Малогабаритный радиолокатор транспортного средства

 

Предложение относится к средствам радиолокации и предназначено для установки его на транспортные средства для поддержания безопасных дистанции и скорости в транспортном потоке, предотвращения столкновений путем оповещения водителя о приближении к препятствию или подвижному объекту на пути следования. Малогабаритный радиолокатор содержит приемопередающую высокочастотную часть, генератор импульсов, предусилитель, блок полосового усиления, фильтровой анализатор спектра, генератор кода, сумматор, синтезатор гетеродинной частоты, блок звуковоспроизведения и последовательно соединенные пульт управления, вторичный источник питания и источник опорного напряжения. Отличие устройства от известных аналогов заключается в том, что в него введены режекторный фильтр, двухполярный ограничитель, формирователь синхроимпульсов, синтезатор импульсных последовательностей, последовательно соединенные интегратор, демультиплексор, блок ампитудного дискриминатора, мультиплексор, ключ, блок задержки, блок фиксации кода и синтезатор сигнала звуковых частот, подключенный к блоку звуковоспроизведения, а также последовательно соединенные селектор смены кода и расширитель импульса, подключенный к управляющему входу ключа. Технический результат заключается в повышении безопасности движения транспортного средства. 8 ил.

Предложение относится к радиолокации и может быть использовано на транспортных средствах для поддержания оптимальной дистанции и скорости, предотвращения столкновений и обеспечения безопасности дорожного движения в транспортном потоке.

Известны радиолокационные средства обнаружения потенциальноопасных препятствий на трассе, сигнализирующие водителю о них при достижении критических значений скорости сближения и дальности до препятствия, [1, с. 153, 221].

Устройство предполагает установку на лидирующем автомобиле пассивного приемоответчика, что существенно усложняет его реализацию и ограничивает сферу его применения.

Известны радиолокационные средства обеспечения безопасной дистанции между движущимися транспортными средствами [2]. Устройство содержит радиолокационную систему измерения дальности и относительной скорости, датчик собственной скорости и панель индикаторов. Безопасность обеспечивается за счет автоматического воздействия на систему торможения транспортного средства при уменьшении расстояния между ним и потенциальным препятствием до некоторой критической величины.

Однако торможение не всегда является оптимальным действием на конкретную сложившуюся дорожную ситуацию и нередко лучше, не снижая скорости, выполнить объезд (опережение) впереди идущего транспортного средства. Поэтому выключение водителя из процесса управления в такой момент не желательно. Кроме того, необходимость оборудования транспортных средств датчиками собственной скорости и автоматической системой торможения ограничивают применение таких систем, которые, к тому же, как правило, приводят к завышению величины безопасной дистанции и к снижению плотности потока при движении в колонне.

Известно радиолокационное устройство для предупреждения столкновения транспортных средств, содержащее приемопередатчик, измеритель собственной скорости, устройство обработки сигнала и процессор, который вырабатывает команду на включение тревожной сигнализации [3].

Это устройство не имеет разрешения обнаруживаемых объектов по дальности, что приводит к увеличению ложных срабатываний и уменьшению вероятности обнаружения опасных объектов на фоне других предметов, попавших в луч диаграммы направленности антенны приемопередатчика.

Наиболее близким аналогом является устройство предупреждения столкновения транспортного средства по международной заявке [4].

Устройство содержит последовательно соединенные генератор модулирующей частоты, модулятор, генератор СВЧ, направленный ответвитель, один вход которого через вентиль соединен с передающей антенной, смеситель, второй вход которого через вентиль соединен с приемной антенной, предварительный усилитель, полосовой фильтр, регулятор усиления, коммутатор, усилитель промежуточной частоты, второй смеситель, узкополосный фильтр, детектор, усилитель, первое устройство выборки и хранения, первый фильтр низких частот, фазовый компаратор, запоминающее устройство, измеритель скорости сближения, формирователь поясов, регистр, двоичный сумматор, цифроаналоговый преобразователь, управляемый источник напряжения, перестраиваемый генератор, выход которого соединен с гетеродинным входом второго смесителя. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные генератор опорного напряжения, инвертор, второй формирователь импульсов, второе устройство выборки и хранения, второй фильтр нижних частот, регулируемый повторитель, выход которого соединен с вторым входом фазового компаратора. К второму выходу измерителя скорости сближения подключен измеритель тормозного пути, на второй вход которого поступает информация с датчика скорости движения. Источник светового сигнала и источник звукового сигнала соединены с выходом измерителя тормозного пути. Устройство содержит также первый формирователь импульсов, формирователь стробирующих импульсов, цифровое пороговое устройство. При этом блоки модулятора, генератора СВЧ, направленного ответвителя, вентили, антенны и смеситель образуют приемо-передающую часть. Полосовой фильтр, регулятор усиления и коммутатор предназначены для полосового усиления обрабатываемого сигнала. Блоки второго смесителя, узкополосного фильтра, детектора и усилителя выполняют функцию анализатора спектра сигнала фильтровым способом с гетеродинным преобразованием частоты [5, с. 76-77, рис. 5-74].

