Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет уменьшить погрешности измерений действительной скорости движения. Для этого обеспечивается независимость результатов измерения действительной скорости транспортного средства 2 (тс) от положения эффективной точки отражения зондирующего излучения и от статически шероховатой грунтовой поверхности в направлении вектора скорости транспортного средства. Величина действительной скорости ТС 2 определяется по спектру доплеровского сигнала с учетом его изменения во времени в модуляционном интервале , При изменении скорости движения происходит пропорциональное изменение доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала и среднее значение разности частот, в результате выходное напряжение изменяется до момента согласования крутизны пилообразного напряжения и соответственно девиации частоты и генератора с новыми значениями доплеровских сдвигов частоты всех составлякицих принимаемого сигнала. 2 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с SS (Л Фиг. I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 G 01 P 3 56.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3793023/24-10 (22) 24.09.84 (46) 23.12.86. Бюл. № 47 (71) Челябинский филиал Государственного союзного ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательского - тракторного института. (72) В,А.Коровин (53) 531.767(088.8) (56) Патент С1))А ¹ 3898052, кл. G 01 S 9/02, 197).

Патент ФРГ ¹ 2126663, кл. G 01 Б 9/44, 1970. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ НАЗЕМНЫХ

ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет уменьшить погрешности измерений действительной скорости движения. Для этого обеспечивается независимость результатов измерения действительной скорости транспортного средства 2 (ТС) от положения эффективной точки отражения зондирующего излучения и от статически шероховатой грунтовой поверхности в направлении вектора скорости транспортного средства.

Величина действительной скорости ТС

2 определяется по спектру доплеровского сигнала с учетом его изменения во времени в модуляционном интервале ° При изменении скорости движения происходит пропорциональное изменение доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала и среднее значение разности частот, в результате выходное напряжение изменяется до момента согласования крутизны пилообразного напряжения и соответственно девиации частоты и генератора с новыми значениями доплеровских сдвигов частоты всех составляющих принимаемого сигнала.

2 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1 127871

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в доплеровских измерителях действительной скорости движения наземных транспортных средств, в частности промьппленных и сельскохозяйственных тракторов, Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения действительной скорости движения, 10

На фиг ° 1 схематично показано расположение измерителя действительной скорости на транспортном средстве и возможные направления распространения зондирующего излучения; на 15 фиг. 2 — структурная схема предлагаемого устройства на фиг. 3 временная диаграмма, поясняющая его работу, Устройство 1 для измерения дей- 2g ствительной скорости движения наземного транспортного средства 2 содержит передатчик 3, входной блок

4, блок 5 определения разности частот или амплитуд, входы которого подключены к выходам передатчика 3 и входного блока 4, а выход через блок 6 преобразования разности частот или периодов в напряжение и выходной блок 7 подключен к выходной 30 шине устройства и первому входу генератора 8 пилообразного напряжения, второй вход и выход которого подключены соответственно к первому входу передатчика 3 и первому выходу тактового генератора 9, второй выход которого подключен к второму входу передатчика 3.

Передатчик 3 может быть выполнен на базе управляемого (перестраива- щ емого) генератора lO коммутатора (амплитудного модулятора) 11 и усилителя 12 мощности. Генератор 8 пилообразного напряжения может быть выполнен на базе преобразователя

13 напряжения в ток (управляемого источника тока), интегратора 14 и раэрядчого ключа 15, Тактовый генератор 9 может содержать генератор

16 прямоугольных импульсов, счетчик

17 и дешифратор 18.

В качестве входного устройства

4 может быть использован избирательный усилитель. При реализации устройства в анлоговой форме блок 5 может быть выполнен в виде синхронного детектора (смесителя), при реализации в цифровой форме — в виде двух измерителей длительности периодов входных сигналов и устройства вычитания результатов измерения периодов, Блок 6 преобразования разности частот или периодов в напряжение может быть выполнен в виде частотомера с двухполярным аналоговым выходом или преобразователя кода разности периодов или частот в напряжение.

Поясним суть предложенного способа на примере работы устройства.

