Датчик проекций вектора скорости с угловой калибровкой

Изобретение относится к области техники навигации наземных транспортных средств (НTC). Датчик проекций скорости на оси системы координат НТС вырабатывает информацию о величине продольной, сносовой и тангажной составляющих скорости движения места его установки. Изобретение направлено на увеличение точности определения координат с учетом сноса без проведения механической юстировки углов однолучевых доплеровских датчиков скорости. 3 ил.

 

Изобретение относится к области техники навигации наземных транспортных средств (НTC), представляет собой датчик проекций вектора скорости точки его установки на НТС и вырабатывает информацию о величине продольной и сносовой скоростей.

Такие доплеровские датчики проекций скорости (ДДПС) широко используются в навигационной аппаратуре летательных аппаратов.

Так, на рис.1.7 (Флеров А.Г., Тимофеев В.Т. "Доплеровские устройства и системы навигации", Москва, Транспорт, 1987 г., стр.12) приведена схема направления лучей ДДПС, а алгоритм получения информации о продольной и сносовой скоростях (V_ПР и V_СН) представлен формулами 1.14 и 1.15 (см. там же, стр.13). Этот ДДПС принят за прототип и его блок-схема приведена на фиг.1.

ДДПС-прототип включает в свой состав три однолучевых доплеровских датчика скорости (ОДДС) 1, 2, 3, схему сложения частот 4, схему вычитания частот 5, две схемы умножения частот 6, 7 и два хранителя "цены" импульсов 8, 9 для и где λ - длина волны излучения; В₀ - номинальное значение угла наклона луча относительно горизонта; Г₀ - номинальное значение угла поворота в горизонтальной плоскости относительно оси машины, причем выходы ОДДС 1 и 2 соединены с соответствующими входами схемы сложения частот 4, а выходы ОДДС 1 и 3 - с соответствующими входами схемы вычитания частот 5, выходы схемы сложения частот 4 и схемы вычитания частот 5 соединены с первыми входами соответствующих схем умножения частот 6, 7, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих хранителей "цены" импульсов 8, 9, на входы которых поступают некалиброванные частоты f_ПР и f_СН соответственно, а выходы которых являются выходами ДДПС по V_ПР и V_CН соответственно.

ОДДС 1, 3 образуют датчик сносовой скорости (ДДСС), а ОДДС 1,2 - датчик продольной скорости (ДДПрС).

Частота сигнала на выходе i-го ОДДС равна:

где V_ПР, V_СН, V_Т - продольная, сносовая, тангажная составляющие скорости;

f_ПР, f_СН, f_Т - сдвиг частоты от продольной, сносовой, тангажной скорости;

B_i - угол наклона i-го луча относительно горизонта;

Г_i - угол поворота i-гo луча в горизонтальной плоскости относительно оси машины.

Если точно обеспечить углы лучей в соответствии с фиг.1, то

,

В этом случае для получения частот, равных скоростям, их надо умножать на номинальные "цены" импульсов:

Однако при установке ОДДС на НТС вертикальный и горизонтальный углы соблюдаются с допусками ±1°, поэтому в значениях V_ПР, V_СН, получаемых в ДДПС-прототипе, из-за этого получаются погрешности.

Изобретение направлено на увеличение точности измерения V_ПР, V_СН.

Сущность изобретения заключается в использовании для f_ПР "цены" импульса, определяемого во время калибровки па мерном участке (МУ), учитывающего реальные значения вертикального и горизонтального углов ОДДС, и вычитании из f_СН составляющей из-за неравенства f_ПР1 и f_ПР3. Эта составляющая эквивалентна наличию разворота оси ДДСС на некоторый угол, определяемый неточностями установки ОДДС, и поэтому компенсация его по результатам калибровки ДДПС аналогична угловой калибровке ДДСС.