При этом блоки цифроаналогового преобразователя, управляемого источника напряжения и перестраиваемый генератор выполняют функцию синтеза гетеродинной частоты описанного анализатора спектра. Управляющий сигнал в виде цифрового кода вырабатывает формирователь поясов и регистр. Можно предположить, что включение системы сделано с пульта управления, а необходимые питающие напряжения формируются вторичным источником питания.

Данное устройство формирует зондирующий частотно-модулированный сигнал, принимает сигнал, отраженный от объекта в зоне обнаружения, выполняет анализ спектра принятого сигнала фильтровым способом с гетеродинным преобразованием частоты, фазовое компарирование сигналов различных спектральных составляющих, измерение собственной скорости и тормозного пути, вырабатывает сигнал о возможности столкновения при уменьшении текущего расстояния до величины тормозного пути.

Недостатки данного устройства: ограничение по чувствительности из-за малого времени последетекторного усреднения сигнала устройствами выборки и хранения; ограничение допустимого динамического диапазона входных сигналов из-за влияния паразитной амплитудной модуляции СВЧ передатчика, попадающей в тракт фильтрового анализатора спектра через гетеродинный тракт высокочастотной части радиолокатора; ограничение допустимого динамического диапазона входных сигналов, определяемое характеристиками узкополосного фильтра (не более 60 дБ), для увеличения динамического диапазона в прототипе применен регулятор усиления для ближних дальностей. Однако одновременно с полезным действием эта схема подавляет сигнал в ближней зоне, что и ограничивает чувствительность устройства в этой зоне, т.е. подавляя сигнал для обеспечения динамического диапазона по максимально возможной величине сигналов, отраженных от крупногабаритных объектов (грузовиков, автопоездов и т.п.), одновременно подавляется до уровня шумов сигнал от малоразмерных объектов (мотоциклов, легковых автомобилей и т. п. ), в результате не исключаются ложные срабатывания схемы от крупногабаритных объектов и пропуски сигналов от малоразмерных объектов; ограничение применения из-за необходимости измерения собственной скорости автомобиля, информация о которой непосредственно, без учета реального тормозного пути и времени реакции водителя, не определяет безопасность движения.

Если за признак безопасности принять равенство нулю относительной скорости Vотн объектов, то безопасная дистанция D может определяться формулой D = const + Vотн. · Vотн./2а где a - ускорение торможения транспорта на трассе (1 - 6 м/с·с); const - постоянная, характеризующая расстояние, которое определяется временем реакции водителя на сигнал опасности до момента нажатия тормозной педали (≈ 4 - 16 м).

Для случая наезда на неподвижное препятствие относительная скорость, измеряемая радиолокатором, равна собственной скорости транспортного средства, что исключает необходимость отдельного прибора измерения собственной скорости в этом режиме обнаружения препятствия. При движении в составе колонны транспортных средств целесообразно перейти на режим поддержания фиксированной дистанции. Это вызвано тем, что очень много факторов обуславливают безопасную дистанцию, поэтому решение о выборе величины дистанции должен принять сам водитель.

Другим недостатком известного устройства является отсутствие в сигнале оповещения водителя об опасности столкновения информации о текущем расстоянии до объекта. Сигнал оповещения в этом устройстве несет информацию об уменьшении расстояния между транспортными средствами до величины, сопоставимой с величиной тормозного пути. Это приводит к ограничению применения данного устройства при движении в колонне транспортных средств, когда неизвестна величина коэффициента сцепления шин с дорожным покрытием, а требуется соблюдать интервал, определенный приказом по колонне. В этом случае у водителя резко ограничивается возможность маневра, диктуемого условиями трассы и практическим опытом самого водителя, что связано с дополнительными нервными перегрузками и, соответственно, с нервозными действиями водителя в процессе торможения.

Кроме того, сигнал оповещения формируется только по приближающимся препятствиям. Данное обстоятельство не позволяет использовать устройство-прототип для работы в режиме поддержания заданной дистанции, когда требуется оповестить водителя не только о приближении к препятствию, но и об отставании от лидера.

