SU1422160A1 - Устройство дл измерени параметров движени объекта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам бесконтактного измерени  параметров движени  и может быть использовано в системах наземной навигации дл  определени  координат подвижных объектов. Целью изобретени   вл етс  повьшение точности измерени . В устройство дл  измерени  параметров движени  объекта, содержащее два ин формационно-измерительных канала, подключенных к входам двухканального коррел тора 20, и блок 21 определени  параметров движени  объекта, ввег . дены в первый информационно-измерительный канал объектив 1, преобразователь 2 оптического изображени , светофильтр 3, транспарант 4, мультипликатор 5, матрица 6 анализируюпщх оптических масок, матрица 7 канальных линз, матрица 8 канальных фотодетекто- ров, во второй информационно-измерительный канал блок 19 управлени , двухкоординатный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь 11 оптического изображени , светофильтр 12, вращатель изобрджени  13, транспарант 14, мультипликатор 15, матрица 16 анализирующих оптических масок, матрица 17 канальных линз, матрица 18 ка- нальных фотодетекторов, 2 з,п.ф-лы, 6 ил. О) 4 Ю Ю а:

Description

Изобретение относитс  к устройст- вам бесконтактного измерени  парамет ров движени  и может быть использовано , в частности, в системах наземной навигации дл  определени  координат подвижных объектов.

Целью изобретени   вл етс  шение точности измерени  устройства,

Схема определени  параметров движе ки  объекта содержит блок программных переключений, первый вход которого  йл еус  п тым информационным входом сНемы определени  параметров движе-- ни  объекта, первый, второй и третий вщходы блока программных переключе- кий  вл ютс  первым, вторым -и третьим вьгходом схемы определени  параметров движени  соответственно, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок определени  пути и линейной скорости, блок определени  угловой скорости и т)риггер четвертый вход схемы опре- де.тгени  параметров движени  св зан с вторым входом блока программных пepeкJПoчeний, с вторым входом схемы определени  пути и линейной скорости, с входом установки в О триггера, вход установки в 1 которого св зан С четвертым выходом блока программных переключенийJ пр мой выход триггера св зан с первым входом элемента И, . выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход которого св зан с первым входом блока определени  пути и линей, ной скорости, выход которого  вл етс  первьш вьгходом устройства, инверс ный выход триггера св зан с четвер- тым входом блока определени  угловой скорости, выход которого  вл етс  вторым выходом устройства, первый, второй, третий входы блока определе- .НИН угловой скорости  вл ютс  первым, вторым, третьим входами схемы определени  параметров движени .

Введение блока определени  угло вой скорости с его электрическими . св з ми, выполнение информационно - измерительных каналов из оптических и оптико-электронных элементов, а также наличие вращател  изображени  и двухкоординатного дефлектора во втором информационно-измерительном канале с их оптическими св з ми  вл ютс  существенными признаками, отличаюшл- ми предлагаемое устройство от известного

о 5 0 5 Q

5

5

0

5

На фиг, представлены блок-схемы устройства и его углов.

Устройство (фиг,) содержит объектив 1 , преобразователь 2., ;светофильтр 3, транспарант 4 мультипликатор 5, матрицы анализирующих оптических масок 6, канальных линз 7 и канальных фотодетекторов 8, двухкоорд натный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь 11, светофильтр 12, вращатель 13 изображени , транспарант 14, мультипликатор 15, матрицы анализирующих оптических масок 16, канальных линз 17, канальных фотодетекторов 18, блок 19 управлени , коррел тор 20 и блок 21 определени  параметров движени , на который поступает сигнал 22,

Коррел тор 20 (фиг.2) содержит пер- вую  чейку электронных ключей 23, вторую линейку электронных ключей 24, блок 25 пам ти, блок 26 вычислени  коррел ционной: функции, схему 27 сравнени  .

