Способ определения путевой скорости объекта

 

Использование: измерение скорости, Сущность изобретения:, излучают импульс длительностью Тимп, принимают отраженный импульс через время гпп, измеряютпромежутки времени между началом сканирования на прием по закону $1Р (т) и передним; ци задним п фронтами принятого отраженного импульса, через время То после излучения первого импульса, излучают повторный импульс при сканировании луча антенны по закону 1изл (принимают через время гпп отраженный импульс, измеряют промежутки времени между началом сканирования на прием по закону &p (t) и передним t2 и задним гг фронтами отраженного импульса определяют скорость по формуле, приведенной в описании изобретения. 3 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s G 01 $13/58

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.;г с)1я! к

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 с (21) 4942768/09, (22) 24.04.91 (46) 07,04,93, Бюль 13 (72) К.А.Часнык (56) Громов Г.Н. Дифференциально-геометрический метод навигации. M. Радио и связь, 1986, с.384 (прототип). .(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПУТЕВОЙ

СКОРОСТИ ОБЪЕКТА (57) Использование:: измерение скорости, Сущность изобретения:. излучают импульс длительностью г«, принимают отраженный импульс через время т д, измеряют проИзобретение относится к радиолокации и радионавигации и может быть использовано для измерения модуля полного вектора скорости объекта путевой скорости в однопунктных системах локации, использующих методы быстрого сканирования,, Известны корреляционный и доппле- .: ров1с кий способы измерения путевой скоро сти объекта. Однако., даннйе способы не позволяют измерять путевую скорость движущихся объектов по данным наземных измерений.

Известен способ определения вектора скорости движущегося объекта, заключающийся в измерении радиальных составляю- . щих скорости объекта 61, 02, Оз тремя допплеровскими измерителями, не расположенными на одной линии, измерении текущих координат объекта (x, у, z), измерении координат допплеровских измерителей (х1, у1, z1)i (х2, у2, z2) и (хз, уз, гз) и определении

„„ЯЦ„, 1807429 А1

2 межутки времени между началом сканйрования на прием по закону Я Р (t) и передним

t1 и задним r1 фронтами принятого отраженного импульса, через время То после излучения первого импульса, излучают повторный импульс при сканировании луча антенны по закону tggn (ф принимают через время тп отраженнйй импульс, измеряют промежутки времени между началом скайирования на прием по закону @p (t) и передним t2 и задним г фронтами отраженного импульса определяют скорость по формуле, приведенной в описании изобретения. 3 ил. вектора скорости на основе решения урав- Я нений

DI = Нх — + Vy — + Vy х -xi у-у z -zi

Dt DI Dl =1,3, (1) Q©

С) нФ Ф г . и-.

Однако, данный способ требует трех измерителей и. принципиально не позволяет измерять путевую скорость одним измери- тельным пунктом, использующиМ методы быстрого.сканирования.

Наиболее близким к предлагаемому яв - ляется дифференциальный допплеровский способ измерения путевой скорости (V ) объекта, заключающийся в излучении импульса длительйостью r«<, приеме отраженного импульса через время тлл после, излучения импульса,.измерении дальности (r), измерении радиальной скорости i, изме1807429

4 мерения путевой скорости, заключающемся рении скорости изменения угла (6) и формировании сигиалв, пропорционального величине путевой скорости объекта, в соответствии с выражением в излучении импульса длительностью хими и приеме отраженного импульса через время znn после излучения импульса, дополнительно .измеряют промежутки времени

Чл= У-r2+(гВ)2 (3) Однако данный способ при использова нии методов быстрого сканирования йе позволяет учитывать изменения длительности .излучаемого импульса при изменении положения (6) объекта "вследствие его тангенци.. ального движения, что снижает точность измерения путевой скорости.

Цель изобретения — повышение точности измерения путевой скорости объекта в случае использования методов быстрого сканирования.