Для устранения указанных недостатков прототипа и повышения достоверности работы в устройствах малогабаритного радиолокатора, содержащего последовательно соединенные приемопередающую высокочастотную часть, управляющий вход которой соединен с выходом генератора импульсов, и предварительный усилитель, а также блок полосового усиления, фильтровой анализатор спектра, блок звуковоспроизведения, последовательно соединенные генератор кода, сумматор и синтезатор гетеродинной частоты, выход которого соединен с гетеродинным входом фильтрового анализатора спектра, последовательно соединенные пульт управления, вторичный источник питания и источник опорного напряжения, введены двухполярный ограничитель, режекторный фильтр, последовательно соединенные интегратор, демультиплексор, блок амплитудного дискриминатора, мультиплексор, ключ, блок задержки, блок фиксации кода, синтезатор сигнала звуковых частот, а также последовательно соединенные синтезатор импульсных последовательностей и формирователь синхроимпульсов, последовательно соединенные селектор смены кода и расширитель импульса, выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход ключа соединен также с вторым входом блока фиксации кода, при этом логические входы разрядов блока фиксации кода соединены с логическими выходами разрядов сумматора, первый выход синтезатора импульсных последовательностей соединен с вторым входом генератора кода и с логическим входом разряда второго числа сумматора, выход источника опорного напряжения соединен с опорным входом блока амплитудного дискриминатора, первый и второй выходы формирователя синхроимпульсов соединены с первым и вторым управляющими входами демультиплексора и мультиплексора, логические входы разрядов селектора смены кода соединены с логическими выходами разрядов генератора кода, последовательно соединены синтезатор импульсных последовательностей, синтезатор сигнала звуковых частот и блок звуковоспроизведения, последовательно соединены предварительный усилитель, режекторный фильтр, блок полосового усиления, двухполярный ограничитель, фильтровой анализатор спектра и интегратор.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - эпюры сигналов, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - пример реализации алгоритма работы генератора кода; на фиг. 5 - схема реализации блока полосового усилителя со звуковоспроизводящим устройством; на фиг. 6 - функциональная схема фильтрового анализатора спектра; на фиг. 7 - синтезатор гетеродинной частоты; на фиг. 8 - блок амплитудного дискриминатора.

Устройство радиолокатора содержит последовательно соединенные приемопередающую высокочастотную часть 1(ППВЧ), управляющий вход которой соединен с выходом генератора импульсов 2(ГИ), предварительный усилитель 3(ПУ), режекторный фильтр 4(РФ), блок полосового усиления 5(БПУ), двухполярный ограничитель 6(ДО), фильтровой анализатор спектра 7(ФАС), интегратор 8(И), демультиплексор 9(ДМ), блок амплитудного дискриминатора 10(БАД), мультиплексор 11(М), ключ 12(К), блок задержки 13(БЗ), блок фиксации кода 14(БФК), синтезатор сигнала звуковых частот 15(ССЗЧ), блок звуковоспроизведения 16(Б3). Устройство содержит также последовательно соединенные генератор кода 17(ГК), сумматор 18(С), синтезатор гетеродинной частоты 19(СГЧ), последовательно соединенные селектор смены кода 20(ССК) и расширитель импульса 21(РИ). Управление устройством осуществляют последовательно соединенные блоки пульта управления 22(БПУ), вторичного источника питания 23(ВИП) и источника опорного напряжения 24(ИОН), последовательно соединенные синтезатор импульсных последовательностей 25(СИП) и формирователь синхроимпульсов 28(ФСИ). Выход источника опорных напряжений 24 соединен с опорным входом блока амплитудного дискриминатора 10. Выход синтезатора гетеродинной частоты 19 соединен с гетеродинным входом фильтрового анализатора спектра 7. Выход расширителя импульса 21 соединен с управляющим входом ключа 12. Выход ключа 12 соединен с входом блока задержки 13 и вторым входом блока фиксации кода 14. Логические выходы разрядов сумматора 18 соединены с логическими входами блока фиксации кода 14 и логическими входами синтезатора гетеродинной частоты 19. Логические выходы разрядов блока фиксации кода 14 соединены с управляющими входами синтезатора сигнала звуковых частот 15. Логические выходы разрядов генератора кода 17 соединены с логическими входами разрядов первого числа сумматора 18 и логическими входами разрядов селектора смены кода 20. Логический вход второго разряда второго числа сумматора 18 соединен с первым выходом синтезатора импульсных последовательностей 25. На остальные логические входы разрядов второго числа сумматора 18 подан уровень логического нуля. Первый выход синтезатора импульсных последовательностей 25 соединен также с управляющим входом генератора кода 17 и первым входом формирователя синхроимпульсов 26, второй вход которого соединен с вторым выходом синтезатора импульсных последовательностей 25. Остальные выходы синтезатора 25 соединены с входами синтезатора звуковых частот 15. Первый выход формирователя синхроимпульсов 26 соединен с первым управляющим входом демультиплексора 9 и первым управляющим входом мультиплексора 11. Второй выход формирователя синхроимпульсов 26 соединен с вторым управляющим входом демультиплексора 9 и вторым управляющим входом мультиплексора 11. Блок амплитудного дискриминатора 10 выполнен двухканальным, поэтому демультиплексор 9 разделяет сигнал с выхода интегратора 8 на два входа блока амплитудного дискриминатора 10, подключение двух выходов которого к входу ключа 12 осуществляет мультиплексор 11.

Работа устройства заключается в следующем.

Водитель транспортного средства с помощью пульта управления 22 подключает вторичный источник 23 к бортовой сети транспортного средства.

Генератор импульсов 2 формирует (эпюра А1 фиг. 2) непрерывную последовательность импульсов треугольной формы, которые управляют режимом частотной модуляции излучения приемопередающей высокочастотной части 1, аналогично [6] .

