RU2703281C1 - Vehicle movement vector measuring device - Google Patents

Vehicle movement vector measuring device Download PDF

Info

Publication number
RU2703281C1
RU2703281C1 RU2018137638A RU2018137638A RU2703281C1 RU 2703281 C1 RU2703281 C1 RU 2703281C1 RU 2018137638 A RU2018137638 A RU 2018137638A RU 2018137638 A RU2018137638 A RU 2018137638A RU 2703281 C1 RU2703281 C1 RU 2703281C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
circulator
mixer
input
antenna
Prior art date
Application number
RU2018137638A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владиленович Хаблов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2018137638A priority Critical patent/RU2703281C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2703281C1 publication Critical patent/RU2703281C1/en

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
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • 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
    • G01S13/53—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 performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar
    • 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
    • G01S13/02—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
    • G01S13/589—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems measuring the velocity vector
    • 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
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment, in particular to radio wave methods for measuring movement of vehicles using Doppler effect for electromagnetic waves. Technical result is achieved due to that device for measuring movement of vehicle comprises series-connected first microwave generator with fixed frequency ƒ1, directed coupler, first circulator and first antenna, radiation of which is directed at an angle α to direction of movement in vertical plane, first mixer and computing unit, wherein main output of directional coupler is connected to first output of first circulator, and its auxiliary output is connected to first input of first mixer, output of which is connected to computing unit, first antenna is connected to second output of first circulator. Additionally, the device comprises a power divider, the input of which is connected to the third output of the first circulator, and the first output – to the second input of the first mixer, second mixer, first input of which is connected to second output of power divider, second microwave generator with fixed frequency ƒ2, a second circulator and a second antenna whose radiation is directed at an angle α to direction of movement in vertical plane, wherein output of generator is connected to first output of second circulator, second antenna is connected to second output of second circulator, and its third output is connected to second input of second mixer, output of which is connected to computer unit, wherein the first and second antennas are located side by side and additionally turned to angles β in horizontal plane on different sides of vehicle axis.
EFFECT: increase in the measurement accuracy.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения перемещения транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн.The invention relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring the movement of vehicles using the Doppler effect for electromagnetic waves.

В настоящее время известны и применяются радиоволновые устройства измерения перемещения и 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.). Обычно они применяются в радиолокации для определения скорости и координат движущихся объектов. Также они находят применение для измерения путевой скорости и перемещения автомобилей и железнодорожных составов. В отличие от устройств, определяющих перемещение по числу оборотов колеса, как например, в одометрах, радиоволновые доплеровские устройства измерения позволяют определять истинную путевую скорость и перемещение, которое является результатом интегрирования скорости, пропорциональной доплеровской частоте по времени. В данном случае оно не зависит от скольжения, движения на виражах и при буксовании, так как измерение производится бесконтактно.At present, radio wave devices for measuring displacement and speed based on the Doppler effect are known and used (Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. Radio wave measurements of technological process parameters. M .: Energoatomizdat, 1989. 124- 132 p.). They are usually used in radar to determine the speed and coordinates of moving objects. They also find application for measuring ground speed and the movement of cars and trains. Unlike devices that determine movement by the number of revolutions of the wheel, such as in odometers, radio wave Doppler measuring devices can determine the true ground speed and movement, which is the result of integrating speed proportional to the Doppler frequency over time. In this case, it does not depend on sliding, cornering and slipping, as the measurement is made without contact.