Поставленная цель достиге(;тс(я тем, что .: в известном дифференциальном-способе ui3(имп+ пп +и тизл (л)) (1) (%юмп +tpg +t) нзл (я))сов(щ -(() }( с 0=1 1=1

Vn г то тизл

1 тизл

Йс =Ар(х(с) — Oo; k=(1,2); (4) 01 =- C/2tZèìn, !изл (О1) .+ Znn + t1). (О) 1 где с — скорость распространения сигнала;

6Π— щирина диаграммы направленности (ДН) антенны (луча антенны) в плоскости сканирования; химп — длительность импульса передатчика; . хп() — промежуток времени между . окончанием сканирования на излучение по закону тизл(6) (или 6L»(t)) и началом сканирования луча антенны на прием по закону

tnp(Q (или 6np(t), . Способ поясняется фиг.1, 2 и 3.

Сущность способа заключается в следуЮщем, Луч антенны шириной O() (s плоскости сканирования) начинает сканировать по закону тизл (t) (или t < (61) и за время длительности . импульса передатчика (z»n) поворачивается в секторе обзора,(O((, би + Ообз) с направления 6 (до направления (6)) + Озфз). Через определенный промежуток времени (znn) в . том же секторе эта же.антенна начинает

- сканировать по закону б р (t) (или tnp (6)) и эа время приема хпр (фиг.1) поворачивается с направления О)с до направления (О)) + Ос)оз) (фиг.2).-Во время сканирования луча антенйы на прием с направления 01 принимается . отраженный от объекта импульс (фиг.1, 2), длительность которого определяется как временем разворота луча антенны шириной между началом сканирования на прием: по закойу Олр(1) и передним(О) и задним(х1) фронтами принятого отраженного импуль-са, повторно излучают импульс длительно10 стью z>Mn при сканировании луча антенны по закону тизл(6), принимают отраженнйй импульс через время z«после повторного излучения импульса, измеряют промежутки времени между началом скэнйровэния на

15 прием по закону 6})p(t) и передним (t2) и задним (хг) фронтами принимаемого отраженного импульса и формируют сигнал, пропорциональный величине путевой скорости (Vn); в соответствии с выражением

30 64 относительйо этого направления О1 (законом сканирования tnp(g), так и положением объекта внутри образованного слоя

"видимости" (фиг.2). Измеряют промежутки времйни между началом скайирования на, 35 прием и момейтом появления отраженного импульса (t1).(фронта импульса) и моментом спада принимаемого импульса (z1) (фиг.1), Эти моменты времени t1 и х1 определяют направление (О1) на объект и дальность (01)

40 до объекта (фиг.1, 2)

О1-О p(z1)W, . (5) 46 Через определенное время zn после окончания сканирования луча антенны на прием луч антенны начинает снова сканировать в секторе (дн, би+ Оооз) по закону 4зл (t) (или тизл (Oj) и излУчает в пРостРанство обзоб0 ра импульс передатчика длительностью химл (фиг.1). Через время znn после окончания иэлучейия импульсов луч антенны сканирует в секторе обзора (6 (. @+ @e>) по закону

0()р (1) (или tnð (6}) ДлЯ пРиема отРаженного

55 от объекта сигнала (фиг.1). Во время сканирования (znp) на прием с направления % (из-за тангенциального Ч(движения объекта 61 Ф()2) принимается отраженный от объекта импульс (фиг.1 ; 2). Измеряют

1807429 где х (011 02 Ж1 %, Т ) = (х1 х2 хз х4 х5) (14)

То* = То — тизл(01) + Тизл(), (15)

hx=(Ьц!! =1,5)- (0i., ei, a, T,), (16) 5 = Q„() — 0,. (8) Л О! = с(ч — тизл (61))/2, = 1,2, 15

Л 6 = Оо + Рпр (ti ) — Йзр (Т! ), = 1,2, (18) A Tp = тизл(01) тизл(%) (19) (9) 20

В сравнении с прототипом (3) выражение(9) имеет все более высокую точность, абсолютная величина Ь Ч которой в сравнении с прототипом определяется выражением 25 (Приложение) 2

Л .. (10) 30

Однако, выражение (10) учитывает только принцип формирования сигнала, пропорционального путевой скорости Чп объекта, и ве учитывает различия в способах формиро- 35 вания отдельных составляющих выражений (2) и(9)(То, О, ф