Отраженный от препятствия сигнал принимается блоком 1 и преобразовывается в сигнал биений низкой частоты. Сигнал биений на выходе приемопередающей высокочастотной части 1 содержит также и сигнал паразитной амплитудной модуляции в виде импульсов треугольной формы. Величина амплитуды этого паразитного сигнала, как правило, сопоставима с амплитудой сигнала, соответствующего отражению от грузового автомобиля. Поэтому после широкополосного усиления в блоке предварительного усиления 3 (А2 фиг. 2) выполняется подавление первой гармоники частоты следования импульсов генератора 2 (А3 фиг. 2).

В блоке полосового усиления 5 формируется требуемый вид амплитудно-частотной характеристики устройства, для чего осуществляется подавление следующих за первой гармоник частоты следования импульсов, низкочастотных допплеровских частот и низкочастотных сигналов биений, обусловленных отражениями от ближайшей подстилающей поверхности; подавление высокочастотных сигналов биений, обусловленных отражениями от крупных удаленных объектов, расстояние до которых больше, чем заданный рабочий диапазон дальностей (5 - 150 м), что в конкретном примере реализации устройства соответствует участку частот 5...150 кГц (А5 фиг. 2). Так как динамический диапазон сигналов от препятствий более 60 дБ, после полосового усиления выполняется в блоке 6 ограничение максимального значения амплитуды сигнала (А4 фиг. 2).

Уровень ограничения выбран таким образом, чтобы фильтровой анализатор спектра 7 работал без насыщения во всем диапазоне амплитуд сигналов на выходе блока 6.

В фильтровом анализаторе спектра 7 выполняются следующие операции:
аналоговое умножение анализируемого сигнала и сигнала гетеродинной частоты;
узкополосная фильтрация сигнала промежуточной частоты;
усиление отфильтрованного сигнала;
детектирование сигнала промежуточной частоты.

Управление работой анализатора спектра 7 выполняется путем циклического изменения значения гетеродинной частоты на выходе синтезатора гетеродинной частоты 19. Работа фильтрового анализатора спектра 7 поясняется графиком А6 на фиг. 2, где - fо. ..fn+2 - центральные частоты дискретных интервалов анализируемого участка спектра; fпч - центральная частота полосы пропускания фильтра 40 (пунктиром показана полоса пропускания фильтра 40); fгN = fN + fпч дискретная гетеродинная частота, соответствующая N-му дискретному интервалу анализируемого участка спектра; fвип - частота генерации задающего генератора вторичного источника питания.

Формирование кода, управляющего синтезатором гетеродинной частоты 19, выполняется следующим образом.

Генератор кода 17 осуществляет циклическую генерацию четырехразрядных кодов центральных частот дискретных интервалов анализируемого участка спектра. Значения этих кодов изменяются в интервале от 0 до N. Смена кода на выходе генератора кода 17 осуществляется через каждые три периода управляющей последовательности импульсов на первом выходе синтезатора импульсных последовательностей 25 (а1 фиг. 3), подаваемой на управляющий вход генератора 17.

Работа генератора кода 17 поясняется графиками а6 и а7 фиг. 3, где изображены эпюры напряжений на первом и втором выходах блока 17 при генерации кода N = 1 в течение трех периодов а1 и смене этого кода на N=2. Остальные разряды блока 17 при этом имеют уровень логического нуля.

Алгоритм работы генератора кода 17 изображен на фиг. 4.

После генерации начального кода N=No анализируется выполнение условия t > 3T, где t - длительность времени присутствия кода N=No на выходе генератора кода 17; T - период управляющей последовательности импульсов.

Если условие не выполняется, генерируется код N=No.

Если условие выполнилось, происходит смена кода на значение N=N+1. После анализа выполнения условия N=Nmax анализируется выполнение условия t > 3T. Так происходит до тех пор, пока не выполнится условие N=Nmax. После этого выполняется смена кода на минимальное значение No. С разрядных выходов генератора кода 17 информация поступает на разрядные входы первого числа сумматора 18. На второй разряд второго сумматора 18 подана управляющая последовательность импульсов с первого выхода блока 25. Другие разряды второго числа сумматора 18 имеют уровень логического нуля. На выходе сумматора формируется код М.

M=N, если на первом выходе синтезатора импульсных последовательностей 25 присутствует уровень логического нуля;
M= N + 2, если на первом выходе синтезатора импульсных последовательностей 25 присутствует уровень логической единицы.

Работа сумматора 18 поясняется на эпюрах а8, а9, а10 фиг. 3, где изображены, соответственно, сигналы с выходов третьего, второго и первого разрядов сумматора. Четвертый разряд при этом имеет уровень логического нуля. Синтезатор гетеродинной частоты 19 в соответствии с входным кодом формирует соответствующую гетеродинную частоту. Следовательно, анализ спектра сигнала выполняется последовательно, причем периодически выполняется анализ участка спектра с кодом N и участка спектра с кодом N+2. Период анализа этих участков равен периоду последовательности импульсов на первом выходе синтезатора 25. Длительность существования этой пары кодов равна трем периодам указанной последовательности, после чего осуществляется анализ участков спектров, соответствующих следующей паре кодов.