Доплеровский способ измерения заключается в зондировании движущихся объектов электромагнитными волнами СВЧ диапазона и выделении частоты смещения рассеянной волны. Если источник излучения с фиксированной частотой ƒ0 расположен спереди транспортного средства движущегося со скоростью V и его антенна направлена под углом α к направлению движения в вертикальной плоскости (см. Фиг. 2), то доплеровская частота ƒD смещения отраженного сигнала определится по формуле:The Doppler method of measurement consists in sensing moving objects with electromagnetic waves of the microwave range and the allocation of the frequency of the displacement of the scattered wave. If the radiation source with a fixed frequency ƒ 0 is located in front of a vehicle moving at a speed V and its antenna is directed at an angle α to the direction of movement in the vertical plane (see Fig. 2), then the Doppler frequency ƒ D of the reflected signal bias is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
- длина волны в среде измерения, а ε - ее диэлектрическая проницаемость, которая для воздуха равна единице, с - скорость света в воздухе. Таким образом, измеряя доплеровскую частоту, можно вычислить скорость по формуле:Where
Figure 00000002
is the wavelength in the measuring medium, and ε is its dielectric constant, which is equal to unity for air, and s is the speed of light in air. Thus, by measuring the Doppler frequency, you can calculate the speed according to the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

Поскольку при движении скорость постоянно меняется, то пройденное расстояние S или перемещение за время Т, будет определяться интегралом от мгновенной скорости или доплеровской частоты по времени согласно уравнению:Since the speed is constantly changing during movement, the distance traveled S or movement over time T will be determined by the integral of the instantaneous speed or Doppler frequency over time according to the equation:

Figure 00000004
Figure 00000004

При этом обычно ƒD определяют по максимуму спектральной плотности доплеровского сигнала.In this case, usually ƒ D is determined by the maximum spectral density of the Doppler signal.

Такие устройства для измерения перемещения и скорости являются более точными по сравнению с широко применяемыми в настоящее время одометрами, хотя они также представляют скорость в одномерном виде. В тоже время, в современных автомобилях предпочтительно получение информации о двух координатном векторе скорости и определение перемещения в пространстве. Это важно для использования в автономных навигационных системах (например, инерционных), которые в настоящее время предпочитают применять совместно с системами глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС и др.). Применение для измерения вектора путевой скорости и перемещения инерционных систем на основе гироскопов и акселерометров затруднено из-за необходимости их размещения точно в центре тяжести транспортного средства, защите хрупких механических деталей от вибраций и повреждений, необходимости проведения частых коррекций ошибок, высокой стоимости. При этом необходимо учитывать большое количество параметров, таких как момент инерции, коэффициент трения, сопротивление воздуха и др. Кроме этого, накопительный характер ошибок в определении координат инерционными системами приводит к их существенному росту при продолжительном отсутствии коррекции. Поэтому радиоволновые устройства могут иметь преимущества, поскольку являясь бесконтактными, определяют истинное перемещение относительно подстилающей поверхности.Such devices for measuring displacement and speed are more accurate compared to currently widely used odometers, although they also represent speed in a one-dimensional form. At the same time, in modern cars, it is preferable to obtain information about the two coordinate velocity vector and determine the displacement in space. This is important for use in autonomous navigation systems (for example, inertial), which are currently preferred to be used in conjunction with global positioning systems (GPS, GLONASS, etc.). The use of inertial systems based on gyroscopes and accelerometers for measuring the ground speed vector and the movement of inertial systems is difficult due to the need to place them exactly in the center of gravity of the vehicle, to protect fragile mechanical parts from vibration and damage, the need for frequent error corrections, and high cost. In this case, it is necessary to take into account a large number of parameters, such as moment of inertia, friction coefficient, air resistance, etc. In addition, the cumulative nature of errors in determining coordinates by inertial systems leads to their significant increase with a long absence of correction. Therefore, radio wave devices can have advantages, since being non-contact, they determine the true movement relative to the underlying surface.