о

Блок 21, определени  параметров движени  объекта (фиг.З) содержит блок 28 программных переключений, триггер 29, генератор 30 тактовых импульсов, элемент И 31, блок 32 определени  пути и линейной скорости, блок 33 опре-. делени  угловой скорости.

Блок 28 программных переключений (фиг,4) содержит триггеры 34-37, элементы И 38 и 39, элемент ИЛИ 40, усилители 41 и 42 элементы 43 и 44 задержки.

Блок 33 определени  угловой скорости (фиг.5) содержит элемент И-НЕ 45s, элементы И 46-48, преобразовате- ли 49-51 , аналог - код, счетчики 52- 54,, элемент 55 задержки, блок 56 вычислени  о

Блок 32 определени  пути и линейной скорости (фиг.6) содержит элементы 57 и 58 задержки, счетчики 59 и 60 и блок 61 делени , Оптические входы объектива 1 и двухкоординатного дефлектора 9  вл ютс  первым и вторым входами устройст ва соответственно. Выходы блоков 32 и 33  вл ютс  первым и вторым выходами устройства.Двухкоординатный дефлектор 9 предназначен дл  сканировани  визирной осью объектива 10 по двум взаимно перпендикул рным направлени м по горизонтали и вертикали.

Преобразователи 2 и 11 вместе со светофильтрами 3 и 12 соответственно

314Й21

позвол ют осзпцествл ть переход от одного диапазона световых волн к дру гим, например от инфракрасного к ви- димому. Вращатель 13 изображени  пред--ц назначен дл  компенсации вли ни  колебаний объекта относительно поперечной оси. Блок 19 управлени  предназначен дл  управлени  двухкоординатным дефлектором 9 и вращателем 13 изобра-i о жени  путем подачи управл ющих напр жений разной частоты на их электрические входы.

Мультипликаторы 5 и 15 размножают входное изображение, создава  в вы- 15 ХО.ДНОЙ плоскости N идентичных непересекающихс  изображений, совпадающих с исходным с точностью до масштабного преобразовани . Матрицы 6 и 16 анализирукшщх оптических масок, на 20 каждой из которых записана одна из анализирующих функций М|,(х,у), предназначены дл  выполнени  операций умножени  на двухмерньт функции 1 {(х,у),;25

Коррел тор 20 предназначен дл  вычислени  коррел ционной функции зображений с первого и второго объективов и эьщачи сигнала совпадени  на ход блока 21 определени  параметров 30 вижени  объекта, если значение кор- ел ционной функции равно или меньше порогового значени . Блок 21 опредеени  параметров движени  ббъекта предназначен дл  определени  пути, инейной скорости и относительной угловой скорости движений объекта.

Устройство работает следующим образом ,

В момент начала движени  на инфор- о мационный вход блока 21 определени  параметров движени  поступает сигнал 22 - команда на измерение скорости. Пусть объект движетс  в направлении, показанном стрелкой (фиг.О. С одно- g го выхода блока 28 поступает команда на включение блока 19, ас другого ыхода блока 28 - Команда на открытие инейки электронных ключей 23. Одновременно на следующем выходе блока . 28 по вл етс  импульс, который переодит триггер 29 в единичное состо ние . При этом импульсы с генератора 30 через элемент И 31 начинают посту пать в блок 32, Первый по ходу движени  комплект приборов используетс  дл  фиксации эталонного изображени . Ось объектива первого информационно- измерительного канала положение в

35

55

1

5

0

о g

5

5

60

пространстве не измен ет. Световой поток, промодулированный входным изображением на транспаранте А, пост тупает на мультипликатор 5, с выхода которого мультиплицированные изображени  проектируютс  на матрицу 6, содержащую N анализирующих оптических масок, на каждой из которых записана одна из анализирующих функций.