Передатчик 3 измерителя 1 действительной скорости, расположенного на транспортном средстве 2, генерирует зондирующее излучение, которое излучается передающей антенной в направлении поверхности грунта (фиг,l).

После отражения от поверхности грунта зондирующее излучение принимается приемной антенной, также расположенной на транспортном средстве

2. В этом случае величина доплеровского сдвига частоты определяется но известной формуле

2V

F = -- cosa

)

I где F — величина доплеровского сдвига частоты;

V — действительная скорость движения транспортного средства; — длина волны зондирующего излучения; угол падения зондирующего излучения на поверхность грунта (фиг ° 1), Из этой формулы следует, что

Р 9.а

2созй

Для точного измерения действительной скорости необходимо иметь точные значения величин F, и угла М,. Длина волны зондирующего излучения, как правило, известна заранее. Величина доплеровского сдвига частоты может быть измерена известными методами с высокой точностью. Поэтому точность измерения действительной скорости в решающей степени зависит от изменений реального направления распространения зондирующего излучения, т.е. изменений угла а, Величина угла падения зондирующего излучения на поверхноСть грунта не всегда совпадает с положением максимума диаграмм на правленности антенн и не поддается

78719 4

t0

3 !2 прямому измерению. Если, например, положение максимума диаграммы направленности антенны соответствует приему отраженного сигнала от точки а грунтовой поверхности (фиг. 1), то в действительности при отражении от статической шероховатой поверхности коэффициент отражения (обратного рассеяния) зондирующего излучения в точке а. может быть близок к нулю и основная часть принимаемой энергии достигнет приемной антенны после отражения от некоторой точки

Ь (участка поверхности), находящейся в пределах главного или одного из боковых лепестков диаграммы направленности этой антенны (фиг. 1т).

Нетрудно определить, что при откло— нении угла падения на угол ы =5 (что лежит в пределах основного .лепестка диаграмм направленности антеин, устанавливаемых на транспортных средствах) от предполагаемого направления приема отраженного изо лучения ос =45 приводит к возникновению ошибки измерения действительной скорости величиной 97.

Суть предложенного способа заключается в обеспечении независимости результатов измерения действи— тельной скорости транспортного средства от положения эффективной точки отражения зондирующего излучения от статически шероховатой грунтовой поверхности в направлении вектора скорости транспортного средства. Управляемый генератор 10 передатчика

3 (фиг. 2) работает в режиме непрерывной генерации высокочастотных колебаний фиксированной амплитуды.

Частота этих колебаний Г (фиг.3) изменяется по линейному закону в зависимости от выходного сигнала генератора 8 пилообразного напряжения;

В момент времени t (фиг,3) тактовый генератор 9, построенный по принципу распределителя импульсов, формирует короткий импульс управления разрядным ключом 15 интегратора

14. Выходной сигнал генератора 8 пилообразного напряжения становится равным нулю и в дальнейшем возрастает по линейному закону. В момент времени t тактовый генератор 9 формирует короткий прямоугольный импульс, управляющий коммутатором 11 °

На вход усилителя 12 мощности подключается выходной сигнал управляемого генератора 10 и передатчик 3

55 при помощи передающей антенны излучает короткий зондирующий импульс (фиг. 3, U ). Этот импульс распространяется во всех направлениях, соответствующих углам раскрыва главного и боковых лепестков диаграммы направленности антенны, т.е. во всех направлениях в пределах угла Ьс (фиг. 1), В момент времени t зондирующее излучение, отраженное от точки а грунтовой поверхности (фиг. 1, U ), sx достигает приемной антенны. В этот момент времени принимается только сигнал, отраженный от точки а,, так как более близкие к транспортному средству 2 участки грунтовой поверхности лежат вне главного и боковых лепестков диаграммы направленности антенны, а прием от более дальних участков поверхности соответствует большему времени распространения излучения. Величина доплеровского сдвига частоты в этот момент времени пропорциональна соэоС,.

Если предположить, что длительность зондирующего импульса значительно меньше разности времени распространения излучения от транспортного средства 2 до точки Ь и обратно и от транспортного средства 2 до точки а и обратно, то в момент времени tg будет осуществляться прием излучения, отраженного от точки

b. Величина доплеровского сдвига частоты в этом случае будет пропорциональна costs .

