Устройство для измерения параметров движения объекта

 

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров движения и может быть использовано в системах наземной навигации для определения координат подвижных объектов. Целью изобретения является повьшение точности измерения. В устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее два ин формационно-измерительных канала, подключенных к входам двухканального коррелятора 20, и блок 21 определения параметров движения объекта, ввег . дены в первый информационно-измерительный канал объектив 1, преобразователь 2 оптического изображения, светофильтр 3, транспарант 4, мультипликатор 5, матрица 6 анализируюпщх оптических масок, матрица 7 канальных линз, матрица 8 канальных фотодетекторов, во второй информационно-измерительный канал блок 19 управления, двухкоординатный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь 11 оптического изображения, светофильтр 12, вращатель изобрджения 13, транспарант 14, мультипликатор 15, матрица 16 анализирующих оптических масок, матрица 17 канальных линз, матрица 18 канальных фотодетекторов, 2 з,п.ф-лы, 6 ил. О) 4 Ю Ю а:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ1НИЯ

Н д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4197059/24-10 (22) ?3.02.87 (46) 07.09.88. Бил. Р 33 (72) А.Л.Денисевич, А.А.Каликин, .В.M.Камышный, В.И.Кинщак и А.В.Нестеров (53) 531.767:621.3.083.1 (088.8) (56) Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П.

Корреляционно-экстремальные системы.

И.l Советское радио, 1974, с. 15.

Авторское свидетельство СССР

Р 40?80?, кл. 6 01 Р 3/68, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДДЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОЬЬЕКТА (57) Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров движения и может быть исполь зовано в системах наземной навигации для определения координат подвижных объектов. Цельи изобретения является повышение точности измерения. В устройство дпя измерения параметров

SU 1422160 А1 (51) 4 r, 01 Р 3/68 движения объекта, содержащее два ин формационно-измерительных канала, подклвченных к входам двухканального коррелятора 20, и блок 21 определения параметров движения объекта, вве" дены в первый информационно-измери тельный канал объектив 1, преобразователь 2 оптического изображения, све» тофильтр 3, транспарант 4, мультипликатор 5, матрица 6 анализируищих оп» тических масок, матрица 7 канальных линз, матрица 8 канальных фотодетекторов, во второй информационно-измерительный канал блок 19 управления, двухкоординатный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь 11 оптического изображения, светофильтр 12, вращатель изображения 13, транспарант

14, мультипликатор 15, матрица 16 анализируищих оптических масок, матрица 17 канальных линз, матрица 18 ка-: нальных фотодетекторов, 2 з,п.ф лы, 6 ил.

142? 160

Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения параметров движения и может быть использовано, в частности, в системах наземной навигации для определения координат

5 подвижных объектов.

Целью изобретения является павы шение точности измерения устройства.

Схема определения параметров движе 10 ния объекта содержит блок программных переключений, первый вход которого является пятым информационным входом схемы определения параметров движения объекта, первый, второй и третий выходы блока программных переключении являются первым, вторым .и третьим выходом схемы определения параметров дЭижения соответственно, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок 20 определения пути и линейной скорости, блок определения угловой скорости и триггер, четвертый вход схемы определения параметров движения связан с вторым входам блока программных переключений, с вторым входом схемы определения пути и линейной скорости, с входом установки в "0" триггера, вход установки в "1" которого связан с четвертым выходом блока программных 30 переключений, прямой выход триггера связан с первым входом элемента И,, выход генератора тактовых импульсов соецинен с вторым входом элемента И, выход которога связан с первым входом блока определения пути и линей". най скорости выход которога являет ся первым выходам устройства, инверс иый выход триггера связан с четвертым входом блока определения угловой скорости, выход которого является вторым выходом устройства, первый, второй, третий входы блока определе ния угловой скорости являются первым, вторым„ третьим входами схемы апре

Щ деления параметров движения.

Введение блока определения угловой скорости с его электрическими, связями, выполнение информационно

50 измерительных каналов иэ оптических и оптико-электронных элементов, а также наличие вращателя изображения и двухкоординатнога дефлектора во втором информационно-измерительном канале с их оптическими связями являются

55 существенными признаками, отличающими предлагаемое устройство от известного„

На фиг. 1-6 представлены блок-схемы устройства и его углов.

Устройство (фиг.l) содержит объектив 1, преобразователь 2,, светофильтр

3, транспарант 4, мультипликатор 5, матрицы анализирующих оптических масок б, канальных линз 7 и канальных фотодетекторов 8, двухкоординатный дефлектор 9, объектив 10, преобразователь 11, светофильтр 12, вращатель

13 изображения, транспарант 14, мультипликатор 15, матрицы анализирующих оптических масок 16, канальных линз

17, канальных фотодетекторов 18, блок

19 управления, коррелятор 20 и блок

21 определения параметров движения, на который поступает сигнал 22.