Световое распределение на выходе каждой маски интегрируетс  матрицей 7 канальных линз и регистрируетс  матрицей 8 канальных фотодетекторов. Зафиксированные величины с выходов матрицы 8 через открытые электронные ключи 23 поступают на N входов блока 25 пам ти, с выхода которого поступают на N первых в-ходов блока 26 вычислени  коррел ционной функции. Далее по командам с выходов блока 28 закрьшаютс  электронные ключи 23 и открьшаютс  электронные ключи 24, При этом на N вторые входы коррел тора 20 с выхода матрицы 18 канальных фотодетекторов поступает проанализи- рованно е оптическими масками изображение от второго по ходу движени  объектива. Визирна  ось этого объекти ва измен ет свое положение в прост-. ранстве в двух взаимно перпендикул рных направлени х за счет работы двух- координатного дефлектора 9, управл - емого напр жени ми с первого и второго выходов блоков 19, причем скани-, .рование визирной осью по вертикали осуществл етс  с частотой в несколько раз большей, чем частота сканировани  визирной осью по горизонтали,. Скани-/ рование. визирной осью объектива необходимо в св зи с тем, что объект испытывает бортовую качку и поворачиваетс  в соответствии с дорожньпчи услови ми, что приводит к изменению ракурса изображени . Объект также совершает колебани  относительно поперечной оси, что приводит к вращению изображени  в поле апертуры объектива , значительно ухудшающее точность работы устройства. Дл  компенсации вли ни  этих кол-ебаний изображение вращаетс , так как на электрический вход вращател  13 подаетс  управл ющее напр жение с третьего выхода блока 19 управлени .

Матрица 16 анализирующих оптических масок анализируетV изображение с второго информационно-измерительного канала блока 26 вычислени  кор514

рел ционной функции, в котором проис- ходит вьтисление коррел ционной функ - дИи двух множеств, состо щих из N личин, полученных при спектральном расположении изображений с первого и в.торого информационно из мерит ель- ных каналов. Вычисленное значение кор рел хдаонной функции поступает в схему 27 сравнени  с пороговым значением Е|сли вычисленное значение равно или неньше порогового значени , то во входную апертуру второго объектива Попало изображение, зафиксированное э блоке 25 пам тИа Со схемы 27 срав- нени  подаетс  сигнал на вход установки в О триггера 29 и второй вход ©лока 32, Триггер 29 перебрасываетс  и прекращает поступление импульсов с генератора 30 в блок 32, Однавремен« йо по сигналу с инверсного выхода « триггера 29, блок 33 фиксирует напр «- ение с выходов блока 19. ; Количество импульсов, поступивших в блок 32s пропорционально линейной скорости объекта. Зафиксированные напр жени  с выходов блока 19 пропор- циональны повороту объекта относитель

но вертикальной оси и углам наклона объекта относительно продольной и .по-

:перечной осей. Из этой информации опг редел етс  относительна  углова  ско°- рость объекта

Выбира  соответствукщие светофильт ры 3 и 12 и транспаранты 4 и 14, можно регистрировать изображени  в широком диапазоне видимого и инфра« красного спектров. Таким образом, измерительное устройство может ра- ботать при любом освещении и разных метеорологических услови х

Информационным сигналом дл  блока 28 программных переключений  вл етс  команда 22 оператора Пуск, По ко манде 22 Пуск на вход установки в 1 триггера 34 подаетс  релейньй сигнал, которьй переводит триггер 34 в единичное состо ние и поступает на вход элемента ИЛИ 40, Сигнал с последнего -устанавливает триггер 36 в единичное состо ние, сигнал с пр мо го выхода которого поступает на блок 19 5 на вход установки в единичное соето ние триггера 29 и через мент И 39 усилитель 41 открьюает электронные ключи 23, Сигнал с элемента И 39 также запускает элемент 44 задержки, который настраиваетс  на . врем  записи в блок 25 пам ти вели«

B 0 5

О

Q

Q g

5

1606

чин разложени  входного изображени . По истечении времени записи элемент 44 задержки выдает сигнал на единичный вход триггера 37, который закрывает элемент И 39, обесточивает усилитель 41 и закрьтает электроннь:е ключи 23, и пр мой выход которого через усилитель 42 открывает электронные ключи 24. .