Предлагаемый способ измерения путевой скорости объекта позволяет повысить . точность измерения путевой скорости в слу- 40 чае использования методов быстрого сканирования за счет учета изменения длительности излучаемого импульса т(6) при изменении направления на объект вследствие его тангенциального движения 45 (фиг.1, 2) 1 (ф Ьзл(0+ Оо) — тизл (ф (11)

В общем случае. Повышение точности измерения путевой скорости объекта(чп) в сравнении с про- 55 тотипом выражается соотношением

44 ач. ач. си

Ох — ov — ), -у-"- — "Лх Л х>, Ро

1=1!=1 . " "! (12) ", за промежутки времени между началом сканирования на прием и моментом времени появления принятого импульса (t2) и моментом спада принятого импульса (tz) (фиг.1), которые определяют координаты (® и 02) объекта в данный момент времени

02 = с/2 (тимп — тизл (02) + гпп + t2j

По измеренным значениям (т1, т1) и (tz, х2) формируют сигнал, пропорциональный величине путевой скорости объекта V, в соответствии с выражением (4).

Выражение (4) с учетом (5)-(8) может быть записано в виде

О) + 03 — 2 01 02 cos (5 — д

t (01) Ф(х() при д1 Фд . (12) Чх =

01+ D) — 2 D> ох cos (Î вЂ” le) . (13)

То 1иэл Д!1 + тизл Я, !

На фиг.3 представлена система, реализующая предлагаемый способ.

Система, реализующая способ измерения путевой скорости объекта, состоит иэ антенны 1, системы управления антенной (СУА) 2, антенного переключателя (АП)Э, передатчика 4, приемника 5, одновибрато-. ров 6 и 7, счетчика 8, синхрогенератора 9, триггеров 10 и 11, измерителей временных интервалов (ИВИ) 12 и l3, элемента задержки 14 и микропроцессора 15, причем информационный вход антенны 1 подключен к выходу АП 3, первый вход АП 3 подключен к выходу. передатчика 4, второй вход АП 3. соединен со входом приемника 5, выход приемника 5 соединен со входами одновибраторов 6 и 7, выходы однавибраторов 6 и 7 подключены ко входам установки в нулевое состояние соответственно триггеров 10 и

11, выход триггера f0 (11) соединен через

ИВИ 12 (13) с первым (вторым) входом микропроцессора 15, выход микропроцессора

15 является выходом системы (V). пусковой вход (ПУСК) системы подключен к входам установки в начальное состояние триггеров

10 и 11 и микропроцессора 15 и ко входу запуска синхрогенератора 9, выход синхрогенератора 9 подключен к синхровходам АП

3, СУА 2 и передатчика 4, ко входу установки в начальное состояние ИВИ 12.и.13 и ко входу счетчика 8, выход счетчика 8 соединен с входами установки в единичное состояние . триггеров 10 и 11 и через элемент задержки

14 к синхровходу микропроцессора 15.

Система, реализующая предлагаемый способ, работает следующим образом.

Пусковой импульс на пусковом входе стемы переводит. триггеры 10 и 11 и микпроцессор 15 в начальное состояние и пускает синхрогенератор 9. В начальном

1807429 состоянии на выходах триггеров 10 и 11 должен быть нулевой сигнал, э микропроцессор 15 в начальном состоянии подготовлен для приема первых сигналов (кодов). По первому импульсу с синхрогенерэтора 9

ИВИ 12 и l3 устанавливаются в начальное (нулевое) состояние, АП 3 подключает выход передатчика 4, который начинает генерировать импульс длительностью химп, ко входу антенны 1, а СУА 2 при этом обеспечивает сканирование луча антенны 1 за время химп в заДанном сектоРе (Й», Й» + Ообз) по законУ

Й»эл (t) (или тизл (Я), Этот же первый импульс с выхода синхрогенератора 9 поступает на вход счетчика 8. Счетчик 8 является счетчиком-делителем на 2, По окончании действия импульса передатчика 4 СУА 2 переводит луч антенны 1 в начальное направление (Ои). Через определенное время хпп после окончания действия импульса передатчика 4 синхрогенератор 9 вырабатывает второй импульс, по которому

АП 3 подключает выход антенны 1 ко входу приемника 5, а СУА 2 обеспечивает сканирование луча антенны 1 за время хпр (фиг.1)

