SU1511692A1 - 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  повышение точности измерени  и быстродействи  устройства. В устройство дл  измерени  параметров движени  объекта, содержащее два информационно-измерительных канала, подключенных к входам двухканального коррел тора, и блок определени  параметров движени , введена в каждый информационно-измерительный канал матрица М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению, котора  используетс  дл  компенсации колебаний объекта относительно поперечной оси. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относитс  к устройствам бесконтактного измерени  параметров движени  и может быть использовано , в частности, в системах наземной навигации дл  определени  координат подвижных объектов.

Цель изобретени  - повьшение точности измерени  и быстродействи  устройства.

На фиг. 1 -7 гхр едставлены ,блок-схемы устройства и его узлов; иа фиг«8 - анализирующа  оптическа  маска, инвариантна  к вращению, в виде кольцевой маски.

Устройство содержит (фиг. 1) объектив 1, преобразователь 2, светофильтр 3, транспарант 4, мультипликатор 5, матрицу 6 анализирующих оптических масок, матрицу 7 канальных ЛИНЗ и матрицу 8 канальных фотодетекторов , двухкоординатный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь 11, светофильтр 2, транспарант 13, мультипликатор 14, матрицу 15 анализирующих оптических масок, матрицу 16 канальных линз, матрицу 17 канальных фотодетекторов, блок 18 управлени , коррел тор 19 к блок 20 определени  параметров движени , на кото- рьй поступает сигнал 21

Коррел тор 19 (фиг. 2) содержит первую 22 и вторую 23 линейки электронных ключей, блок 24 пам ти, блок 25 вычислени  коррел ционной функции , схему 26 сравнени „

Блок 20 определени  параметров движени  объекта (фиг. 3) содержит блок 27 программньгх переключений (ВПП), триггер 28, генератор 29 тактовых импульсов (ГТИ), элемент И

сл

О)

со

tsp

3151

30, блок 31 определени  пути и линей™ ной скорости (БОПЛС), блок 32 определени  угловой скорости, блок 33 определени  скорости СО,.

Блок 27 программных переключений (фиг. 4) содержит триггеры , элементы И 38, 39, элемент РШИ 40, усилители 41 и 42, элементы 43 и 44 задержки.

Блок 31 определени  пути и линейной скорости (фиг. 5)содержит элемент 45, 46 задержки, счетчики 47, 48, и блок 49 делени «

Блок 32 определени  угловой ско рости (фиго 6) содержит элемент И-НЕ 50, элементы И 51, 52 преобразовз тели 53, 54 аналог - код, счетчики 55, 56, элемент 57 задержки, блок 58 вычислени .

Блок 33 определени  скорости Wj (фиг, 7) содержит первую 59, вторую

60линейки электронных ключей, блок

61пам ти, блок 62 вычислени  СО, аналог-цифровой преобразователь 63.

Оптические входы объектива 1 и двухкоординатного дефлектора 9  вл ютс  первым и вторым входами устройства соответственно. Выходы блоков 31 и 32  вл ютс  первым и вторым . ходаг ш устройства.

Двухкоординатный де1|)лектор 9 предназначен дл  сканировани  визирной осью объектива 10 по двум взаимно перпендикул рш - направлени м - по горизонтали и по вертикали.

Преобразователи 2 и 11 вместе со светофильтрами 3 и 12 соответственно позвол ют осуществл ть переход от одного диапазона на световых волн к другому, например,, от инфракрасного к видимому.

Блок 18 управлени  предназначен ,цл  управлени  двухкоординатным дефлектором путем подачи управл ющих напр жений разной частоты на его управл ющие входы.

Мультипликаторы 5, 14 размножают входное изобра кение, создава  в выхоной плоскости M+N идентичных непере- секшощихс  изображений, совпадающих с исходивши с точностью до масштабного преобразовани  о

Матрицы 6, 15 анализирующих оптических масок, на каждой из которых записана одна из анапизир пощих функций (х,у), предназначены дл  выполнени  операций умножени  на функции (jf, (х,у).

Коррел тор 19 предназначен дл  вычислени  коррел ционной функции с первого и второго объективов и вьща- чи сигнала совпадени  на вход блока 20 определени  параметров движени  объекта, если значение коррел ционной функции равно или меньше порогового значени .