В результате коррел ционного сравнени  сигнал со схемы 27 сравнени  поступает на единичный вход триггера 35 и переводит его в единичное состо ние . Сигнал с пр мого выхода триггера 35 поступает на входы установки в О триггеров 36 и 37 и элемент 43 задержки. При этом триггер 36 перехо- ,дит в нулевое состо ние и снимает - сигнал с единичного входа триггера 29, триггер 37 переходит в нулевое состо ние и через усилитель 42 закрьюает электронные ключи 24. Элемент 43 задержки настраиваетс  на врем , достаточное дл  переключени  триггеров ° 36 Ti 37, По истечении времени задержки элемент 43 задержки выдает сигнал на перевод триггера 35 в нулевое сосг то ние и сигнал на элемент И 38, по сигналу с которого начинаетс  новый цикл работы устройства.

Блок 33 работает следующим образом ,

Напр жени  с первого второго и « третьего выходов блока 19 управлени , пропорциональные угловым скорост м объекта по вертикальной (wO продольной (ы) и поперечной (tOj) ос м, пос- тупают на входа преобразователей 49- 51 аналог -.код. После преобразовани  импульсы, пропорциональные угловым скорост м, через открытые элементы И поступают на счетчики 52-54, Элементы И 46-48 открыты-за счет сиг нала, который .поступает с выхода эле- мента И-НЕ 45, вход которого св зан с инверсным выходом триггера 29, По сигналу с инверсного выхода триггера 29 информаци  из счетчиков 52-54 пос- тупает в блок 56, который вычисл ет относительную угловую скорость по Формуле

UJi-|u) (- Ы + 4

1 1

Сигнал с инверсного выхода триггера 29 также поступает на элемент 55 задержки. Брем  задержки выбираетс  необходимым дл  вычислени  блоком 56

71А

угловой скорости U .По истечении времени задержки сигнал с выхода элемента 55 задержки приводит в нулевое состо ние счетчики 52-54, в исходное состо ние блок 56, и блок 33 определени  угловой скорости готов к новому циклу вычислений .

Блок 32 работает следующим образом ,

С выхода элемента И 31 импульсы от генератора 30 тактовых-импульсов поступают на вход-записи счетчика 60, В результате коррел ционного сравнени  в коррел торе 20 сигнал со схемы 27 поступает на вход записи счетчика 59, в котором записываетс  импульс, соответствующий пройденному пути, равному 1 м, так как пройденньш путь S определ ют как S N Д$, где N - количество импульсов; /а S - шаг, В предлагаемом устройстве шаг л$ выбираетс  из услови  dS L 1 м, где L - -рассто ние между объективами устройства . Сигнал со схемы 27 через элемент 57 задержки, настроенный на врем , необходимое дл  срабатьшани  триггера 29, поступает на входы счи тывани  счетчиков 59 и бОо При этом с выхода счетчика 59 снимаетс  инфор- наци  Q пройденном пути S , ас выхода счетчика 60 - информаци  о времени прохождени  объектом рассто ни , равного S 1 м, выражаемого через число импульсов По Так как Т n/f S f t n

тота генератора 30, то количество импульсов n со счетчика 60 поступает на блок 61 делени  f; на n и на выхо- де блока 61 имеем информацию о линейной скорости движени  объекта V, Сигнал с выхода элемента 57 задержки также поступает на элемент 58 задержг ки, настроенный на врем , необходи- мое дл  вычислени  скорости V, и по истечении которого сигнал с элемента 58 задержки обнул ет счетчик 60,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   1, Устройство дл  измерени  параметров движени  объекта, содержащее два информационно-измерительных канала , подключенных к входам двухканаль ного коррел тора и блок определени 

   параметров движени  объекта, отличающеес  тем, что, с целью ,повышени  точности измерени  устрой