Продетектированный сигнал с выхода фильтрового анализатора спектра поступает в блок интегратора 8. В этом блоке 8 выполняется формирование огибающей сигнала анализируемой спектральной составляющей отраженного от объекта сигнала. Так как фильтровой анализатор спектра 7 выполняет операции анализа спектра последовательно, огибающая сигнала на интеграторе 8 имеет вид последовательности импульсов, форма которых зависит от постоянной времени интегратора. Если постоянная времени много меньше времени анализа текущей области спектра, то форма импульса приближается к прямоугольнику (а5 фиг. 3).

Если интегратор имеет постоянную времени, сопоставимую с временем анализа текущей области спектра, то интегратор должен быть выполнен с принудительным обнулением, т. е. сбрасываемым. В этом случае управление работой интегратора осуществляется с третьего выхода формирователя синхроимпульса 26. Так как эта связь не является обязательной, она не показана на фиг. 1.

Преобразование последовательного сигнала на выходе интегратора 8 в два параллельных сигнала на входе блока амплитудного дискриминатора 10 выполняется демультиплексором 9 в соответствии с управляющими сигналами на первом и втором выходах формирователя синхроимпульса 26 (а2, а3 фиг. 3. На первый выход демультиплексора 9 сигнал поступает в течение второй четверти периода последовательности импульсов с первого выхода синтезатора импульсных последовательностей 25. На второй выход демультиплексора 9 сигнал поступает в течение четвертой четверти периода последовательности импульсов с первого выхода синтезатора импульсных последовательностей 25. В перерывах поступления сигнала демультиплексор 9 разрывает цепь между входом и выходом (разомкнутый ключ). В блоке амплитудного дискриминатора 10 выполняются следующие операции:
накопление информации с выходов демультиплексора 9;
относительное сравнение накопленных сигналов;
сравнение относительной разности накопленных сигналов с уровнем опорного напряжения, формируемого на выходе источника 24, эпюры напряжений на выходах блока 10 показаны (а13 и а14 на фиг. 3).

Преобразование двух параллельных сигналов на выходе блока амплитудного дискриминатора 10 в один последовательный сигнал осуществляется в мультиплексоре 11 по командам с формирователя синхроимпульсов 26. Так как принцип работы устройства - последовательный анализ спектра, то после смены кода на выходе генератора кода 17 в первый период последовательности импульсов на первом выходе синтезатора импульсных последовательностей 25 на выходе мультиплексора 11 формируется ложный сигнал обнаружения. Для исключения дальнейшего прохождения этого ложного сигнала служат блоки: селектор смены кода 20, расширитель импульса 21 и ключ 12. После смены кода на выходе генератора кода 17, на выходе селектора смены кода 20 формируется короткий импульс, а4 фиг. 3, который расширяется до длительности, равной трем четвертям периода последовательности импульсов с первого выхода синтезатора импульсных последовательностей 25, а15 фиг. 3. На время действия этого импульса ключ 12 прерывает прохождение логического сигнала с выхода мультиплексора 11. Если прохождение сигнала разрешено, то сигнал обнаружения, а16 фиг. 3, запускает блок задержки 13 и блок фиксации кода 14 в режим записи текущего кода с выхода сумматора 18. Если следующий сигнал обнаружения не будет сформирован в течение последующих 0,2 - 0,5 с, то на выходе блока задержки сформируется импульс стирания информации в блоке фиксации кода 14. После стирания информации на выходе блока 14 устанавливается максимальное значение кода. В соответствии с кодом, сформированным на выходе блока фиксации кода 14, синтезатор сигнала звуковых частот 15 формирует из импульсных последовательностей, поступающих с выхода синтезатора импульсных последовательностей 25, комбинацию сигнала звуковых частот. Каждому возможному коду соответствует свой сигнал звуковых частот. Этот сигнал поступает на вход блока звуковоспроизведения 16. Акустический сигнал блока звуковоспроизведения анализируется водителем транспортного средства. При этом разрешенным интервалом движения в колонне транспортных средств может соответствовать режим отсутствия сигнала звука. Если расстояние до объекта больше допустимого, блок звуковоспроизведения 16 формирует сигнал высокой частоты. Если же это расстояние меньше допустимого - формируется звуковой сигнал низкой частоты.

Малогабаритный радиолокатор конструктивно реализован в виде соединенных кабелями трех блоков: приемопередающее устройство, блок обработки и блок индикации. В приемопередающее устройство входят приемопередающая высокочастотная часть 1, генератор импульсов 2, предварительный усилитель 3, режекторный фильтр 4, блок полосового усиления 5.

В блок индикации объединены элементы пульта управления 17 и акустическая система 36.

В блок обработки объединены остальные схемные блоки, которые размещены на двух платах. Подвод питания к радиолокатору осуществляется через разъемы блока обработки.