Блок 20 определени  параметров движени  объекта предназначен дл  определени  пути, линейной скорости и относительной угловой скорости движешет объекта, I

Устройство работает следующим образом .

В момент начала движени  на ин- формационньй вход блока- 20 опреДеле- НИН параметров движени  поступает сигнал 21 - команда на измерение скорости . С третьего выхода блока 27 поступает команда на включение блока IBg ас первого выхода блока 27 - команда на открытие электронных ключей 22 и 59 Одновременно на четвертом выходе блока 27 по вл етс  импульс , которьй переводит триггер 28 в единичное состо ние При этом импульсы с генератора 29 через элемент И 30 начинают поступать в блок 31. Первый по ходу движени  комплект приборов используетс  дл  фиксации эталонного изображени . Ось объектива первого информационно-измерительного канала положени  в пространст-т. ве не измен ет. Световой поток, пром дулированньш входным изобралсением на транспаранте 4, поступает на мультипликатор 5, с выхода которого мультиплицированные изображени  проектируютс  на матрицу 6, содержащую M+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 М выходов группы I выходов 1 матрищ) 8 через открытые электронные ключи 22 поступают на М входов блока 24 пам ти , с выхода которого поступают на М первых входов блока 25 вычислени  коррел ционной функции, а с N выходов группы 2 вьтодов матрицы 8 через

515

открытые электронные ключи 59 поступают на N входов блока 61 пам ти, с выхода которого поступают на N первы входов блока 62 вычислени cOj. Далее по командам с выходов блока 27 закрываютс  электронные ключи 22 к 59 и открываютс  электронные ключи 23. Пр этом на М вторые входы коррел тора 19 с М выходов группы 1 выходов матрицы 17 канальных фотодетекторов поступает проанализированное оптическими масками 15 изображение от второго по ходу движени  объективао Визирна  ось этого объектива измен ет свое положение в пространстве в двух взаимно перпендикул рных направлени х за счет работы двухкоординат- ного дефлектора 9, управл емого напр жени ми с первого и второго выходов блока 18, причем сканирование визирной осью по вертикали осуществл етс  с частотой, в несколько раз большей, чем частота сканировани  визирной осью по горизонтали. Сканирование визирной осью объектива необходимо в св зи с тем, что объект испытывает бортовую качку и поворачиваетс  в соответствии с дорожными услови ми, это приводит к изменению ракурса изображени . Объект также совершает колебани  относительно поперечной оси, это приводит к вращению изображени  в поле апертуры объектива , что значительно ухудшает точность работы устройства. Дл  компенсации вли ни  этих колебаний спектральное разложение изображений провод т с помощью М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению .

Проанализированное матрицей анализирующих оптических масок 15 изображение с М выходов группы 1 выходов второго информационно-измерительного канала через открытые электронные ключи 23 поступает на М вторые входы блока 25 вычислени  коррел ционной функции, в котором происходит вычисление коррел ционной функции двух множеств, состо щих из К величин, полученных при спектральном разложении изображений с первого и второго ин- фо рмационно-из мерительных кан ало в. Вычисленное значение коррел ционной функции поступает в схему 26 сравнени  с пороговым значением. Если вычисленное значение равно или меньше порогового значени , то во входную

26

апертуру второго объектива попало изображение, зафиксированное в блоках 24, 61 пам ти. Со схемы 26 сравнени  подаетс  сигнал на вход установки в нуль триггера 28, на второй вход блока 31 и на открытие электронных ключей 60, Триггер 28 перебрасываетс  и, тем самьа, прекращаетс  поступление импульсов с генератора 29 в блок 31. Одновременно по сигналу с инверсного выхода триггера 28 блок 32 фиксирует напр жени  с выходов блока 18. Через открытые электронные

ключи 60 коэффициенты спектрального разложени  с К выходов группы 2 выходов второго информационно-измерительного канала поступают на N вторые входы блока 62 вычислени  СО „.

Количество ш-шульсов, поступивших в блок 3I, пропорционально линейной скорости объекта. Зафиксированные напр жени  с выходов блока 18 пропорциональны повороту объекта относительно верттсальной оси и углу наклона объекта относительно продольной оси. Значение угла поворота объекта относительно поперечной оси вычисл етс  в блоке 33. Из этой информации в блоке 32 определени  угловой скорости вычисл етс  относительна  углова  скорость объекта.