В СЕКТОРЕ ОбЗОРа (Й», Й» + Ообз) ПО ЗаКОНУ

Й,р (t) (или tnp (6)) (фиг.2). Этот же второй импульс с выхода синхрогенератора 9 поступает на вход установки в начальное состояние ИВИ 12 и 13 и на вход счетчика 8, на выходе которого появляется импульс, . Импульс с выхода счетчика 8 подается на входы установки в единичное состояние триггеров 10 и 11. Единичный сигнал с выходов триггеров 10 и 11 поступает на входы соответственно ИВИ 12 и 13, работающие, например, по методу счетных импульсов, начинают измерения. Отраженный от цели радиоимпульс (фиг.2) принИмается антенной 1 и через АП 3 поступает на вход приемника 5; С выхода приемника 5 видеоимпульс поступает на входы одновибратороа 6 и 7, Одновибратор 7 формирует на своем выходе импульс по фронту поступающего на его вход импульса. Одноаибратор 6 формирует на своем выходе импульс по спаду поступающего на его вход импульса. Импульсы с выходов одновибраторов 6 и 7 поступают на входы установки в нулевое состояние соответственно триггеров 10 и 11. Появление нулевого сигнала на выходе триггеров

10 и 11 и соответственно на входах ИВИ 12 и 13 означает момент скончания измерения. В результате измерений на выходах

ИВИ 12 и 13 и на соответствующих входах микропроцессора 15 появятся коды соответственно t1 и х1 (фиг,1). Импульс с выхода счетчика 8 через элемент задержx2 = тизл (О1), 10 хд = (хз1, луча антенны 1 за время химп (фиг.1) в сектоРе (6I». Ои + Ообз) по законУ Й»зл (t) (или Ьзл (О)).

Этот же третий импульс с выхода синхроге30 нератора 9 поступает на вход счетчика 8 и на входы установки в начальное состояние

ИВИ 12 и 13, на выходах которых появятся нулевые коды.

По окончанию действия импульса пере35 датчика

55 ки 14 (хпр, + tn > хзлд tïð) подается на синхровход микропроцессора 15. По этому импульсу микропроцессор 15 производит вычисления в соответствии с алгоритмом, х1 = О1 = Опр (х1) Оо

ХЗ = Химп + tnn + t1 тизл (О1) т.е. формирует четыре промежуточных результата вычислений х1-хд.

После окончания сканирования на прием Й»р(хпр)= Й» + Ообэ (или тпр (Й» + Й)бз) = Хпр

СУА 2 возвращает луч антенны 1 а начальное направление Й». Через:определенный промежуток времени (хп) (фиг.1) на выходе синхрогенератора 9 появляется третий импульс . По третьему импульсу с синхрогенератора 9 АП 3 подключит вход антенны 1 к выходу передатчика 4, который начинает генерировать радиоимпульс длительностью химп. а СУА 2 обеспечивает сканирование

Оиэл (химп) = Й»+ Ообэ (или тизл(Ои+ Ообэ) = Химп)

СУА 2 переводит луч антенны 1 в начальное направление Ои. Через время хпп (фиг.1) после окончания действия импульса передатчика 4 синхрогенератор вырабатывает четвертый импульс, по которому АП 3 подключает выход антенны 1 ко входу приемника 5, а СУА 2 обеспечивает сканирование луча антенны 1 за время хпр (фиг.1) в сектоРе обзоРа (О,, Й»+ Ообэ) по законУ Й р (t) (или <пр (6)) (фиг.2). Этот же четвертый импульс поступает на вход установки в начальное состояние ИВИ 12 и 13, на вход счетчика 8, на выходе которого появится импульс. Импульс с выхода счетчика 8 подается на входы установки в единичное состояние триггеров 10 и 11 и на вход элемента задержки 14, Единичный сигнал с выходов триггеров 10 и 11 поступает на входы соответственно ИВИ 12 и 13. ИВИ 12 и 13 начинают измерения, Отраженный от цели радиоимпульс (фиг.2) принимается антен1807429 ю где

Чп =

1 01 + 02 — 2 01 02 coS (О1 — ()

1о

Х = (Х1, „,, Х5) = (D1, 02, О1, %, То )

То* = То — Ьэл (О1) + тиэл (О2), 15

Лх5 = ЛТо = тиэл (61) тиэл (О2) за счет учета неравномерности законов сканирования при излучении спиэл(6) и при приеме Опр (t), т.е. за счет учета изменения длительности излучаемого (принимаемОГО) импульса при изменении направления (6) на объект вследствие его тангенциального движения (фиг,2, 1).

