RU2728515C1 - Acoustic phase-finder - Google Patents

Acoustic phase-finder Download PDF

Info

Publication number
RU2728515C1
RU2728515C1 RU2019114806A RU2019114806A RU2728515C1 RU 2728515 C1 RU2728515 C1 RU 2728515C1 RU 2019114806 A RU2019114806 A RU 2019114806A RU 2019114806 A RU2019114806 A RU 2019114806A RU 2728515 C1 RU2728515 C1 RU 2728515C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
outputs
inputs
microcontroller
signal
acoustic
Prior art date
Application number
RU2019114806A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Станислав Борисович Антошкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
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 образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority to RU2019114806A priority Critical patent/RU2728515C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2728515C1 publication Critical patent/RU2728515C1/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
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/46—Indirect determination of position data
    • 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
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0255—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0287—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles involving a plurality of land vehicles, e.g. fleet or convoy travelling
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0287—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles involving a plurality of land vehicles, e.g. fleet or convoy travelling
    • G05D1/0291—Fleet control
    • G05D1/0295—Fleet control by at least one leading vehicle of the fleet

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: robotics.
SUBSTANCE: invention relates to robotics, namely to equipment for orientation of transport robots based on acoustic signal of stationary beacon or beacon of a leading transport device. Acoustic direction finder determining direction of acoustic harmonic signal source consists of three microphones forming three orthogonal measuring bases, three pre-processing units including preliminary amplifiers, band-pass filters, limit amplifiers, inverters and shapers of short pulses, rectifiers, comparison circuit, divider by two, logic unit, counters, triggers, parallel registers, clock oscillator, microcontroller.
EFFECT: direction finder technical result is elimination of ambiguity of bearing due to determination of sign of phase shift along two orthogonal bases due to application of logic unit and sign triggers, as well as reducing the direction-finding error by selecting a table of inverse trigonometric functions from the microcontroller memory in comparison to absolute values of phase shifts.
1 cl, 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к робототехнике, а именно к аппаратуре для ориентации транспортных роботов по акустическому сигналу стационарного маяка или маяка ведущего транспортного устройства. В настоящее время получают распространение ведомые роботизированные транспортные средства доставки груза, следующие за ведущим устройством или определяющие место нахождения по опорным маякам. Для определения направления на ведущее устройство или маяк обычно применяют оптические системы [1, 2], однако в случае малопрозрачной среды (туман, дым в воздухе или замутнение в водной среде) ориентация на оптический маяк осложнена и даже невозможна. Для определения направления в таких случаях применяются акустические сигналы [3, 4]. Достаточно известны устройства для акустической пеленгации при выполнении подводных работ, такие как, например пеленгатор для водолазов по патенту РФ 2439602 [5], использующий амплитудный способ пеленгации, патент РФ 2494914 [6], использующий корреляционный способ. Оба патента предназначены для ориентации людей и не применимы в автоматизированных транспортных устройствах (роботах). Кроме того точность пеленгации таких устройств невысокая, порядка 10-20°.The invention relates to robotics, in particular to equipment for orienting transport robots by an acoustic signal from a stationary beacon or a beacon of a leading transport device. Nowadays, slave robotic cargo delivery vehicles that follow the master or determine the location by reference beacons are gaining popularity. Optical systems are usually used to determine the direction to the master device or beacon [1, 2], however, in the case of a poorly transparent environment (fog, smoke in the air or turbidity in the aquatic environment), orientation to the optical beacon is complicated and even impossible. To determine the direction in such cases, acoustic signals are used [3, 4]. Devices for acoustic direction finding when performing underwater operations are well known, such as, for example, a direction finder for divers according to RF patent 2439602 [5], using the amplitude direction finding method, RF patent 2494914 [6], using the correlation method. Both patents are intended for the orientation of people and are not applicable in automated transport devices (robots). In addition, the direction finding accuracy of such devices is low, of the order of 10-20 °.