Наиболее близким по технической сущности является устройство измерения путевой скорости и, соответственно, перемещения ((Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 124-132 с.), принятый за прототип. Устройство содержит последовательно соединенные генератор СВЧ с фиксированной частотой ƒ0, направленный ответвитель, циркулятор и антенну, излучение которой направлено под углом α к направлению движения в вертикальной плоскости, смеситель и вычислительный блок, при этом основной выход направленного ответвителя подсоединен к первому выводу циркулятора, а его вспомогательный выход соединен с первым входом смесителя, антенна соединена со вторым выводом циркулятора, а его третий вывод соединен с вторым входом смесителя, выход которого соединен с вычислительным блоком. В вычислительном блоке определяется доплеровская частота из сигнала на выходе смесителя ƒD и затем по формуле (2) вычисляется скорость. При этом измерение собственно вектора путевой скорости не производится, поскольку измеряется лишь средняя скорость при движении транспортного средства по направлению его оси. Для измерения же вектора путевой скорости за время Δt необходимо произвести измерение модуля вектора скорости и угла его отклонения относительно первоначального положения оси.The closest in technical essence is a device for measuring ground speed and, accordingly, displacement ((Viktorov V.A., Lunkin B.V., Sovlukov A.S. Radio wave measurements of technological process parameters. M .: Energoatomizdat, 1989. 124-132 s.), taken as a prototype. The apparatus comprises a microwave generator connected in series with a fixed frequency ƒ 0, a directional coupler, a circulator and an antenna, the radiation of which is directed at an angle α to the direction of movement in a vertical plane, a mixer and a computing unit, In this case, the main output of the directional coupler is connected to the first output of the circulator, and its auxiliary output is connected to the first input of the mixer, the antenna is connected to the second output of the circulator, and its third output is connected to the second input of the mixer, the output of which is connected to the computing unit. the Doppler frequency from the signal at the output of the mixer ƒ D and then the velocity is calculated by formula (2), while the measurement of the actual velocity vector is not performed, since l average speed when the vehicle is moving in the direction of its axis. To measure the ground velocity vector in time Δt, it is necessary to measure the absolute value of the velocity vector and the angle of its deviation relative to the initial position of the axis.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения перемещения транспортного средства за счет определения его в векторном виде.The technical result of the present invention is to improve the accuracy of measuring the movement of the vehicle by determining it in vector form.

Технический результат достигается тем, что измеритель вектора перемещения транспортного средства содержит последовательно соединенные первый генератор СВЧ с фиксированной частотой ƒ1 и направленный ответвитель, а также содержащий первый циркулятор и первую антенну, излучение которой направлено под углом α к направлению движения в вертикальной плоскости, при этом основной выход направленного ответвителя подсоединен к первому выводу первого циркулятора, первая антенна соединена со вторым выводом первого циркулятора, первый смеситель и вычислительный блок, при этом вспомогательный выход первого направленного ответвителя соединен с первым входом первого смесителя, выход которого соединен с вычислительным блоком, дополнительно содержит делитель мощности, вход которого соединен с третьим выводом первого циркулятора, а первый выход со вторым входом первого смесителя, второй смеситель, первый вход которого соединен с вторым выходом делителя мощности, второй генератор СВЧ с фиксированной частотой ƒ2, второй циркулятор и вторую антенну, излучение которой направлено под углом α к направлению движения в вертикальной плоскости, при этом выход генератора соединен с первым выводом второго циркулятора, вторая антенна соединена со вторым выводом второго циркулятора, а его третий вывод соединен с вторым входом второго смесителя, выход которого соединен с вычислительным блоком, при этом первая и вторая антенны расположены в передней части транспортного средства таким образом, что их диаграммы направленности дополнительно повернуты на углы β в горизонтальной плоскости по разные стороны от оси транспортного средства, при этом модуль вектора перемещения Li и его фаза ϕi за время Δt определяется в вычислительном блоке по формулам:The technical result is achieved by the fact that the vehicle’s displacement vector meter contains a first microwave generator with a fixed frequency ƒ 1 and a directional coupler connected in series, as well as a first circulator and a first antenna, the radiation of which is directed at an angle α to the direction of movement in the vertical plane, the main output of the directional coupler is connected to the first output of the first circulator, the first antenna is connected to the second output of the first circulator, the first mixer l and a computing unit, while the auxiliary output of the first directional coupler is connected to the first input of the first mixer, the output of which is connected to the computing unit, further comprises a power divider, the input of which is connected to the third output of the first circulator, and the first output to the second input of the first mixer, the second a mixer, the first input of which is connected to the second output of the power divider, a second microwave generator with a fixed frequency ƒ 2 , a second circulator and a second antenna, the radiation of which is directed along d angle α to the direction of movement in the vertical plane, the output of the generator connected to the first output of the second circulator, the second antenna connected to the second output of the second circulator, and its third output connected to the second input of the second mixer, the output of which is connected to the computing unit, while the first and second antennas are located in front of the vehicle in such a way that their radiation patterns are additionally rotated by angles β in the horizontal plane on different sides from the axis of the vehicle redstva, wherein the unit displacement vector L i and phase φ i in a time Δt determined by the computing unit formulas:

Figure 00000005
Figure 00000005

где λ1=c/ƒ1, λ2=c/ƒ2, с - скорость света в воздухе, ƒD1 - доплеровская частота сигнала с выхода первого смесителя, Δƒ=ƒ1-ƒ2, ΔFD - частота сигнала с выхода второго смесителя, ƒD2=Δƒ+ƒD1-ΔFD, r=2h×ctg(α)tg(β), где h - высота расположения антенн.where λ 1 = c / ƒ 1 , λ 2 = c / ƒ 2 , s is the speed of light in air, ƒ D1 is the Doppler frequency of the signal from the output of the first mixer, Δƒ = ƒ 1 -ƒ 2 , ΔF D is the frequency of the output signal the second mixer, ƒ D2 = Δƒ + ƒ D1 -ΔF D , r = 2h × ctg (α) tg (β), where h is the antenna height.

На Фиг. 1 показана функциональная схема измерителя вектора перемещения.In FIG. 1 shows a functional diagram of a displacement vector meter.

На Фиг. 2 представлено расположение антенн измерителя вектора перемещения на транспортном средстве (вид сбоку).In FIG. 2 shows the location of the antennas of the displacement vector meter on the vehicle (side view).

На Фиг. 3 показано расположение антенн измерителя вектора перемещения на транспортном средстве сверху при его движении.In FIG. Figure 3 shows the location of the antennas of the displacement vector meter on the vehicle from above during its movement.

На Фиг. 4 поясняется процесс определения вектора перемещения при движении транспортного средства.In FIG. 4 illustrates the process of determining the displacement vector when the vehicle is moving.

Измеритель (см. Фиг. 1) содержит генератор СВЧ с фиксированной частотой ƒ1-1, направленный ответвитель - 2, первый циркулятор - 3, первую антенну - 4, первый смеситель - 5, генератор СВЧ с фиксированной частотой ƒ2-6, второй циркулятор - 7, вторую антенну - 8, делитель мощности на 2-9, второй смеситель - 10 и вычислительный блок - 11. Антенны - 1,2 расположены в передней части транспортного средства (ТС) - 3 таким образом, что оси их диаграмм направленности излучения наклонены относительно оси ТС под углом α в вертикальной и β в горизонтальной плоскости (см. Фиг. 2 и Фиг. 3).The meter (see Fig. 1) contains a microwave generator with a fixed frequency ƒ 1 -1, a directional coupler - 2, a first circulator - 3, a first antenna - 4, a first mixer - 5, a microwave generator with a fixed frequency ƒ 2 -6, second the circulator is 7, the second antenna is 8, the power divider is 2-9, the second mixer is 10 and the computing unit is 11. Antennas are 1.2 located in front of the vehicle (TS) - 3 so that the axes of their radiation patterns the radiation is inclined relative to the axis of the vehicle at an angle α in the vertical and β in the horizontal plane (see Fig. 2 and Fig. 3).