Формула изобретения

Х6 Тиэл(%).

Х7 олимп+ тпп + t2 тиэл (02)i ха (х7), Чп С/2 Ха + Х4 — X3 X7 COS (x1 — x5 ) 4То

Ло5 -, -у„-"- „" Ax(Л х,, дV() дЧп х1 д Х1 (SsMn +

1,»

j=1

Ч 2 то 1иэл

1иэл где@=йю(1) -О; ! 1,. Г;

С - скорость распространения сигнала;

Ьэл(О1) и Ьэл(()2) — закон сканирования луча антенны на излучение;

Оо- ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны. ной 1 и через АП 3 поступает на вход приемника 5. С выхода приемника 5 видеоимпульс поступает на входы одновибраторов 6 и 7.

На выходе одновибратора 6 появится импульс в момент спада поступившего на его вход видеоимпульса, а на выходе одновибратора 7 появится импульс в момент нарастания фронта поступающего на его вход видеоимпульса (фиг.1). Импульсы с выходов одновибраторов 6 и 7 переведут триггеры 10 и 11 из единичного в нулевое состояние.

Момент перехода из единичного в нулевое состояние триггера 11(10) соответствует моменту окончания измерения для ИВИ 13 (12). На выходах ИВИ 12 и 13 в результате измерений появятся соответственно коды т2 и t2 (фиг.1), которые поступают на входы микропроцессора 15. Импульс с выхода элемента задержки 14 (тпр тээд < тпр+ %,) подается на синхровход микропроцессора

15, по которому микропроцессор 15 производит вычисления с учетом промежуточных результатов х1-х4 согласно алгоритма

Х5 = 02 = Й(р(Т2) — Оо, — Х2+ Х6), т.е. на выходе микропроцессора 15 будет сформирован код, соответствующий величине путевой скорости Ч объекта. На этом система (фиг.3) заканчивает работу. Для данной системы заданными (известными)

ЯВЛЯЮТСЯ ВЕЛИЧИНЫ С, Оо, Тпп, Тимп, То а Также функциональные зависимости Олр(т), ьэл(6).

Йо сравнению с прототипом предлагаемый способ измерения путевой скорости объекта Ч позволяет повысить точность определения Чп на величину

10 Л х(= Л О) = с(((— тиэл (Й))/2, (Л х)+2 = A 6+2 = Оо + 65ð (tl) — 4р (т (), I =- 1,2, Способ определения путевой скорости объекта, заключающийся в том, что излучают импульс длительностью тимп и периодом

3р повтоРениЯ То, пРинимают отРаженный импульс через время % п после излучения при сверхбыстром сканировании луча антЕННЫ В СЕКТОРЕ Оо6э. За ВРЕМЯ Тимп, 0 Т Л Ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

35 точности измерения путевой скорости, дополнительно измеряют промежутки времени между началом сканирования на прием по закону 64p(t) и передним 11 с задним t1 фронтами принятого отраженного импуль-.

40 са. через время То после излучения первого импульса излучают повторный импульс длитЕЛЬНОСтЬЮ Химп ПРИ СКаНИРОВаНИИ ЛУЧа аНтенны по закону Ьэл(6), принимают через

ВРЕМЯ Гпп ПОСЛЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОВТОРНОГО ИМ45 пульса отраженный импульс, измеряют промежутки времени между началом сканирования на прием по закону 6 (р(т) и передним t2 и задним 1 фронтами отраженного импульса. а путевую скорость чп объекта

50 определяют по формуле

1807429

1807429 э

Риг. Р . Фнг. У !

- Составитель К. Часймк

Редактор Т. Федотов,:: . - Техред М.Моргентал Корректор I Ë. Филь ,Заказ 1378::::.:: .. Тираж .: -:: . - Подписное

ВНИИЙИ Государственного комитета по изобретениям и открйтиям прй ГКЙТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

I 1