Коррелятор 20 (фиг.2) содержит первую ячейку электронных ключей 23, вто« рую линейку электронных ключей 24, блок 25 памяти, блок 26 вычисления корреляционной функции, схему 27 сравнения. о

Блок 21. определения параметров движения объекта (фиг.3) содержит блок

28 программных переключений, триггер

29, генератор 30 тактовых импульсов, элемент И 31, блок 32 определения пути и линейкой скорости, блок 33 опре-. деления 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 определения угловой скорости (Фиг.5) содержит элемент И-НЕ

45,, элементы И 46-48, преобразователи 49-51, аналог - код, счетчики 5254, элемент 55 задержки, блок 56 вьгчисления.

Блок 32 определения пути и линейной скорости (Фиг.б) содержит элементы 57 и 58 задержки, счетчики 59 и

60 и блок 61 деления.

Оптические входы объектива 1 и двухкоординатного дефлектора 9 являются первым и вторым входами устройства соответственно. Выходы блоков 32 и

33 являются первым и вторым выходами устройства.Двухкоординатный дефлектор 9 предназначен для сканирования визирной осью объектива 10 по двум взаимно перпендикулярным направлениям по горизонтали и вертикали.

Преобразователи 2 и ll вместе со светофильтрами 3 и l? соответственно позволяют осуществлять переход от одного диапазона световых волн к другим, например от инфракрасного к ви- димому, Вращатель 13 изображения предназначен для компенсации влияния колебаний объекта относительно поперечной оси. Блок 19 управления предназначен для управления двухкоординатным дефлектором 9 и вращателем 13 изобра- 1р жения путем подачи управляюших напряжений разной частоты на их электричес. кие входы.

Мультипликаторы 5 и 15 размножают входное изображение, создавая в вы 15 ходной плоскости N идентичных непере секающихся изображений, совпадающих с исходным с точностью до масштабного преобразования. Матрицы 6 и 16 анализирующих оптических масок, на 2р каждой из которых записана одна иэ анализирующих функций q,(õ,у), предt назначены для выполнения операций умножения на двухмерные Функции ф(х,у), 25

Коррелятор 20 предназначен для вычисления корреляционной функции иэображений с первого и второго объек тивов и выдачи сигнала совпадения на вход блока 21 определения параметров 30 движения объекта, если значение корреляционной функции равно или меньше порогового значения. Блок 21 определения параметров движения ббъекта предназначен для определения пути, линейной скорости и относительной угловой скорости движений объекта.

Устройство работает следующим об1 разом.

В момент начала Движения на инфор 4р мационный вход блока 21 определения параметров движения поступает сигнал

22 - команда на измерение скорости.

Пусть объект движется в направлении, показанном стрелкой {Фиг.1). С одно- 45 го выхода блока 28 поступает команда на включение блока 19, à с другого выхода блока 28 - команда на открытие линейки электронных ключей 23. Одновременно на следующем выходе блока .

28 появляется импульс, который переводит триггер 29 в единичное состояние. При этом импульсы с генератора

30 через элемент И 31 начинают посту» пать в блок 32 Первый по ходу движе55 ния комплект приборов используется для фиксации эталонного изображения, Ось объектива первого информационно измерительного канала положение в

142?160 пространстве не изменяет. Световой поток, промодулированний входным изображением на транспаранте 4, посч. тупает на мультипликатор 5, с выхода которого мультиплицированние изображения проектируются на матрицу б, содержащую К анализирующих оптических масок, на каждой иэ которых записана одна из анализирующих Функций.

Световое распределение на выходе каждой маски интегрируется матрицей

7 канальных линз и регистрируется матрицей 8 канальных фотодетекторов.

Зафиксированные величины с выходов матрицы 8 через открытые электронные ключи 23 поступают на и входов блока

25 памяти, с выхода которого поступают на N первых входов блока 26 вычисления корреляционной функции. Далее по командам с выходов блока 28 закрываются электронные ключи 23 н открываются электронные ключи 24.

При этом на N вторые входы коррелятора 20 с выхода матрицы 18 канальных фотодетекторов поступает проанализированное оптическими масками изображение от второго по ходу движения объектива. Визирная ось этого объектива изменяет свое положение в прост-: ранстве в двух взаимно перпендикулярных направлениях за счет работы двух» ° координатного дефлектора 9, управляемого напряжениями с первого и вто рого выходов блоков 19, причем скани .Рование визирной осью по вертикали осуществляется с частотой в несколько раз большей, чем частота сканирования визирной осью по горизонтали. Скани . рование. визирной осью объектива не обходимо в связи с тем, что объект испытывает бортовую качку и повора» чивается в соответствии с дорожными условиями, что приводит к изменению ракурса изображения. Объект также совершает колебания относительно поперечной оси, что приводит к вращ6 .нию изображения в поле апертуры объек тива, значительно ухудшающее точ ность работы устройства. Для компен сации влияния этих колебаний иэображение вращается, так как на электрический вход вращателя 13 подается управляющее напряжение с третьего выхода блока 19 управления.