Задачей данного изобретения является создание акустического пеленгатора для транспортных роботов с целью определения направления на акустический маяк.The objective of this invention is to create an acoustic direction finder for transport robots in order to determine the direction to an acoustic beacon.

Поставленная задача может быть решена применением радиофизических методов фазовой пеленгации (Чердынцев В.А. Радиотехнические системы: Уч. Пос. стр. 194-196) [7]. Указанные методы применимы и для гармонических звуковых волн, излучаемых непрерывно или периодическими пакетами. В отличие от радиочастотных пеленгаторов, нет необходимости акустические гармонические сигналы преобразовывать в промежуточную частоту, а обработку выполнять на применяемой звуковой (ультразвуковой) частоте. По построению измерительной базы близким к предлагаемому изобретению является патент РФ 2155352 [8], имеющий две одинаковые взаимно перпендикулярные измерительные базы.The problem posed can be solved by using radiophysical methods of phase direction finding (Cherdyntsev VA Radio engineering systems: Uch. Pos. Pp. 194-196) [7]. These methods are also applicable to harmonic sound waves emitted in continuous or periodic packets. Unlike radio frequency direction finders, there is no need to convert acoustic harmonic signals to an intermediate frequency, and to perform processing at the applied sound (ultrasonic) frequency. According to the construction of the measuring base, close to the proposed invention is the RF patent 2155352 [8], which has two identical mutually perpendicular measuring bases.

При пеленгации источника звукового сигнала на плоскости требуется минимум три ненаправленных микрофона для устранения неоднозначности определения горизонтального угла а между осью устройства и направлением на источник сигнала, как показано на фиг. 1.When direction finding an audio signal source on a plane, at least three omnidirectional microphones are required to disambiguate the determination of the horizontal angle a between the axis of the device and the direction to the signal source, as shown in FIG. 1.

На фиг. 1 показаны микрофоны M0, M1 и М2, образующие две взаимно перпендикулярные базы пеленгатора M0-M1 и М0-М2 с одинаковой длиной L. Акустический сигнал приходит под углом α относительно оси пеленгатора М0-Х. Линия АВ, проходящая через микрофон М0, совпадающий с центром координат пеленгатора, в определенный момент времени t0 совпадает с фронтом акустического сигнала. Разности фаз сигналов, снимаемых с микрофонов M1 и М2 относительно М0, определяются следующими выражениями:FIG. 1 shows microphones M 0 , M 1 and M 2 , forming two mutually perpendicular bases of the direction finder M 0 -M 1 and M 0 -M 2 with the same length L. The acoustic signal arrives at an angle α relative to the axis of the direction finder M 0 -X. Line AB, passing through the microphone M 0 , coinciding with the center of coordinates of the direction finder, at a certain point in time t 0 coincides with the front of the acoustic signal. The phase differences of the signals taken from the microphones M 1 and M 2 relative to M 0 are determined by the following expressions:

Figure 00000001
Figure 00000001

где λ длина волны λ=; С - скорость звука в среде, F - частота сигнала.where λ is the wavelength λ =; C is the speed of sound in the medium, F is the frequency of the signal.

Таким образом, азимут источника сигнала определяется по разностям фаз:Thus, the azimuth of the signal source is determined by the phase differences:

Figure 00000002
Figure 00000002

ИлиOr

Figure 00000003
Figure 00000003

Для устранения неоднозначности значение измерительной базы должно удовлетворять условию L≤λ/2 и для расчета угла прихода а в пределах -π…π следует использовать знаки величин разностей фаз Δϕ1 и Δϕ2, приведенных в таблице 1.To eliminate ambiguity, the value of the measuring base must satisfy the condition L≤λ / 2 and to calculate the angle of arrival a within -π ... π, the signs of the phase differences Δϕ 1 and Δϕ 2 given in Table 1 should be used.