Для этого в датчик проекций скорости с угловой калибровкой, включающий в свой состав три ОДДС, схему сложения частот, схему вычитания частот, две схемы умножения частот и два хранителя "цены" импульсов, причем выходы первого и второго ОДДС соединены с соответствующими входами схемы сложения частот, а выходы первого и третьего ОДДС - с соответствующими входами схемы вычитания частот, выходы схемы сложения частот и схемы вычитания частот соединены с первыми входами соответствующих схем умножения частот, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих хранителей "цены" импульсов, введены хранитель длины мерного участка, накопитель продольных импульсов, блок управления калибровкой, накопитель сносового пути, вычислитель "цены" продольных импульсов, вычислитель коэффициента, хранитель коэффициента, третий умножитель и схема вычитания, при этом выход хранителя длины мерного участка соединен с первыми входами вычислителя "цены" продольных импульсов и вычислителя коэффициента, вход накопителя продольных импульсов соединен с выходом схемы сложения частот, а выход - с третьим входом вычислителя "цены" продольных импульсов, выход которого соединен с входом первого хранителя "цены" импульсов, первый выход блока управления калибровкой соединен с управляющими входами накопителя продольных импульсов и накопителя сносового пути, выход которого соединен с третьим входом вычислителя коэффициента, второй выход по сигналу о конце калибровки блока управления калибровкой соединен вторыми входами вычислителя "цены" продольных импульсов и вычислителя коэффициента, выход которого соединен с входом хранителя коэффициента, первый вход третьего умножителя соединен с выходом хранителя коэффициента, второй вход - с выходом первой схемы умножения частот, а выход третьего умножителя соединен с первым входом схемы вычитания, выход второй схемы умножения частот соединен с входом накопителя сносового пути и вторым входом схемы вычитания, выход которой является выходом ДДПС по сносовой скорости, а выход первой схемы умножения частот является выходом ДДПС по продольной скорости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена блок-схема устройства-прототипа, на фиг.2 - блок-схема заявляемого датчика проекций скорости с угловой калибровкой, а на фиг.3 - результаты испытаний ДДПС по определению сносовой скорости.

Датчик проекций скорости с угловой калибровкой (фиг.2) включает в свой состав три ОДДС 1, 2, 3, схему сложения частот 4, схему вычитания частот 5, две схемы умножения частот 6, 7 и два хранителя "цены" импульсов 8, 9, причем выходы первого и второго ОДДС 1 и 2 соединены с соответствующими входами схемы сложения частот 4, а выходы первого и третьего ОДДС 1 и 3 - с соответствующими входами схемы вычитания частот 5, выходы схемы сложения частот 4 и схемы вычитания частот 5 соединены с первыми входами соответствующих схем умножения частот 6, 7, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих хранителей "цены" импульсов 8, 9, в датчик введены хранитель длины мерного участка 10, накопитель продольных импульсов 11, блок управления калибровкой 12, накопитель сносового пути 13, вычислитель "цены" продольных импульсов 14, вычислитель коэффициента 15, хранитель коэффициента 16, третий умножитель 17 и схема вычитания 18, при этом выход хранителя длины мерного участка 10 соединен с первыми входами вычислителя "цены" продольных импульсов 14 и вычислителя коэффициента 15, вход накопителя продольных импульсов 11 соединен с выходом схемы сложения частот 4, а выход - с третьим входом вычислителя "цены" продольных импульсов 14, выход которого соединен с входом первого хранителя "цены" импульсов 8, первый выход блока управления калибровкой 12 соединен с управляющими входами накопителя продольных импульсов 11 и накопителя сносового пути 13, выход которого соединен с третьим входом вычислителя коэффициента 15, второй выход по сигналу о конце калибровки блока управления калибровкой 12 соединен с вторыми входами вычислителя "цены" продольных импульсов 14 и вычислителя коэффициента 15, выход которого соединен с входом хранителя коэффициента 16, первый вход третьего умножителя 17 соединен с выходом хранителя коэффициента 16, второй вход - с выходом первой схемы умножения частот 6, а выход третьего умножителя 17 соединен с первым входом схемы вычитания 18, выход второй схемы умножения частот 7 соединен с входом накопителя сносового пути 13 и вторым входом схемы вычитания 18, выход которой является выходом ДДПС по сносовой скорости, а выход первой схемы умножения частот 6 является выходом ДДПС по продольной скорости.

В любой аппаратуре определения координат показания ДДС должны быть откалиброваны, т.е. частота следования импульсов выходного сигнала должна быть сделана равной числу метров пути, проходимого транспортным средством за 1 с, или каждый импульс выходного сигнала должен сигнализировать об увеличении пройденного пути на величину, равную "цене" импульса. Эти операции называются калибровкой и проводятся на МУ с точно известной длиной.

При калибровке транспортное средство с датчиком проекций скорости совершает n заездов по МУ. При каждом заезде оператор через блок управления калибровкой 12 разрешает накопление продольных импульсов в блоке 11 и сносового пути в блоке 13 (ввиду отсутствия эталона сносового пути f_СН калибруется номинальной "ценой" импульса).