Предусмотрена возможность подключения радиолокатора к розетке переносной лампы в кабине транспортного средства. По желанию водителя управление подключением питания к радиолокатору может осуществляться через контакты замка зажигания, для чего на входе вторичного источника питания 23 установлено реле, управляемое после включения пульта управления напряжением на контактах замка зажигания транспортного средства.

Все силовые элементы блока питания 23 закреплены на теплоотводе, которым является днище корпуса блока обработки. Частота задающего генератора блока питания 23 выбрана исходя из условия обеспечения минимального паразитного сигнала на выходе фильтрового анализатора спектра 7 (А6 фиг. 2).

Приемопередающая часть 1 выполнена в полном соответствии с устройством по известному патенту РФ [6] . Оно содержит приемную антенну, передающую антенну, вентили, волноводные элементы, управляемый генератор Ганна, балансный смеситель, делитель мощности. Генератор импульсов 2 предназначен для получения последовательности треугольных импульсов. Схема этого генератора аналогична схеме генератора, описанного на с. 263-264 рис. 11.11 [7].

Предварительный усилитель 3 выполнен широкополосным. Схема его аналогична общеизвестным, например, по схеме рис. 4.31 (с. 116-117), см. [7].

Режекторный фильтр 4 выполнен по схеме фильтра с мостом Вина, см. например, рис. 5.29, с. 167 [7].

Блок полосового усилителя 5 может быть выполнен в виде цепочки общеизвестных фильтров ФВЧ и ФНЧ, см. [8] и [9]. В реализованном варианте устройства блок полосового усиления выполнен по схеме, изображенной на фиг. 5. Он содержит последовательно соединенные фильтр верхних частот 27(ФВЧ), усилитель 28(УС), буферный элемент 29(БЭ), выход которого соединен с входом ограничителя 6 максимального значения амплитуды.

Так как в спектре сигнала до частот примерно 35 кГц может быть только сигнал от опасного объекта, дискретный анализ спектра целесообразно начинать после этой частоты. При анализе спектра сигнала до частоты 35 кГц решение о наличии сигнала от объекта в этом участке спектра принимается при обнаружении любой из частот от 5 до 35 кГц. Управление звуковоспроизводящим устройством 16 при наличии сигнала с частотой менее 35 кГц осуществляется путем дополнительной модуляции выходного сигнала синтезатора сигнала звуковой частоты 15.

По описанным причинам можно в блоке полосового усилителя 5 снять сигнал с выхода фильтра высокой частоты 27, усилить в усилителе низких частот 30(УНЧ) и подать на вход введенных в устройство радиолокатора последовательно соединенных формирователя импульсов 31(ФИ), частотного дискриминатора 22(ЧД), управляемого генератора 33(УГ). При этом звуковоспроизводящее устройство 16 можно выполнить в виде последовательно соединенных модулятора 34(М), усилителя 35(У), акустической системы 36(АС).

Работа этого участка схемы заключается в следующем.

Низкочастотные составляющие сигнала с выхода фильтра 27 усиливаются усилителем 30. Формирователь импульсов 31 может быть выполнен на триггере Шмитта, рис. 13. 11 с. 302 [7]. Он преобразует синусоидальный выходной сигнал в прямоугольный. В реализованном варианте формирователь импульса 31 собран на компараторе(КП) 37 (521 САЗ), на второй вход которого подано опорное напряжение с источника 38(ИОН). Частотный дискриминатор 32 определяет наличие частоты в участке спектра от 5 до 35 кГц. Если такая частота присутствует в анализируемом сигнале, запускается управляемый генератор 33, который формирует последовательность импульсов, модулирующих в модуляторе 34 сигнал, поступающий с выхода синтезатора сигнала звуковых частот 15. Так как обнаруженное препятствие вероятнее всего экранирует более удаленные объекты, акустическая система будет озвучивать модулированный управляемым генератором 33 сигнал, соответствующий максимальной величине кода с выхода сумматора 18.

Блок частотного дискриминатора 32 может быть построен в виде полосового фильтра с частотой среза 36 кГц., см.5.24 с. 165 [7].

Управляемый генератор 33 является запускаемым с блока 32 и может быть построен аналогично описанному на с. 268 рис. 11.20 [7].

Блоки 32 и 33 могут быть выполнены программно на микроконтроллере генератора кода 17.

Модулятор 34 может быть выполнен на логической схеме 2И-НЕ или по схеме рис. 7.17 с. 195 [7].

Усилитель 35 выполнен по схеме транзисторного усилителя напряжения, в цепи коллектора которого включен высокоомный динамик, являющийся источником звука акустической системы 36.

Двухполярный ограничитель 6 ограничивает максимальное значение амплитуды сигнала по двум уровням и выполнен по схеме аналогично рис. 13.1 с. 297 или рис. 13.16 с. 305 [7].