Figure 00000004
Figure 00000004

Так как при измерении разностей фаз неизбежны погрешности, то следует учитывать, что при вычислении обратных тригонометрических функций результат будет иметь максимальную погрешность при абсолютных значениях аргумента близких к единице (0.8-1). Для снижения погрешностей преобразования следует выбирать (2) или (3) из сравнения абсолютных величин |Δϕ1| и |Δϕ2|. При |Δϕ1|≤|Δϕ2| для расчетов применять формулу (2), а при |Δϕ1|>|Δϕ2| - применять (3).Since errors are inevitable when measuring phase differences, it should be borne in mind that when calculating inverse trigonometric functions, the result will have a maximum error when the absolute values of the argument are close to one (0.8-1). To reduce the conversion errors, one should choose (2) or (3) from the comparison of the absolute values | Δϕ 1 | and | Δϕ 2 |. For | Δϕ 1 | ≤ | Δϕ 2 | apply formula (2) for calculations, and for | Δϕ 1 |> | Δϕ 2 | - apply (3).

На фиг. 2 приведена блок-схема фазового акустического пеленгатора. Устройство содержит три микрофона 1, 2, 3, подключенных к трем одинаковым блокам предварительной обработки сигналов 4, 5, 6, каждый из них состоит из последовательно включенных предварительного усилителя 7, 8, 9, полосового фильтра 10, 11, 12 и усилителя - ограничителя 13, 14, 15, формирующего логические уровни. Выходы усилителей -ограничителей подключены ко входам инверторов 16, 17, 18, и формирователей коротких импульсов 19, 20, 21. У опорного канала 4, входной сигнал которого снимается с микрофона 1, расположенного в вершине прямого угла пеленгатора, выход предварительного усилителя 7 и выход полосового фильтра 10 подключены к входам выпрямителей 22 и 23, выходы которых соединены со входом схемы сравнения 24. Выход усилителя - ограничителя 13 опорного канала подключен к счетному входу делителя на два 25, прямой и инверсный выходы которого, а так же выходы всех усилителей - ограничителей 13-15, инверторов 16 - 18 и формирователей коротких импульсов 19-21 подключены к входам блока логики 26, выполняющим формирование сигналов в соответствии с таблицей 2. Выходы блока логики 26 соединены с входами сброса счетчиков 27, 28, входами сброса и установки триггеров знака 29, 30 и входами записи параллельных регистров 31, 32. К тактовым входам счетчиков 27, 28 подключен выход тактового генератора 33. Выходы счетчиков 27, 28 и триггеров знака 29, 30 подключены к входам данных регистров 31, 32. Трехуровневые выходы регистров 31, 32 через шину соединены с входами данных микроконтроллера 34, к другим входам которого подключены выход схемы сравнения 24, и один из выходов делителя на два 25. Два выхода микроконтроллера 34 соединены с входами разрешения вывода данных регистров 31, 32. Результат измерений выводится на выходной порт микроконтроллера 34.FIG. 2 shows a block diagram of a phase acoustic direction finder. The device contains three microphones 1, 2, 3, connected to three identical signal preprocessing units 4, 5, 6, each of them consists of a series-connected pre-amplifier 7, 8, 9, a band-pass filter 10, 11, 12 and an amplifier-limiter 13, 14, 15, forming logical levels. The outputs of the limiter amplifiers are connected to the inputs of the inverters 16, 17, 18, and the short pulse shapers 19, 20, 21. At the reference channel 4, the input signal of which is taken from the microphone 1 located at the top of the right angle of the direction finder, the output of the preamplifier 7 and the output bandpass filter 10 is connected to the inputs of rectifiers 22 and 23, the outputs of which are connected to the input of the comparison circuit 24. The output of the amplifier - limiter 13 of the reference channel is connected to the counting input of the divider by two 25, the direct and inverse outputs of which, as well as the outputs of all amplifiers - limiters 13-15, inverters 16-18 and short-pulse shapers 19-21 are connected to the inputs of the logic block 26, performing the formation of signals in accordance with Table 2. The outputs of the logic block 26 are connected to the reset inputs of the counters 27, 28, the reset inputs and the setting of the sign triggers 29, 30 and write inputs of parallel registers 31, 32. To clock inputs of counters 27, 28 the output of clock generator 33 is connected. Outputs of counters 27, 28 and flip-flops 29, 30 are connected to the data inputs of registers 31, 32. Three-level outputs of registers 31, 32 are connected via the bus to data inputs of microcontroller 34, to other inputs of which the output of the comparison circuit 24 is connected, and one of the outputs of the divider to two 25. Two outputs of the microcontroller 34 are connected to the inputs of the data output permission of registers 31, 32. The measurement result is output to the output port of the microcontroller 34.