Измеритель работает следующим образом. От генератора СВЧ 1 часть мощности электромагнитных колебаний с частотой ƒ1 поступает на первый вход смесителя 5 через вспомогательный выход направленного ответвителя 2, а другая часть с основного его выхода проходит циркулятор 3 и излучается антенной 4. Затем, после отражения от поверхности, рассеянное излучение возвращается обратно через антенну, циркулятор и делитель мощности 9, попадая на второй вход смесителя 5. На его выходе формируется доплеровский сигнал D1(t), который поступает на вычислительный блок 11. В тоже время от генератора СВЧ 6 электромагнитные колебания с частотой ƒ2 поступают через циркулятор 7 на антенну 8 и излучаются. После отражения от поверхности рассеянное излучение поступает обратно в антенну и через циркулятор подается на вход смесителя 10, а на другой его вход поступает рассеянное отраженное излучение с частотой ƒ1 со второго выхода делителя мощности. С выхода этого смесителя сигнал разности двух отраженных сигналов с частотой ΔFD подается на вычислительный блок.The meter works as follows. From the microwave generator 1 part of the power of electromagnetic waves with a frequency of ƒ 1 is supplied to the first input of the mixer 5 through the auxiliary output of the directional coupler 2, and the other part from its main output passes through the circulator 3 and is emitted by the antenna 4. Then, after reflection from the surface, the scattered radiation back through the antenna, circulator and power divider 9, getting to the second input of the mixer 5. At its output, a Doppler signal D 1 (t) is generated, which is fed to the computing unit 11. At the same time from the microwave generator 6, electromagnetic waves with a frequency of ƒ 2 enter through the circulator 7 to the antenna 8 and are emitted. After reflection from the surface, the scattered radiation is fed back to the antenna and fed through the circulator to the input of the mixer 10, and scattered reflected radiation with a frequency of ƒ 1 from the second output of the power divider is fed to its other input. From the output of this mixer, the signal of the difference of two reflected signals with a frequency ΔF D is supplied to the computing unit.

Таким образом, в вычислительный блок поступает сигнал с доплеровской частотой ƒD1 с выхода первого смесителя и сигнал разности двух доплеровских сигналов с выхода второго смесителя ΔFD=(ƒ1+ƒD1)-(ƒ2+ƒD2)=(ƒ1-ƒ2)+(ƒD1-ƒD2). Отсюда можно числить доплеровский сигнал от второй антенныThus, a signal with a Doppler frequency ƒ D1 from the output of the first mixer and a signal of the difference of two Doppler signals from the output of the second mixer ΔF D = (ƒ 1 + ƒ D1 ) - (ƒ 2 + ƒ D2 ) = (ƒ 1 - ƒ 2 ) + (ƒ D1 -ƒ D2 ). From here you can calculate the Doppler signal from the second antenna

Figure 00000006
Figure 00000006

где, Δƒ=ƒ1-ƒ2 - величина постоянная, известная заранее.where, Δƒ = ƒ 1 -ƒ 2 is a constant value known in advance.

Поскольку антенны ориентированы по отношению к направлению движения под углами α в вертикальной и β в горизонтальной плоскости, то используя формулу (2) для относительных скоростей взаимного перемещения между антеннами и центральными точками на следах от диаграмм направленностей, можно составить следующую систему уравнений:Since the antennas are oriented with respect to the direction of motion at angles α in the vertical and β in the horizontal plane, using formula (2) for the relative velocities of mutual movement between the antennas and the central points on the tracks of the radiation patterns, we can compose the following system of equations:

Figure 00000007
Figure 00000007

где λ1=c/ƒ1, λ2=c/ƒ2 - длины волн излучений от первого и второго генераторов CB4, ƒD1 и ƒD2 - соответствующие доплеровские частоты.where λ 1 = c / ƒ 1 , λ 2 = c / ƒ 2 are the wavelengths of radiation from the first and second generators CB4, ƒ D1 and ƒ D2 are the corresponding Doppler frequencies.