Фильтровый анализатор спектра 7 выполнен аналогично описанному на с. 76-77, рис. 5-74 [5]. Функциональная схема фильтрового анализатора спектра изображена на фиг. 6. Она содержит последовательно соединенные аналоговый перемножитель 39(АП), узкополосный фильтр 40(УФ), усилитель 41(У), детектор 42(Д), дифференциальный усилитель 43(ДУ), выход которого соединен с входом интегратора 8.

Аналоговый перемножитель 39 выполнен на микросхеме К525ПС2 см. с. 321-322, рис. 6.42а [10].

В качестве узкополосного фильтра 40 применен серийно выпускаемый электромеханический фильтр ФЭМ4-39-340.

Усилитель 41 выполнен широкополосным на дифференциальном усилителе 140 УД26.

Блоки детектора 42 и дифференциальный усилитель 43 выполнены по схеме двухполупериодного детектора, изображенного на рис. 8.6, с. 205 [7]. При этом выходной блок 43 выполнен с единичным усилением.

Синтезатор гетеродинной частоты 19 выполнен в виде последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя 44(ЦАП), масштабного усилителя 45(МУ), фильтра нижних частот 46(ФНЧ), управляемого генератора 47(УГ), при этом на опорный выход подано напряжение с третьего источника опорного напряжения 48(ИОН), а на третий вход блока 44 подано напряжение с выхода масштабного усилителя 45. Блоки 44, 45 и 48 собраны и включены по типовой схеме включения микросхемы 572ПА1, см. рис. 6. 82 с. 355 [10].

Фильтр нижних частот 46 собран по схеме пассивного RC- фильтра. Управляемый генератор 47 собран по схеме генератора, управляемого напряжением из состава микросхемы К564ГГ1. Включение этого генератора - по схеме рис. 2.73 с. 279 [11].

Интегратор 8 может быть выполнен в виде пассивного RС фильтра или по схеме сбрасываемого интегратора, см. рис. 15.41 с. 349, [7], с управлением от блока формирователя синхроимпульсов 26.

Демультиплексор 9 реализован на двух управляемых ключах 564КТЗ. Блок амплитудного дискриминатора 10 является двухканальным и собран на двух компараторах 521САЗ, см. фиг. 8. При этом входной сигнал по каждому входу поступает на входной интегратор(И) 49 или 50, имеющий в своем составе повторитель напряжения (см. , например, рис. 15.44 с. 350 [7]) и далее через сопротивление R на один из входов соответствующего компаратора(КМ) 51 или 52. На опорный вход обоих компараторов подается через сопротивление 10R напряжение с выхода источника опорного напряжения 24 и через сопротивление R информационный сигнал с выхода интегратора соседнего канала. Эпюры напряжений на выходах блоков 49 и 50 показаны на рис. а11 и а12 фиг.3. Следовательно, если сигнал одного из входов блока 10 больше сигнала второго входа на величину напряжения с выхода источника опорного напряжения 24, блок амплитудного дискриминатора 10 сформирует на соответствующем выходе уровень логической единицы.

Если интеграторы 49, 50 являются сбрасываемыми, см., например, рис. 15,41 с. 349 [7], то сигнал управления сбросом интеграторов 8 и 9 снимается с выхода блока 20.

Мультиплексор 11 может быть построен по известной схеме, например 564КП1. В реализованном устройстве мультиплексор собран на элементах 2И-НЕ аналогично схеме, изображенной на рис. 13.33, с. 313 [7]. Отличие состоит в том, что на второй и пятый входы ДД1.1 и ДД1.2 [7] поданы соответствующие синхроимпульсы с блока формирователя синхроимпульсов 26, а на выход включен инвертор на элементе НЕ.

Ключ 12 собран на элементе ИЛИ-НЕ. Блок задержки 13 может быть реализован на схеме задержки, аналогичной схеме, см. рис. 12.8 с.275, [7] или на основе двоичного счетчика с дешифратором на выходе.

Блок фиксации кода 14 собран на регистре 564ИР9. Синтезатор сигнала звуковых частот 15 может быть собран на основе мультиплексора 546КП2 или на комбинации 564КП1 и элементов 2И-НЕ.

Блок звуковоспроизведения 16 описан ранее. Сумматор 18 выполнен по схеме полного сумматора 564ИМ1, на входы разрядов первого числа которого подан код с выходов генератора кода 17, а на разряд 2 второго числа подан сигнал с выхода синтезатора импульсных последовательностей 25. Остальные разряды второго числа имеют нулевой уровень.

Селектор длительности кода 20 реализован на цифровом компараторе 564ИП2, на входы первого числа которого подаются коды с выхода генератора 17, а на входы второго числа - те же коды, задержанные по времени. Это позволяет определить момент смены кода путем сравнения текущего и задержанного кодов на входы компаратора 564ИП2.

Расширитель импульса 21 может быть реализован аналогично схеме рис. 12.7 с. 275 [7].

Синтезатор импульсной последовательности 25 выполнен на последовательно соединенных кварцевом генераторе и двух счетчиках 564ИЕ10.