Устройство работает следующим образом. Сигналы с микрофонов 1-3 усиливаются предварительными усилителями 7-9, далее полосовыми фильтрами 10-12 выделяется составляющая с рабочей частотой сигнала от маяка. В опорном канале 4, обрабатывающим сигнал микрофона Мо, с выхода усилителя 7 сигнал всего принимаемого частотного диапазона и с выхода фильтра 10 отфильтрованный сигнал поступают на выпрямители 22, 23, с которых средние уровни выпрямленных напряжений сравниваются схемой сравнения 24. При отсутствии полезного сигнала уровень на выходе фильтра 10 ниже уровня на выходе предварительного усилителя 7, при этом схема сравнения 24 подает сигнал отсутствия полезного сигнала на микроконтроллер 34. При появлении сигнала на рабочей частоте уровень сигнала на выходе фильтра 10 значительно возрастает и схема сравнения 24 подает на микроконтроллер 34 сигнал на разрешения определения пеленга PelEn.The device works as follows. The signals from microphones 1-3 are amplified by preamplifiers 7-9, then the component with the operating frequency of the signal from the beacon is selected by bandpass filters 10-12. In the reference channel 4, which processes the signal of the microphone Mo, from the output of the amplifier 7, the signal of the entire received frequency range and from the output of the filter 10, the filtered signal is fed to the rectifiers 22, 23, from which the average levels of the rectified voltages are compared by the comparison circuit 24. In the absence of a useful signal, the level is at the output of the filter 10 is lower than the level at the output of the preamplifier 7, while the comparison circuit 24 sends a signal for the absence of a useful signal to the microcontroller 34. When a signal appears at the operating frequency, the signal level at the output of the filter 10 increases significantly and the comparison circuit 24 sends a signal to the microcontroller 34 for permission determination of bearing PelEn.

Вариант временных диаграмм при пеленгации приведен на фиг. 3.A variant of timing diagrams for direction finding is shown in Fig. 3.

Логические уровни с выходов усилителей - ограничителей 13-15, инверторов 16-18 и формирователей коротких импульсов 19-21, которые вырабатывают импульсы Т0, Т1, Т2 по положительным (либо, как вариант, отрицательным) фронтам с выходов усилителей -ограничителей 13-15, поступают на входы блока логики 26. Длительность импульсов Т0, Т1, Т2 не превышает половины периода счетных импульсов тактового генератора 33.Logic levels from the outputs of amplifiers - limiters 13-15, inverters 16-18 and shapers of short pulses 19-21, which generate pulses T 0 , T 1 , T 2 on positive (or, alternatively, negative) edges from the outputs of amplifiers-limiters 13-15, are fed to the inputs of the logic block 26. The duration of the pulses T 0 , T 1 , T 2 does not exceed half the period of the counting pulses of the clock generator 33.

На выходах блока логики 26 вырабатываются сигналы по логическим функциям приведенным в таблице 2.At the outputs of the logic block 26, signals are generated according to the logical functions shown in Table 2.