Если транспортное средство движется по прямой (см. Фиг. 3а), совпадающей с его осью, то эти скорости будут равны. Если происходит поворот направо, как показано на Фиг. 3б, то скорость V1 будет больше V2, а движение будет происходить по окружности с радиусом R, проходящей через место расположения антенн на оси транспортного средства. При этом центры левого и правого следов диаграмм направленности антенн датчиков (см. заштрихованные области на Фиг. 3) будут перемещаться по радиусам R+r/2 и R-r/2, где r - расстояние между ними. Тогда за некоторый дискретный i-ый одинаковый период времени Т=Δt, перемещения этих проекций по подстилающей поверхности S1i и S2i (см. Фиг. 4), будут определяться выражениямиIf the vehicle moves in a straight line (see Fig. 3a) coinciding with its axis, then these speeds will be equal. If a turn to the right occurs, as shown in FIG. 3b, then the speed V 1 will be greater than V 2 , and the movement will occur in a circle with a radius R passing through the location of the antennas on the axis of the vehicle. In this case, the centers of the left and right tracks of the radiation patterns of the sensor antennas (see shaded areas in Fig. 3) will move along the radii R + r / 2 and Rr / 2, where r is the distance between them. Then for some discrete i-th same time period T = Δt, the displacements of these projections along the underlying surface S 1i and S 2i (see Fig. 4) will be determined by the expressions

Figure 00000008
Figure 00000008

где Ri и ωi - текущий радиус и угол поворота оси транспортного средства (см. Фиг. 3), которые определяются из решения системы уравнений (6):where R i and ω i - the current radius and the angle of rotation of the axis of the vehicle (see Fig. 3), which are determined from the solution of the system of equations (6):

Figure 00000009
Figure 00000009

Поскольку, длина хорды Li=2Risin(ωi/2), a ϕi=ωi/2 (см. Фиг. 4), то с учетом (7), получим выражение для вектора перемещения {-Li,ϕi} за время Δt:Since the chord length L i = 2R i sin (ω i / 2), a ϕ i = ω i / 2 (see Fig. 4), then, taking into account (7), we obtain the expression for the displacement vector {-L i , ϕ i } for the time Δt:

Figure 00000010
Figure 00000010

Расстояние r можно вычислить из формул решения прямоугольных треугольников (см. Фиг. 2 и Фиг. 3):The distance r can be calculated from the solution formulas for right triangles (see Fig. 2 and Fig. 3):

Figure 00000011
Figure 00000011

где а - расстояние между проекцией датчика на поверхность и центром следа диаграммы направленности его антенны на поверхность в вертикальной плоскости, h - высота расположения антенн 1,2 над поверхностью (см. Фиг. 2). Перемещения Si1 и Si2, используя (5) можно выразить через формулы:where a is the distance between the projection of the sensor on the surface and the center of the trace of the antenna pattern on the surface in the vertical plane, h is the height of the antennas 1.2 above the surface (see Fig. 2). The displacements S i1 and S i2 using (5) can be expressed in terms of the formulas:

Figure 00000012
Figure 00000012

где Δt - дискретный отрезок времени.where Δt is a discrete time interval.

Найдем выражения для суммы А=S1i+S2i и разности В=S1i-S2i.We find expressions for the sum A = S 1i + S 2i and the difference B = S 1i -S 2i .

Figure 00000013
Figure 00000013

где ƒD2 - вычисляется по формуле (4). Таким образом, модуль и фазу вектора перемещения за время Δt в соответствии с (8) и (11) можно определить по формулам:where ƒ D2 - is calculated by the formula (4). Thus, the modulus and phase of the displacement vector for the time Δt in accordance with (8) and (11) can be determined by the formulas:

Figure 00000014
Figure 00000014

Маршрут перемещения транспортного средства при этом будет складываться из всех измеренных векторов перемещения согласно формулам (12)The route of movement of the vehicle in this case will consist of all measured movement vectors according to formulas (12)

Figure 00000015
Figure 00000015

Таким образом, описанное устройство позволяет непрерывно измерять перемещение в виде вектора в прямоугольной системе координат, что в итоге существенно повышает точность измерения по сравнению с продольным измерением пройденного пути и позволяет позиционировать транспортное средство в двумерной системе координат.Thus, the described device allows you to continuously measure movement in the form of a vector in a rectangular coordinate system, which ultimately significantly increases the measurement accuracy compared to the longitudinal measurement of the distance traveled and allows you to position the vehicle in a two-dimensional coordinate system.