После завершения n-го заезда оператор подает с блока управления 12 другую команду на управляющие входы блока вычисления "цены" продольных импульсов 14 и на вычислитель коэффициента 15 для вычисления и , которые после вычисления поступят в соответствующие хранители 8 и 16 соответственно, где они будут храниться до следующей калибровки и использоваться для вычисления V_ПР и поправки к S_СН.

В процессе калибровки определена "цена" импульса сигнала датчика продольной скорости, образованного ДДС 1 и 2 и формирующей его выходной сигнал схемой сложения частот 4, и коэффициент, равный отношению сносового пути на МУ к длине МУ, хранящейся в блоке 10. Теперь устройство готово к выдаче потребителю продольного пути, получаемого умножением частоты сигнала с выхода блока 4 на «цену» импульса этого сигнала, вычисленную блоком 14 и хранящуюся в блоке 8.

Частота сигнала датчика сносовой скорости, получаемая с выхода схемы вычитания частот 5, превращается в сносовую скорость путем умножения в блоке 7 на "цену" импульса сноса, хранящуюся в блоке 9, содержит большую составляющую пропорциональной продольной скорости, из-за недокомпенсации ее при неодинаковости реальных углов посылки сигнала ДДС 1 и 3. Это означает присутствие сигнала о сносе даже при его отсутствии.

Поэтому в заявленном устройстве предусмотрена ее компенсация сигналом продольной скорости. Для этого сигнал продольной скорости с выхода блока 6 поступает на вход блока 17, на второй вход которого поступает коэффициент, равный , определенный во время калибровки на МУ. Блок 17, представляющий собой схему умножения, на выходе имеет сигнал S_ПР·К, поступающий на схему вычитания 18, где из сносовой скорости вычитается ее часть, пропорциональная величине f_СН на МУ, исключая, таким образом, аддитивную погрешность V_СН.

Отсюда видно, что и V_CН, и V_ПР на выходе устройства не содержат аддитивных погрешностей.

Опытная проверка полностью подтвердила работоспособность такого датчика и приемлемую точность определения сноса.

Па графике фиг.3 приведены результаты, полученные при испытаниях заявляемого технического решения. Заезды 14.11.2008 г. и 18.11.2008 г. проводились по середине дороги, с правым креном, с левым креном и на трассе по правой стороне дороги.

Датчик проекций скорости с угловой калибровкой включающий в свои состав три однолучевых доплеровских датчика скорости, схему сложения частот, схему вычитания частот, две схемы умножения частот и два хранителя "цены" импульсов, причем выходы первого и второго однолучевых доплеровских датчиков скорости соединены с соответствующими входами схемы сложения частот, а выходы первого и третьего однолучевых доплеровских датчиков скорости - с соответствующими входами схемы вычитания частот, выходы схемы сложения частот и схемы вычитания частот соединены с первыми входами соответствующих схем умножения частот, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих хранителей "цены" импульсов, отличающийся тем, что в него введены хранитель длины мерного участка, накопитель продольных импульсов, блок управления калибровкой, накопитель сносового пути, вычислитель "цены" продольных импульсов, вычислитель коэффициента, хранитель коэффициента, третья схема умножения частот и схема вычитания, при этом выход хранителя длины мерного участка соединен с первыми входами вычислителя "цены" продольных импульсов и вычислителя коэффициента, вход накопителя продольных импульсов соединен с выходом схемы сложения частот, а выход - с третьим входом вычислителя "цены" продольных импульсов, выход которого соединен с входом первого хранителя "цены" импульсов, первый выход блока управления калибровкой соединен с управляющими входами накопителя продольных импульсов и накопителя сносового пути, выход которого соединен с третьим входом вычислителя коэффициента, второй выход по сигналу о конце калибровки блока управления калибровкой соединен с вторыми входами вычислителя "цены" продольных импульсов и вычислителя коэффициента, выход которого соединен с входом хранителя коэффициента, первый вход третьей схемы умножения частот соединен с выходом хранителя коэффициента, второй вход - с выходом первой схемы умножения частот, а выход третьей схемы умножения частоты соединен с первым входом схемы вычитания, выход второй схемы умножения частот соединен с входом накопителя сносового пути и вторым входом схемы вычитания, выход которой является выходом доплеровского датчика проекций скорости (ДДПС) по сносовой скорости, а выход первой схемы умножения частот является выходом ДДПС по продольной скорости.