Figure 00000005
Figure 00000005

В зависимости от знака разности фаз триггер знака (29, 30) соответствующего канала устанавливается в «1» или сбрасывается в «0». На фиг. 3 приведен пример временных диаграмм для угла π/2<α<π, в этом случае разности фаз Δϕ1>0 и Δϕ2<0. Сигналы RES1 и RES2 обнуляют счетчики 27, 28 в начале интервала измерения разности фаз, а импульсы WR1 и WR2 передним фронтом записывают абсолютные значения разностей фаз |Δϕ1| и |Δϕ2| с выходов счетчиков 27, 28 и триггеров 29, 30 в параллельные регистры 31, 32 в конце интервалов измерения. Тактовая частота fclk на выходе тактового генератора 33 определяется величиной шага дискретизации измеряемых разностей фаз и для двоичных счетчиков разрядности N составляет π/2N. Таким образом для fclk необходимо соблюдение условия fclk≤F*(2N+1) во избежание переполнения счетчиков 27, 28. Чтобы значительно не увеличивать шаг дискретизации достаточно чтобы fclk ≈ F*(2N). Для транспортных роботов достаточно точности пеленгации 2-4°, что достижимо при разрядности двоичных счетчиков N=6-7 бит. Как положительная, так и отрицательная разности фаз измеряются в течение полупериода уровня «1» на выходе QE делителя на два 25. Уровень «1» с инверсного выхода /QE, подаваемый на микроконтроллер 34 сообщает о готовности данных. Чтение данных с регистров 27, 28 микроконтроллером 34 выполняется поочередной подачей разрешающих уровней на входы разрешения трехуровневых выходов регистров 127, 28. Обработка полученных данных заключается в выборе из постоянной памяти микроконтроллера 34 запрограммированных основных значений обратных тригонометрических функций по результатам считывания разностей фаз Δϕ со счетчиков 27, 28 в зависимости от их соотношения, а так же учета дополнений, кратных π/2, в зависимости от знаков разностей фаз Δϕ. Результат измерений угла и признак обнаружения сигнала маяка выводится на выходную шину (OUT DATA) микроконтроллера 34.Depending on the sign of the phase difference, the sign flip-flop (29, 30) of the corresponding channel is set to "1" or reset to "0". FIG. 3 shows an example of timing diagrams for the angle π / 2 <α <π, in this case the phase difference Δϕ 1 > 0 and Δϕ 2 <0. The signals RES1 and RES2 reset the counters 27, 28 at the beginning of the phase difference measurement interval, and the WR1 and WR2 pulses with the leading edge record the absolute values of the phase differences | Δϕ 1 | and | Δϕ 2 | from the outputs of counters 27, 28 and flip-flops 29, 30 to parallel registers 31, 32 at the end of the measurement intervals. The clock frequency f clk at the output of the clock generator 33 is determined by the size of the sampling step of the measured phase differences and is π / 2 N for binary counters N. Thus, for f clk , the condition f clk ≤F * (2 N + 1 ) must be met in order to avoid overflow of counters 27, 28. In order not to significantly increase the sampling step, it is enough that f clk ≈ F * (2 N ). For transport robots, a direction finding accuracy of 2-4 ° is sufficient, which is achievable with the bit width of binary counters N = 6-7 bits. Both positive and negative phase differences are measured during a half-cycle of level "1" at the output Q E of the divider by two 25. Level "1" from the inverse output / Q E supplied to the microcontroller 34 indicates data readiness. Reading data from registers 27, 28 by microcontroller 34 is performed by alternately supplying permission levels to the resolution inputs of three-level outputs of registers 127, 28. Processing of the received data consists in selecting from the permanent memory of microcontroller 34 programmed basic values of inverse trigonometric functions based on the results of reading the phase differences Δϕ from the counters 27 , 28 depending on their ratio, as well as taking into account additions that are multiples of π / 2, depending on the signs of the phase differences Δϕ. The result of the angle measurements and the sign of the beacon signal detection are output to the output bus (OUT DATA) of the microcontroller 34.

Источники:Sources:

1. Власов С.М., Бойков В.И., Быстров С.В., Григорьев В.В. Бесконтактные средства локальной ориентации роботов. - СПб: Университет ИТМО, 2017. - 169 с.1. Vlasov S.M., Boykov V.I., Bystrov S.V., Grigoriev V.V. Contactless means of local orientation of robots. - SPb: ITMO University, 2017 .-- 169 p.