Claims (3)

Измеритель вектора перемещения транспортного средства, содержащий последовательно соединенные первый генератор СВЧ с фиксированной частотой ƒ1 и направленный ответвитель, а также содержащий первый циркулятор и первую антенну, излучение которой направлено под углом α к направлению движения в вертикальной плоскости, при этом основной выход направленного ответвителя подсоединен к первому выводу первого циркулятора, первая антенна соединена со вторым выводом первого циркулятора, первый смеситель и вычислительный блок, при этом вспомогательный выход первого направленного ответвителя соединен с первым входом первого смесителя, выход которого соединен с вычислительным блоком, отличающийся тем, что содержит делитель мощности, вход которого соединен с третьим выводом первого циркулятора, а первый выход - со вторым входом первого смесителя, второй смеситель, первый вход которого соединен с вторым выходом делителя мощности, второй генератор СВЧ с фиксированной частотой ƒ2, второй циркулятор и вторую антенну, излучение которой направлено под углом α к направлению движения в вертикальной плоскости, при этом выход генератора соединен с первым выводом второго циркулятора, вторая антенна соединена со вторым выводом второго циркулятора, а его третий вывод соединен с вторым входом второго смесителя, выход которого соединен с вычислительным блоком, при этом первая и вторая антенны расположены в передней части транспортного средства таким образом, что их диаграммы направленности дополнительно повернуты на углы β в горизонтальной плоскости по разные стороны от оси транспортного средства, при этом модуль вектора перемещения Li, и его фаза ϕi за время Δt определяется в вычислительном блоке по формуламA vehicle movement vector meter comprising a first microwave frequency generator with a fixed frequency ƒ 1 and a directional coupler connected in series, as well as a first circulator and a first antenna, the radiation of which is directed at an angle α to the direction of movement in the vertical plane, while the main output of the directional coupler is connected to the first output of the first circulator, the first antenna is connected to the second output of the first circulator, the first mixer and the computing unit, while the output of the first directional coupler is connected to the first input of the first mixer, the output of which is connected to the computing unit, characterized in that it contains a power divider, the input of which is connected to the third output of the first circulator, and the first output to the second input of the first mixer, the second mixer, the first the input of which is connected to the second output of the power divider, a second microwave generator with a fixed frequency of ƒ 2 , a second circulator and a second antenna, the radiation of which is directed at an angle α to the direction of motion in the vertical plane, with the generator output connected to the first output of the second circulator, the second antenna connected to the second output of the second circulator, and its third output connected to the second input of the second mixer, the output of which is connected to the computing unit, while the first and second antennas are located in the front of the vehicle in such a way that their radiation patterns are additionally rotated by angles β in the horizontal plane on different sides from the axis of the vehicle, while the vector module displacement L i , and its phase ϕ i for the time Δt is determined in the computing unit by the formulas
Figure 00000016
Figure 00000016
 где λ1=c/ƒ1, λ2=c/ƒ2, с - скорость света в воздухе, ƒD1 - доплеровская частота сигнала с выхода первого смесителя, Δƒ=ƒ1-ƒ2, ΔFD - частота сигнала с выхода второго смесителя, ƒD2=Δƒ+ƒD1-ΔFD, r=2h×ctg(α)tg(β), где h - высота расположения антенн.where λ 1 = c / ƒ 1 , λ 2 = c / ƒ 2 , s is the speed of light in air, ƒ D1 is the Doppler frequency of the signal from the output of the first mixer, Δƒ = ƒ 1 -ƒ 2 , ΔF D is the frequency of the output signal the second mixer, ƒ D2 = Δƒ + ƒ D1 -ΔF D , r = 2h × ctg (α) tg (β), where h is the antenna height.
RU2018137638A 2018-10-25 2018-10-25 Vehicle movement vector measuring device RU2703281C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137638A RU2703281C1 (en) 2018-10-25 2018-10-25 Vehicle movement vector measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137638A RU2703281C1 (en) 2018-10-25 2018-10-25 Vehicle movement vector measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703281C1 true RU2703281C1 (en) 2019-10-16