Матрица 16 анализирующих оптических масок анализирует .. иэображение с второго информационно измеритель ного канала блока 26 вычисления кор

60 6 чин разложения входного изображения.

По истечении времени записи элемент

44 задержки выдает сигнал на единичный вход триггера 37, который закрывает элемент И 39, обесточивает усилитель 41 и закрывает электронные ключи 23, и прямой выход которого через усилитель 42 открывает электронные ключи 24.

В результате корреляционного сравнения сигнал со схемы 27 сравнения поступает на единичный вход триггера 35 и переводят его в единичное состояние. Сигнал с прямого выхода триггера 35 поступает на входы установки в "0" триггеров 36 и 37 и элемент 43 задержки. При этом триггер 36 переходит в нулевое состояние и снимает сигнал с единичного входа триггера 29, триггер 37 переходит в нулевое состояние и через усилитель 42 закрывает электроняые ключи 24. Элемент 43 задержки настраивается на время, достаточное для переключения триггеров

36 и 37, По истечении времени задержки элемент 43 задержки выдает сигнал на перевод триггера 35 в нулевое сос тояние и сигнал на элемент И 38, по сигналу с которого начинается новый цикл работы устройства.

Блок 33 работает следующим образом, Напряжения с первого, второго и третьего выходов блока 19 управления, пропорциональные угловым скоростям объекта по вертикальной (4fq}, продоль ной (ы } и поперечной (e>} осям, пос тупают на входы преобразователей 49-"

51 аналог, код, После преобразования импульсы, пропорциональные угловым скоростям, через открытые элементы

И 46-48 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 связан с инверсным выходом триггера 29, По сигналу с инверсного выхода триггера

29 информация из счетчиков 5?-54 пос» тупает в блок 56, который вычисляет относительную угловую скорость Ilo формуле

Сигнал с инверсного выхода триггера 29 также поступает на элемент 55 задержки, Время задержки выбирается необходимым для вычисления блоком 56

5 14221 реляционной Функции В котором проис» ходит вычисление корреляционной функции двух множеств, состоящих из М величин, полученных при спектральном

5 расположении изображений с первого и второго информационно-измерительных каналов, Вычисленное значение корреляционной функции поступает в схему

27 сравнения с пороговым значением. 10

Если вычисленное значение равно или меньше порогового значения, то во входную апертуру второго объектива попало изображение, зафиксированное в блоке 25 памяти. Со схемы 27 сравнения подается сигнал на вход установки в "0" триггера 29 и второй вход блока 32. Триггер 29 перебрасывается и прекращает поступление импульсов с генератора 30 в блок 32„ Одновремен-р0 но по сигналу с инверсного выхода триггера 29„ блок 33 фиксирует напряжение с выходов блока 19.

Количество импульсов, поступивших в блок 32, пропорционально линейной 25 скорости объекта, Зафиксированные напряжения с выходов блока 19 пропор циональны повороту объекта относительно вертикальной оси и углам наклона, объекта относительно продольной и по 0

;перечной осей. Из этой информации on ределяется относительная угловая скорость объекта, Выбирая соответ ствующие светофильт ры 3 и 12 и транспаранты 4 и 14, можно регистрировать изображения в широком диапазоне видимого и инфра

-красного спектров. Таким образом, измерительное устройство может работать при любом освещении и разных 40 метеорологических условиях.

Информационным сигналом для блока

28 программных переключений является команда 22 оператора "Пуск". По ко маиде 22 "Пуск" яа вход установки в

"1" триггера 34 подается релейньп сигнал, который переводит триггер

34 в единичное состояние и.поступает на вход элемента ИЛИ 40. Сигнал с последнего устанавливает триггер 36 в единичное состояние, сигнал с прямо го выхода которого поступает на блок

19, на вход установки в единичное состояние триггера 29 и через элемент И 39 усилитель 41 открывает электронные ключи 23. Сигнал с элемента И 39 также запускает элемент 44 задержки, который настраивается на время записи в блок 25 памяти велиФормула

7 142? 1 угловой скорости „.По истечении времени задержки сигнал с выхода элемента 55 задержки приводит в нулевое состояние счетчики 52-54 в исходное состояние

Э

5 блок 56, и блок 33 определения угловой скорости готов к новому циклу вычислений.