2. Карпов В.Э., Платонова М.В. СИСТЕМА НАВИГАЦИИ МОБИЛЬНОГО РОБОТА (Москва, Московский Энергетический Институт (Технический Университет), Россия /docplayer.ru/2. Karpov V.E., Platonova M.V. MOBILE ROBOT NAVIGATION SYSTEM (Moscow, Moscow Power Engineering Institute (Technical University), Russia /docplayer.ru/

3. Тихомиров А.В., Иванов М.С., Омельянчук Е.В. Разработка акустического пеленгатора. Труды МАИ. Выпуск №903. Tikhomirov A.V., Ivanov M.S., Omelyanchuk E.V. Development of an acoustic direction finder. Proceedings of the MAI. Issue No. 90

4. Качармина Е.Г., Глазков В.В. Разработка модели акустического пеленгатора в пакете MATLAB; электронный журнал «молодежный научно-технический вестник», ФГБОУ МГТУ им. Баумана, №11, 2015 г.4. Kacharmina E.G., Glazkov V.V. Development of a model of an acoustic direction finder in the MATLAB package; electronic journal "Youth Scientific and Technical Bulletin", FGBOU MSTU named after Bauman, No. 11, 2015

5. Кранц В.З., Островский Д.Б. Устройство и способ определения водолазом направления на источник звукового сигнала; патент на изобретение RU 2439602 С2, кл. G01S 3/802: 10.01.2012 Бюл. №1, (fips.ru).5. Krantz V.Z., Ostrovsky D.B. A device and a method for a diver to determine the direction to a sound signal source; patent for invention RU 2439602 C2, cl. G01S 3/802: 10.01.2012 Bul. No. 1, (fips.ru).

6. Берков Ю.А. Пеленгатор водолаза; патент на изобретение RU 2494914 С1, кл. G01S 3/802: 10.10.2013 Бюл. №28, (fips.ru).6. Berkov Yu.A. Diver's direction finder; patent for invention RU 2494914 C1, cl. G01S 3/802: 10.10.2013 Bul. No. 28, (fips.ru).

7. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы: Учеб. Пособие для вузов. - Минск.: Выш. Шк., 1988, - 369 с.: ил.7. Cherdyntsev V.A. Radio engineering systems: Textbook. Manual for universities. - Minsk .: Vysh. Shk., 1988, - 369 p .: ill.

8. Дикарев В.И., Гумен С.Г., Журкович В.В. и др. Фазовый способ пеленгации и фазовый пеленгатор для его осуществления; патент на изобретение RU 2155352 С1, кл. G01S 3/46: 27.04.2003 Бюл. Изобр. №12/2003.8. Dikarev V.I., Gumen S.G., Zhurkovich V.V. etc. Phase direction finding method and phase direction finder for its implementation; patent for invention RU 2155352 C1, cl. G01S 3/46: 27.04.2003 Bull. Fig. No. 12/2003.

Claims (1)