Family

ID=68280205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018137638A RU2703281C1 (en) 2018-10-25 2018-10-25 Vehicle movement vector measuring device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703281C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05333142A (en) * 1992-06-03 1993-12-17 Fujitsu Ten Ltd Distance and speed measuring device
US5442359A (en) * 1994-06-30 1995-08-15 Unisys Corporation Apparatus and method for mitigating range-doppler ambiguities in pulse-doppler radars
US6445337B1 (en) * 1998-12-29 2002-09-03 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for measuring the speed of a vehicle
RU2255352C2 (en) * 2003-07-07 2005-06-27 Кошуринов Евгений Иванович Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications)
JP5333142B2 (en) * 2009-10-13 2013-11-06 コニカミノルタ株式会社 Pattern electrode, organic electroluminescence element, and method of manufacturing pattern electrode
RU158143U1 (en) * 2015-06-29 2015-12-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации" AUTOMATIC DEVICE FOR PREVENTING COLLISIONS OF VEHICLES IN A COLUMN
RU2669016C2 (en) * 2017-02-17 2018-10-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Doppler ground velocity meter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05333142A (en) * 1992-06-03 1993-12-17 Fujitsu Ten Ltd Distance and speed measuring device
US5442359A (en) * 1994-06-30 1995-08-15 Unisys Corporation Apparatus and method for mitigating range-doppler ambiguities in pulse-doppler radars
US6445337B1 (en) * 1998-12-29 2002-09-03 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Method for measuring the speed of a vehicle
RU2255352C2 (en) * 2003-07-07 2005-06-27 Кошуринов Евгений Иванович Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications)
JP5333142B2 (en) * 2009-10-13 2013-11-06 コニカミノルタ株式会社 Pattern electrode, organic electroluminescence element, and method of manufacturing pattern electrode
RU158143U1 (en) * 2015-06-29 2015-12-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский военный институт внутренних войск Министерства внутренних дел Российской Федерации" AUTOMATIC DEVICE FOR PREVENTING COLLISIONS OF VEHICLES IN A COLUMN
RU2669016C2 (en) * 2017-02-17 2018-10-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Doppler ground velocity meter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВИКТОРОВ В.А. и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. Москва, Энергоиздат, 1989, с.124-132. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6421935B2 (en) Vehicle movement estimation apparatus and vehicle movement estimation method
EP2366130B1 (en) Measuring of a landing platform of a ship
US7202942B2 (en) System and method for measuring velocity using frequency modulation of laser output
CN103115581B (en) Multifunction railway measuring system and method
US9927514B2 (en) Method and system for the remote monitoring of the two/three-dimensional field of displacements and vibrations of objects/structures
CN102004244B (en) Doppler direct distance measurement method
JP2006513399A (en) System and method for measuring velocity using frequency modulation of laser power
KR20110105010A (en) Method for adjusting a self mixing laser sensor system for measuring the velocity of a vehicle
US6806828B1 (en) Passive range and angle measurement system and method
US3445847A (en) Method and apparatus for geometrical determinations
CN104267205B (en) Road vehicle traveling velocity vertical velocimeter and method thereof
RU2703281C1 (en) Vehicle movement vector measuring device
RU2654931C1 (en) Method for measuring vector of vehicle ground speed
RU2686676C1 (en) Method for measuring displacement vector of a vehicle
JP3301292B2 (en) Interferometric high-resolution radar device and terrain height measuring method using high-resolution radar device
Khablov Continuous terrestrial positioning based on microwave displacement sensors
RU2492504C1 (en) Method of determining non-radial projection of target velocity vector
US10207410B1 (en) Robotic autonomous navigation and orientation tracking system and methods
US20220381926A1 (en) System and method for positioning and navigation of an object
RU2529649C1 (en) Method for angular orientation of object based on spacecraft radio navigation signals
JP2003194928A (en) Passive position determination method, especially air-to- air position determination method, for target
Lenda et al. Influence of time delays of robotic total stations witch high sampling frequency on accuracy of measurements to moving prisms
RU2506607C2 (en) Method to determine non-radial projection of target speed vector
Khablov Application of microwave motion sensors in navigation systems for ground vehicle
CN112946587A (en) Communication method and device