В любой промежуток времени между и t будет осуществляться прием излучения от некоторой поверхности точки, расположенной между точками а и Ь и соответственно величина доплеровского сдвига частоты будет иметь промежуточное значение, Cos g,icos М, поэтому величина доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала будет с течением времени монотонно возрастать (фиг.3, F ). Отклонения закона изменения доплеровского сдвига частоты во времени от линейного связаны с шероховатостью грунтовой поверхности, вызывающей нелинейные изменения времени распространения зондирующего излучения при смещении точки отражения по курсу движения транспортного средства 2.

В предложенном способе измерения и реализации его устройства величи1278719 на действительной скорости транспортного средства определяется не по значению доплеровского сдвига частоты в какой-либо фиксированный момент времени, а по спектру доплеровского сигнала с учетом его изменения во времени в модуляционном интервале.

Если выходное напряжение устрой— ства соответствует действительной скорости движения, то величина выходного напряжения генератора 8 пилоббразного напряжения, а следовательно, отклонение час.тоты перестраиваемого генератора 10 от исходной величины и интервале времени t

2 соответствует доплеровскому сдвигу частоты (фиг, 3 ь 1, F ) ° Выходной сигнал блока 5 измеренйя разности частот или периодов близок к нулю 20 (фиг. 3,, Г). Незначительные флуктуации частоты, преобразованные блоком 6 в напряжение с нулевым средним значением, сглаживаются блоком

7 интегрирования и не оказывают влияния на. величину выходного напряжения устройства.

При изменении скорости движения транспортного средства происходит пропорциональное изменение доплеров- 30 ского сдвига частоты всех составля— ющих принимаемого сигнала и среднее значение разности частот или периодов, а следовательно, и выходного напряжения блока 7 интегрирования становится отличным от нуля. В результате этого выходное напряжение блока 7 интегрирования, а следовательно, и выходное напряжение уст.ройства начинает изменяться до момен- 4g та согласования крутизны пилообразного напряжения и соответственно девиации частоты перестраиваемого генератора 10 с новыми значениями доплеровских.сдвигов частоты всех составляющих принимаемого сигнала.

После достижения этого соответствия среднее значение величины (фиг, 3) равно нулю, соответственно равно нулю среднее значение входного напряжения интегратора 7 и на выходе устройства сохраняется напряжение, соответствующее новому значению действительной скорости движения транспортного средства.

Формула изобретения

1, Способ измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств путем формирования зондирующего излучения с линейной частотой модуляции, его передачи в направлении поверхности грунта, приема на транспортном средстве отраженного сигнала, выявления разности частот или периодов переданного и принятого сигналов и последующего формирования выходного сигнала измерителя в зависимости от амплитудЫ промежуточного сигнала, о тл и ч а ю шийся тем, что, с.целью уменьшения погрешности, дополнительно воздействуют на глубину ча-, стотных модуляций в зависимости от величины выходного сигнала измерителя, а промежуточный сигнал получают путем преобразования указанной разности частот или периодов в напряжении.

2. Устройство для измерения действительной скорости движения наземных транспортных средств, содЕржащее передатчик, входной блок, генератор пилообразного напряжения, выходной блок, тактовый генератор и блок определения разности частот или периодов, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам блока и передатчика, первый вход которого подключен к выходу генератора пилообраэчого напряжения, а первый выход тактового генератора соедийен с первым входом ге» нератора пилообразного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, в него дополнительно введен блок преобразования разности частот или периодов в напряжение, вход и выход которого подключены соответственно к выходу блока определения разности частей или периодов и к входу выходного блока, выход которого соединен с вторым входом генератора пилообразного напряжения, а второй выход тактового генератора соединен с вторым входом передатчика.

3, Способпоп. 1, о тлич аю шийся тем, что формирование выходного сигнала измерителя осуществляют путем интегрирования напряжения, соответствующего амплитуде промежуточного сигнала.

4 ° Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что выходной блок выполнен в виде интегратора.

) 2787) 9 иг.

BHHHI1H Заказ 6828/41 . Тираж 778 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. У)кгород, ул. Проектная, 4