Выбира  соответствующие светофильтры 3, 12 и транспаранты 4, 13, мож-

но регистрировать изображени  в широком диапазоне видимого и инфракрасного спектра, т.е. измерительное устройство может работать при любом освещении и разных метеорологических

услови х.

Блок 27 программных переключений может быть реализован следующим образом .

Информационным сигналом дп  блока

27 программных переключений  вл етс  команда 21 оператора - Пуск. По команде 21 Пуск на вход установки в единицу триггера 34 подаетс  ре- . лейньш сигнал, которьй переводит

триггер 34 в единичное состо ние и поступает на вход элемента ИЛИ 40. Сигнал с элемента ИЛИ 40 устанавливает триггер 36 в единичное состо ние , сигнал с пр мого выхода которого поступает на блок 18, на вход установки в единичное состо ние трих- гера 28 и через элемент И 39, усилитель 4 открывает электронные ключи 22 59. Сигнал с элемента И 39 также

запускает элемент 44 задержки, котоый настраиваетс  на врем  записи в блоки 24, 61 пам ти величин разложени  входного изображени . По истече- г пик времени записи элемент 44 задержки выдает сигнал на единичный вход триггера 37, которьй закрывает элемент И 39 и тем самьм обесточивает усилитель 41 и закрьшает электронные о 1СПГОЧИ 22, 59, и пр мой выход которого через усилитель 52 открывает электронные к.гаочи 23,

В результате коррел ционного сравнени  сигнал со схемы 26 сравнени  . |5 поступает на единичньй вход триггера 35 и переводит его в единичное состо йие. Сигнал с пр мого выхода триггера 35 поступает на входы установки в нуль триггеров 36, 37 и на 20 элемент 43 задержки. При этом триггер

36 переходит в нулевое состо ние и снимает сигнал с единичного входа триггера 28, триггер 37 переходит в нулевое состо ние, последний через

усилитель 42 закрывает электронные ключи 23. Элемент 43 задержки настраиваетс  на врем , достаточное дл 

переключени  триггеров Зб, 37. По истечении времени задержки элемент 43 30 задержки выдает сигнал на перевод триггера 35 в нулевое состо ние и сигнал на элемент И 38, по сигнапу с которого начитаетс  новый цикл рабо25

ты устройства.

Блок 32 работает следуюа им образом .

Напр жение с первого и второго выходов блока 18 управлени , пропорциональные угловым скорост м объекта по вертикальной (со,) и продольной (COj) ос м, поступшот на входы преобразователей 53, 54 аналог код. После преобразовани  импульсы, itponop- хщональные угловым скорост м, через открытые элементы ТЛ 51,- 52 поступают на счетчики 55, 56. Элементы И 51, 52 открыты за счет сигнала; который постзшает с выхода элемента И--НЕ 50, вход которого св зан с инверсным выходом триггера 28, По сигналу с инверсного выхода триггера 28 информаци  из счетчиков 55, 56 поотстает в блок 58 вычислени , в который, татсже поступает значение угловой скорости объекта относительно поперечной оси (CJj) из .блока 33. Блок 58 вычисл ет

относительную угловую скорость по формуле

СО + co .

0

0

5

5

0

5

0

5

Сигнал с инверсного выхода триггера 28 тающее поступает на элемент 57 задержки . Врем  задержки выбираетс  необходимым дл  вычислени  блоком 58 угловой скорости СО, По истечении времени задержки сигнал с выхода элемента 57 задержки приводит в нулевое состо ние счетчики 55, 56, в исходное состо ние блок 58, и блок 32 определени  угловой скорости готов к oвo- му циклу вычислений.

Блок 3 определени  пути и линейной скорости работает следующим образом .,

Claims (2)