Акустический пеленгатор для определения направления на маяк, излучающий акустический гармонический сигнал в непрерывном режиме или в виде повторяющихся посылок, содержащий три подключенных к предварительным усилителям ненаправленных микрофона, расположенных в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника, катеты которого не превышают половины длины волны принимаемого сигнала, отличающийся тем, что с целью его применения в автономных транспортных роботах производится выделение полезного сигнала из всего спектра принимаемых акустических сигналов, шумов и помех и для дальнейшей цифровой обработки, заключающейся в однозначном определении цифрового значения пеленга с минимизацией погрешности, выходы предварительных усилителей подключены к настроенным на рабочую частоту полосовым фильтрам, при этом для формирования признака наличия сигнала рабочей частоты выходы предварительного усилителя и полосового фильтра одного из каналов соединены с входами выпрямителей среднего значения, выходы которых подключены к входам схемы сравнения, а ее выходной логический сигнал поступает на микроконтроллер, а для дальнейшей цифровой обработки выходы полосовых фильтров подключены к входам усилителей-ограничителей, формирующих на своих выходах логические уровни которые поступают на входы инверторов, формирователей коротких импульсов и на входы блока логики, другие входы которого соединены с выходами инверторов и формирователей коротких импульсов, при этом к выходу усилителя-ограничителя опорного канала подключен тактовый вход делителя на два, прямой и инверсный выходы которого соединены с входами блока логики, одна группа выходов которого соединена с входами сброса и установки триггеров знака фазы и входами сброса счетчиков, тактовые входы последних подключены к генератору тактовых импульсов, при этом вторая группа выходов блока логики подключена к входам записи параллельных регистров, входы данных которых соединены с выходами счетчиков и триггеров знака фазы, а выходы параллельных регистров подключены к шине входных данных микроконтроллера, вход разрешения чтения данных которого соединен с одним из выходов делителя на два, при этом выходы управления периферийными устройствами микроконтроллера соединены с входами разрешения выходов параллельных регистров, а определение угла на источник сигнала выполняется чтением значения из постоянной памяти микроконтроллера, в которой зашита таблица преобразования сдвига фаз в угол направления на источник относительно оси устройства, при этом значение выводится на выходную шину микроконтроллера.An acoustic direction finder for determining the direction to a beacon, emitting an acoustic harmonic signal in a continuous mode or in the form of repeated transmissions, containing three omnidirectional microphones connected to preamplifiers, located at the vertices of an isosceles rectangular triangle, the legs of which do not exceed half the wavelength of the received signal, characterized in that that in order to use it in autonomous transport robots, a useful signal is extracted from the entire spectrum of received acoustic signals, noise and interference and for further digital processing, which consists in the unambiguous determination of the digital value of the bearing with minimization of the error, the outputs of the preamplifiers are connected to the bandpass frequencies tuned to the operating frequency filters, while for the formation of a sign of the presence of a signal of the operating frequency, the outputs of the preamplifier and the bandpass filter of one of the channels are connected to the inputs of the average value rectifiers, the outputs which are connected to the inputs of the comparison circuit, and its output logic signal is fed to the microcontroller, and for further digital processing, the outputs of the bandpass filters are connected to the inputs of the amplifier-limiters, which form logic levels at their outputs that are fed to the inputs of inverters, short pulse shapers and to the inputs of the block logic, the other inputs of which are connected to the outputs of inverters and short pulse shapers, while the clock input of the divider is connected to the output of the reference channel limiter amplifier, the direct and inverse outputs of which are connected to the inputs of the logic block, one group of outputs of which is connected to the reset inputs and installation of phase sign triggers and counter reset inputs, the clock inputs of the latter are connected to the clock pulse generator, while the second group of outputs of the logic block is connected to the write inputs of parallel registers, the data inputs of which are connected to the outputs of counters and phase sign triggers, and the outputs of parallel gisters are connected to the input data bus of the microcontroller, the data read permission input of which is connected to one of the outputs of the divider by two, while the control outputs of the microcontroller peripherals are connected to the inputs of the parallel register outputs permission, and the angle to the signal source is determined by reading the value from the microcontroller's permanent memory , in which a table of conversion of the phase shift into the angle of direction to the source relative to the axis of the device is wired, while the value is output to the output bus of the microcontroller.
RU2019114806A 2019-05-14 2019-05-14 Acoustic phase-finder RU2728515C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114806A RU2728515C1 (en) 2019-05-14 2019-05-14 Acoustic phase-finder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114806A RU2728515C1 (en) 2019-05-14 2019-05-14 Acoustic phase-finder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2728515C1 true RU2728515C1 (en) 2020-07-30