   и V

   , где Т - врем J f - час

   0 5 о

   Q g

   «э

   5

   60 8

   ства, в него введены в первьш инфор- магшонно-измерительный канал последовательно установленные на одной оптической оси объектив, прёобразова-i тель оптического изображени , светофильтр , транспарант, мультипликатор, матрица N анализирующих оптических масок, матрица N канальньпс линз, матрица N канальных фотодетекторов, выходы которых  вл ютс  выходами первого информационно-измерительного канала , второй информационно-измерительный канал состоит из блока управлени  и последовательно установленных на одной оптической оси двухкоорди- натного дефлектора, объектива, пре-

   .образовател  оптического изображени , светофильтра,вращател  изображени ,

   транспаранта,мульпшлексора,матрицы N анализирующих оптических масок,матрицы N канальных линз,матрицы N канальных фотодетекторов, выходы которых  вл ютс  выходами второго информационно- измерительного канала, первый и второй выходы блока управлени  соединены с первым и вторым входами двухко- ординатного дефлектора соответственно и с первым и вторым входами блока определени  параметров движени  соответственно , третий выход блока управлени  соединен с входом вращател  изображени  и с третьим входом блока определени  параметров движе- ни , N выходы первого информационно- измерительного канала соединены с N первыми входами коррел тора, N выходы второго информационно-измеритель ного канала соединены с N вторыми входами коррел тора, выход которого соединен с четвертым входом блока определени  параметров движени , первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым входами коррел тора , третий выход блока определени  параметров движени  соединен с входом блока управлени , п тый вход блока определени  параметров движени  соединен с входом устройства,

   2, Устройство по п,1, о т л и ч а- ю щ е е тем, что коррел тор состоит из блока пам ти, блока вычисг- лени  коррел ционной функции, блока сравнени  и двух линеек электронных ключей, N первые входы коррел тора через первую линейку электронных ключей соединены с входами блока м ти, выходы которого соединены с . первыми входами блока вычислени  кор914221

   рел ционной функции, другие входы коррел тора через линейку электронных ключей соединены с вторыми входами блока вычислени  коррел ционной функции , выход которого соединен с входом схемы сравнени , выход которой  вл етс  выходом коррел тора, третий и четвертый входы коррел тора,  вл ютс  входами первой и второй линеек . ё;пектронных ключей соответственно.

   i 3,,Устройство по п,1, о тл и ающеес  тем, что блок опре- Делени  параметров движени  объекта додержит блок программных переключений , первый вход которого  вл ет™ с  п тым информационным входом блока определени  параметров движени  объекта, первый второй, третий вы- Ходы блока программных переключений  вл ютс  первым, вторым и третьим выходами блока определени  параметров г№ижеки  соответственно, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок Определени  пути и линейной скорости.

   1

   5

   0

   5

   6010

   блок определени  угловой скорости и триггер, четвертый вход блока определени  параметров движени  соединены . с вторым входом блока программных переключений, с вторым входом блока определени  пути и линейной скорости и с первым входом триггера, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока программных . переключе- НИИ, пр мой выход триггера соединен с первым входом элемента И, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом блока определени  пути и линейной скорости, выход которого  вл етс  первым вькодом устройства, инверсный выход триггера св зан с четвертым входом блока определени  угловой скорости , выход которого  вл етс  вторым выходом устройства, первый, второй, третий входы блока определени  угловой скорости  вл ютс  первым, вторым, третьим входами блока определени  параметров движени .

   8

   18

   Фиг. 2

   19232

   27

   иг.5

   27

   32

   3i

   58

   Редактор И.Шулла

   Составитель А.Лисицын Техред А.Кравчук

   Заказ A-iZS/AS

   Тираж 8А7

   ВНИИГШ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   1 G

   59

   f G

   60

   61

   Фиё.6

   Корректор А.Обручар

   Подписное