1. С выхода элемента И 30 импульсы от генератора 29 тактовых импульсов постзгаают на вход записи счетчика 48. В результате коррел ционного сравнени  в коррел торе 19 сигнал со схемы 26 поступает на вход записи счетчика 47. В счетчике 47 записываетс  импульс , соответствующий пройденному пути, равному 1 м, так как пройденный путь S можно определить как S N &S, где N - количество импульсов, AS - шаг о В устройстве шаг US выбираетс  из услови  м, где L - рассто ние между объективами устрой- . ства, Сигнал со схемы 26 через элемент 45 задержки, настроенный на необходимое дл  срабатьшани  триггера 28, поступает на входы счи - тывани  счетчиков 47, 48. При .этом с выхода счетчика.47 снимаетс  информаци  о пройденном пути S, ас ; выхода счетчика 48 - информаци  о времени прохождени  объектом рассто ни  равного Mj, выражаемого ,через число импульсов п. Так как и , где Т - врем ; f - частота ГТИ, то количество импульсов п со счетчика 48 поступает на блок 49 делени  f на п и на выходе блока 49 имеем информацию о линейной скорости объекта V. Сигнал с выхода элемента 45 задержки также поступает на элемент 46 задержки, на- строённьй на врем , необходимое дл  - вычислени  скорости V и по истечении которого сигнал с элемента.46 задержки обнул ет счетчик 48. Формула изобретени  I, Устройство дл  измерени  параметров движени  объекта, содержащее

   два информационно-измерительных канала , коррел тор и блок определени  параметров движени , первый информационно-измерительный канал состоит из последовательно установленных на одной оптической оси объектива, преобразовател  оптического изображени , светофильтра, транспаранта, мультипликатора, матрицы N анализиру ющих оптических масок, матрицы N канальных линз, матрицы N канальных фотодетекторов, второй информацион- но-измерительньй канал состоит из блока управлени  и последовательно установленных на одной оптической ОСИ двухкоординатного дефлектора, .объектива преобразовател  оптического изображени , светофильтра, транспаранта , мультипликатора, матрицы N анализирующих оптических масок, матрицы N канальных линз, матрицы Ы канальных фотодетекторов, блок определени  параметров движени  выполнен из блока программных переключений, первьй которого соединен с первым входом триггера, пр мой выход которого и выход генератора тактовых импульсов соединены с входами элемента И, выход которого подключен к пер- входу блока определени  пути и линейной скорости, инверсньй выход триггера подключен к первому входу блока определени  угловой скорости, три других выхода блока программных переключений соединены с трем  выходами блока определени  параметров движени , два входа которьпс соедине- .ны с двум  входами блока определени  угловой скорости, а третий вход соединен с входами блока программных переключений, вторым входом триггера и вторым входом блока определени  пути и линейной скорости, первьй и второй выходы блока управлени  соеди- йены с первым и вторым входами двухкоординатного дефлектора и с первым

   5

   0

   . Q 5

   5

   0

   5

   0

   и вторым входами блока определени  параметров движени  соответственно, выход коррел тора соединен с третьим входом блока определени  параметров движени , первый второй выходы которого соединены 4 первым и вторым выходами коррел тора, третий выход блока определени  параметрюр движени  соединен с входом блока управлени , отлича-ющеес  тем, что, с целью повьшени  быстродействи  и точности измерений, в него введены в каж- дай информационно-измерительный канал матрица М анализирующих оптичес- ких масок, инвариантных к вращению, матрица М каральных линз, матрица М канальных фотодетекторов, входы матриц М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению, оптически соединены с выходами соответствующих мультипликаторов, выходы матрицы М канальных фотодетекторов соединены ; соответственно с первой и второй группаьш входов коррел тора, выходы матриц N канальных фотодетекторов первого и второго информационно-измерительного каналов соединены соответственно с первой и второй группой информационных входов блока определени  параметров движени .
2. 2. Устройство по п. I, отличающеес  там, что в блок определени  параметров движени  объекта введен блок определени  скорости объекта относительно поперечной оси, перва  и втора  rpjrnna входов, третий и четвертый -входы которого соединены соответственно с первой и второй группами кн юрмационных входов, с третьим входом блока определени  параметров движешш и с первым выходом блока программных переключений, а выход блока определени  скорости объекта относите,пьно поперечной оси подключен к четвертому входу блока определени  угловой скорости.

   20

   13

   22

   И

   f f f

   фи.2

   ЖЕЕ.

   23

   20

   Вт N ttixeiat груп- От N lutsooS груп - пи Sbtxodot г тик пы itwdon гинк

   Фие.З

   (Pus.

   фиг. 5

   28

   32

   53

   ,|5 f-

   5В

   5ff

   52

   f/

   57

   .B

     iHmci&i sffyn- n imoSoSZZf Mif

   Lvt.tixK-rjaiaajaAeK A-rjjbJaajeft ieMJt

   58

   CO