Family

ID=72085494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019114806A RU2728515C1 (en) 2019-05-14 2019-05-14 Acoustic phase-finder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2728515C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5940346A (en) * 1996-12-13 1999-08-17 Arizona Board Of Regents Modular robotic platform with acoustic navigation system
RU2344435C1 (en) * 2007-05-08 2009-01-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method of navigational support of autonomous underwater robot controlled from control ship
RU2439602C2 (en) * 2010-02-24 2012-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Apparatus and method for determining direction of audio source by diver
US8289811B2 (en) * 2009-09-01 2012-10-16 The Johns Hopkins University System and method for determining location of submerged submersible vehicle
RU2494914C1 (en) * 2012-06-13 2013-10-10 Юрий Алексеевич Берков Diver direction-finder
CN103376452A (en) * 2012-04-18 2013-10-30 中国科学院沈阳自动化研究所 Method for correction of underwater robot position error with single acoustic beacon
RU2575045C1 (en) * 2014-10-13 2016-02-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" System and method of determining location of diver
RU2629916C1 (en) * 2016-06-30 2017-09-04 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5940346A (en) * 1996-12-13 1999-08-17 Arizona Board Of Regents Modular robotic platform with acoustic navigation system
RU2344435C1 (en) * 2007-05-08 2009-01-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method of navigational support of autonomous underwater robot controlled from control ship
US8289811B2 (en) * 2009-09-01 2012-10-16 The Johns Hopkins University System and method for determining location of submerged submersible vehicle
RU2439602C2 (en) * 2010-02-24 2012-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Apparatus and method for determining direction of audio source by diver
CN103376452A (en) * 2012-04-18 2013-10-30 中国科学院沈阳自动化研究所 Method for correction of underwater robot position error with single acoustic beacon
RU2494914C1 (en) * 2012-06-13 2013-10-10 Юрий Алексеевич Берков Diver direction-finder
RU2575045C1 (en) * 2014-10-13 2016-02-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" System and method of determining location of diver
RU2629916C1 (en) * 2016-06-30 2017-09-04 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105652282B (en) A kind of phase-shift laser rangefinder module
RU2649411C1 (en) Method of measurement of the aircraft flight parameters in the phase goniometrical and distance-measuring systems and the device for the implementation of this method
CN106802406A (en) A kind of radiation source correlating method for passive radar
WO2001071374A2 (en) Localisation of a signal emitting source
CN110082706B (en) Underwater single beacon navigation method based on time delay difference and phase difference and suitable for clock asynchronization
RU2728515C1 (en) Acoustic phase-finder
RU2545068C1 (en) Measurement method of changes of heading angle of movement of source of sounding signals
JP2014035328A (en) Underwater positional relation information acquisition system and underwater positional relation information acquisition method
RU2689968C1 (en) Method of classification of marine objects in a typical sound locating station
Chen et al. Fine-grained ultrasound range finding for mobile devices: Sensing way beyond the 24 khz limit of built-in microphones
US5550789A (en) Water turbulence detector
US3928840A (en) Tracking system for underwater objects
RU119126U1 (en) DEVICE FOR INCREASING ANGULAR RESOLUTION OF AMPLITUDE TOTAL-DIFFERENT MONO-PULSE SYSTEM
US3155937A (en) System for determining vehicle parameters
US5867125A (en) Incremental phase and distance measurement through digital phase signature comparison
RU2421749C1 (en) Direction finder
RU2515419C1 (en) Method of measuring change in course angle of probing signal source
RU2516594C1 (en) Method of determining distance estimation error using sonar system
RU2483320C1 (en) Target recognition method and device for realising said method
RU2760556C2 (en) Dual-beam scanner
RU2308054C2 (en) Hydroacoustic synchronous long-range navigation system
RU2496117C1 (en) Method of measuring displacement parameters of probing signal source
RU2793779C1 (en) Method for determining parameters of maneuvering of the source of probing signals
Burdinsky et al. Using configurable on-chip systems in a sonar navigation system receiver for mobile autonomous robotic complexes
RU2460084C1 (en) Apparatus for processing radar signals