Б с.85. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703281C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-10-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Измеритель вектора перемещения транспортного средства |
RU2758561C1 (ru) * | 2021-02-19 | 2021-10-29 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Устройство измерения скорости подвижного наземного объекта |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017105239A3 (ru) | 2018-08-17 |
RU2017105239A (ru) | 2018-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4905457B2 (ja) | レーダの物標検知方法、およびこの物標検知方法を用いたレーダ装置 | |
CN109581352B (zh) | 一种基于毫米波雷达的超分辨测角系统 | |
US7167126B2 (en) | Radar system and method for determining the height of an object | |
KR101239166B1 (ko) | Fmcw 근접 센서 | |
RU2669016C2 (ru) | Доплеровский измеритель путевой скорости | |
RU2334995C1 (ru) | Доплеровский измеритель путевой скорости | |
RU2625567C1 (ru) | Устройство для имитации ложной радиолокационной цели при зондировании сигналами с линейной частотной модуляцией | |
RU2711400C1 (ru) | Способ местоопределения над земной поверхностью излучателя или пеленгаторных антенн | |
RU2611440C1 (ru) | Доплеровский измеритель путевой скорости | |
US10274596B2 (en) | Method and system for FMCW radar altimeter system height measurement resolution improvement | |
RU2410650C2 (ru) | Способ измерения уровня материала в резервуаре | |
RU2486540C1 (ru) | Имитатор ложной радиолокационной цели при зондировании сигналами с линейной частотной модуляцией | |
JPWO2019187056A1 (ja) | 速度計測装置、速度計測プログラム、記録媒体および速度計測方法 | |
RU2317566C1 (ru) | Способ измерения угла места радиолокационных целей двухкоординатной рлс метрового диапазона | |
RU2611601C1 (ru) | Доплеровский способ измерения путевой скорости | |
JP5925264B2 (ja) | レーダ装置 | |
WO2020031639A1 (ja) | レーダ装置 | |
RU2449309C1 (ru) | Способ распознавания класса цели и устройство для его осуществления | |
RU2663215C1 (ru) | Радиоволновый способ измерения путевой скорости | |
JP5379312B2 (ja) | 距離測定装置 | |
RU2504740C1 (ru) | Способ измерения уровня жидкости в емкости | |
JP6275370B2 (ja) | レーダ装置 | |
RU2399888C1 (ru) | Способ измерения уровня материала в резервуаре | |
RU2683578C1 (ru) | Способ измерения путевой скорости | |
RU2699240C1 (ru) | Способ определения координат цели в рлс с непрерывным излучением |