Формирователь синхроимпульсов 26 выполнен двухканальным. Первый канал основан на формировании логической функции 2И-НЕ из входных сигналов, а второй канал функции ИЛИ-НЕ. Блок 26 собран на элементах 564ЛА7 и 564ЛЕ5. Если интегратор 8 выполнен сбрасываемым, то сигнал управления этим интегратором 8 может быть сформирован на третьем выходе блока 26 путем дифференцирования инвертированного сигнала второго входа формирователя 26.

Генератор кода 17 выполнен на микроконтроллере типа К1816БЕ39 и подключенным к нему регистре и постоянном запоминающем устройстве.

Структура генератора кода 17 аналогична изображенной на рис. 2.13 с. 47 [12].

Алгоритм работы изображен на фиг. 4 и описан ранее.

Источник опорного напряжения 24 может быть выполнен на резистивном делителе стабилизированного напряжения с выхода вторичного источника питания 23. В реализованном устройстве опорное напряжение изменяется в зависимости от кода с выхода сумматора 18, а резистивный делитель включает в себя мультиплексор 564КП2, подключающий резистор соответствующего номинала к второму резистору делителя.

Следовательно, все блоки заявляемого устройства могут быть реализованы на серийных радиоэлементах по известным типовым схемам. Совокупность этих известных блоков позволяет устранить недостатки прототипа и создать устройство, предупреждающее водителя об изменении дистанции звуковым сигналом переменной тональности. При этом осуществляется непрерывный циклический анализ спектра с запоминанием номера кода участка спектра, в котором выявлен сигнал от опасного объекта. Звуковой сигнал, соответствующий запомненному значению кода, формируется в течение 0,2 - 0,5 с после момента запоминания номера кода.

Заявляемое устройство было собрано в составе макета системы предупреждения столкновения "Радар" разработки КБ машиностроения г. Коломна. Испытание устройства на трассе в составе автомобиля ВАЗ 2105 дало положительные результаты.

Заявляемое устройство может быть применено в системах обеспечения безопасности движения в транспортной колонне, в системах поддержания заданной скорости и дистанции для сигнализации о приближении на минимально допустимую безопасную дистанцию и регулировки скорости в зависимости от этой дистанции.

Источники информации.

1. О. И. Шелухин, Радиосистемы ближнего действия. М., Радио и связь, 1989г.

2. Патент США N 3898652, кл. 180-98.

3. Патент США N 4916450.

4. Заявка PCT/RU 94/00019.

5. "Справочник по радиоэлектронным устройствам" под ред. Д.П. Линде, т. 2, М., "Энергия", 1978г.

6. Патент РФ N 2079149.

7. Б. И. Горошков, Радиоэлектронные устройства, М., "Радио и связь", 1985г.

8. П. Вихров, "Радио", N 2/1990, Активный RC-фильтр нижних частот.

9. П. Вихров, "Радио", N 11/1991, Активный RC-фильтр верхних частот.

10. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1984.

11 В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1987.

12. В. Сташин, Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.: Энергоиздат, 1990г.

13. Авторское свидетельство N 794574, кл. G 01 S 15/08, B 60 K 31/00, СССР.

14. Авторское свидетельство N 794575.

Формула изобретения

Малогабаритный радиолокатор транспортного средства, содержащий блок звуковоспроизведения, блок полосового усиления, фильтровой анализатор спектра, последовательно соединенные генератор импульсов, приемопередающая высокочастотная часть и предварительный усилитель, а также последовательно соединенные генератор кода, сумматор и синтезатор гетеродинной частоты, выход которого соединен с гетеродинным входом фильтрового анализатора спектра, последовательно соединенные пульт управления, вторичный источник питания и источник опорного напряжения, отличающийся тем, что в него введены включенный между входом блока полосового усиления и выходом предварительного усилителя режекторный фильтр, включенный между входом фильтрового анализатора спектра и выходом блока полосового усиления двуполярный ограничитель, последовательно соединенные интегратор, демультиплексор, блок амплитудного дискриминатора, мультиплексор, ключ, блок задержки, блок фиксации кода и синтезатор сигнала звуковых частот, выход которого является входом блока звуковоспроизведения, а также последовательно соединенные синтезатор импульсных последовательностей и формирователь синхроимпульсов, последовательно соединенные селектор смены кода и расширитель импульса, подключенный выходом к управляющему входу ключа, выход которого соединен с вторым входом блока фиксации кода, при этом логические входы разрядов блока фиксации кода соединены с логическими выходами разрядов сумматора, первый выход синтезатора импульсных последовательностей соединен с управляющим входом генератора кода и логическим входом разряда второго числа сумматора, выход источника опорного напряжения соединен с опорным входом блока амплитудного дискриминатора, первый и второй выходы формирователя синхроимпульсов соединены с первым и вторым управляющими входами демультиплексора и мультиплексора, логические входы разрядов селектора смены кода соединены с логическими выходами разрядов генератора кода, при этом синтезатор импульсных последовательстей и синтезатор сигнала звуковых частот соединены последовательно, выход фильтрового анализатора спектра соединен с входом интегратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8