Блок 32 работает следующим образом. 10

С выхода элемента И 31 импульсы от генератора 30 тактовых импульсов поступают на вход записи счетчика 60, В результате корреляционного сравнения в корреляторе 20 сигнал со схемы

27 поступает на вход записи счетчика

59, в котором записывается импульс, соответствующий пройденному пути, рав. ному 1 м, так как пройденный путь S определяют как S = М " DS, где N количество импульсов; d S - шаг. В предлагаемом устройстве шаг d S выбирается из условия 45 = L = 1 м, где

L -.расстояние между объективами устройства. Сигнал со схемы 27 через 26 элемент 57 задержки, настроенный на время, необходимое для срабатывания триггера 29, поступает на входы счи1 тывания счетчиков 59 и 60. При этом с выхода счетчика 59 снимается инфор- 30 мация о пройденном пути S а с выхода счетчика 60 - информация о време ни прохождения объектом расстояния, равного S = 1 м, выражаемого через число импульсов п. Так как Т = и/f

S f и V = - = -, где Т время," f - час

n тота генератора 30, то количество им" пульсов и со счетчика 60 поступает на блок 61 деления 1 на и и на выхо- 40, 1 де блока 61 имеем информацию о линейной скорости движения объекта V. Сигнал с выхода элемента 57 задержки также поступает на элемент 58 задерж» ки, настроенный на время, необходимое для вычисления скорости V и по истечении которого сигнал с элемента

58 задержки обнуляет счетчик 60, H 3 O б P G T e H H H 50

1. Устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее . два информационно-измерительных кана» ла, подключенных к входам двухканального коррелятора и блок определения параметров движения объекта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ,повышения точности измерения устрой

60 Я ства, в него введены í первый информационно-измерительный канал последовательно установленные на одной оптической оси объектив, преобразова-, тель оптического изображения, светофильтр, транспарант, мультипликатор, матрица N анализирующих оптических масок, матрица М канальных линз, матрица N канальных фотодетекторов, выходы которых являются выходами первого информационно-измерительного какала, второй информационно-измерительный канал состоит из блока управленйя и последовательно установленных на одной оптической оси двухкоорди натного дефлектора, объектива, преобразователя оптического изображения, светофипьтра,вращателя иэображения, транспаранта, мультиплексора, матрицы N анализирующих оптических масок, матрицы N канальных линз, матрицы N канальных фотодетекторов, выходы которых являются выходами второго информационноизмерительного канала, первый и второй выходы блока управления соединены с первым и вторым входами двухкоординатного дефлектора соответственно и с первым и вторым входами блока определения параметров движения соответственно, третий выход блока управления соединен с входом вращателя изображения и с третьим входом блока определения параметров движе ния, N выходы первого информационноизмерительного канала соединены с

N первыми входами коррелятора, М вы ходы второго информационно-измеритель. ного канала соединены с М вторыми входами коррелятора, выход которого соединен с четвертым входом блока определения параметров движения, первый и второй выходы которого соедине ны с третьим и четвертым входами кор релятора, третий выход блока опреде ления параметров движения соединен с входом блока управления, пятый вход блока определения параметров двнже

:ния соединен с входом устройства, 2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что коррелятор состоит иэ блока памяти, блока вычис ления корреляционной функции, блока сравнения и двух линеек электронных ключей, N первые входы коррелятора через первую линейку электронных ключей соединены с входами блока па» мяти, выходы которого соединены с . первымн входами блока вычисления кор

14221

3, Устройство по - п.1, о т л и

Ч а ю щ е .е с я тем, что блок„определения параметров движения объекта содержит блок программных переклюЧений, первый вход которого являетСя пятым информационным входом бло ка определения параметров движения объекта, первый. второй, третий вы

Ходы блока программных переключений являются первым, вторым и третьим выходами блока определения параметров движения соответственно, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок определения пути и линейной скерости, 20

9 реляционной функции, другие входы коррелятора через линейку электронных ключей соединены с вторыми входами блока вычисления корреляционной функ5 ции, выход которого соединен с входом схемы сравнения, выход которой является выходом коррелятора, третий н четвертый входы коррелятора являются входами первой и второй линеек электронных ключей соответственно.

60 10 блок определения угловой скорости и триггер, четвертый вход блока опреде ления параметров движения соединены . с вторым входом блока программных переключений, с вторым входом блока определения пути и линейной скорости и с первым входом триггера, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока программных . переключений, прямой выход триггера соединен с первым входом элемента И, выход генератора тактовых импульсов соеди нен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом блока определения пути и линейной скорости, выход которого является первым выходом устройства, инверсный выход триггера связан с четвертым вхо дом блока определения угловой скорос ти, выход которого является вторым выходом устройства, первый, второй, третий входы блока определения угло вой скорости являются первым, вторым, третьим входами блока определения параметров движения.! 422) 60

l 4221 бО

Со ст а в и тел ь А. Ли с ицын

Редактор И.Иулла Техред А. Кравчук

Корректор А.Обручар

Заказ 4425/45 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5 лиграфическое предприятие, r. Ужгород, р л ll оектная 4

Производственно-по