Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению беспилотного транспортного средства

Изобретение относится к области ультразвукового обнаружения препятствий движению беспилотного транспортного средства, а именно к регистрации и обработке сигналов, получаемых с ультразвуковых датчиков, для определения расстояний до препятствий. Техническим результатом является повышение точности определения конфигуративной сложности препятствий, окружающих автономное или дистанционно управляемое транспортное средство, и эффективности автоматического планирования траектории его движения. Для этого система содержит несколько излучателей/приемников ультразвуковых импульсов, выходы которых подключены к формирователям импульсов, а входы возбуждения – к выходу задающего генератора; выходы формирователей импульсов подключены к входам остановки соответствующих блоков измерения временных интервалов, входы запуска которых подключены к выходу генератора импульсов запуска, счетные входы – к генератору опорной частоты, а цифровые выходы – к соответствующим входам блока цифровой обработки, вход начала цикла которого подключен к выделенному выходу распределителя импульсов запуска, выходы которого подключены к соответствующим входам излучателей/приемников ультразвуковых импульсов; входы/выходы блока цифровой обработки подключены к входам/выходам интерфейсного блока, обеспечивающего взаимодействие с внешними системами. 3 ил.

 

Изобретение относится к ультразвуковым системам обнаружения препятствий, предназначенным для регистрации и обработки сигналов, получаемых с ультразвуковых датчиков, и может быть использовано в автономных или дистанционно управляемых транспортных средствах для определения расстояний до препятствий.

Обнаружение препятствий основано на методе импульсной ультразвуковой локации, при котором на основании интервала времени, прошедшего между посылкой зондирующего импульса и получением эхо-ответа, вычисляется расстояние до отражающего ультразвук препятствия. В большинстве систем обнаружения препятствий излучатели/приемники ультразвука монтируются по периметру транспортного средства так, чтобы диаграммы направленности различных излучателей/приемников не перекрывались или перекрывались в незначительной степени.

Известна система управления (см. патент RU 2386507, 20.04.2010), обнаруживающая препятствия движению. Система управления содержит средства обнаружения объектов, расположенных на траектории движения или рядом с ней, и средства обработки данных и управления, выполненные с возможностью определения расстояния. Средства обнаружения объектов на траектории движения содержат светоизлучающие средства, выполненные с возможностью освещения области около указанной траектории, и светоприемные средства, выполненные с возможностью приема света, прошедшего через указанную область, так что находящиеся в ней объекты отбрасывают тени на светоприемные средства, которые находятся во взаимодействии со средствами обработки данных и управления, так что они определяют наличие препятствий в упомянутой области на основе изображений, полученных указанными светоприемными средствами. Средства обработки данных и управления содержат средства запоминания, которые выполнены с возможностью хранения изображений, полученных светоприемными средствами, в качестве известных изображений. Недостатками указанной системы являются: - недостаточная точность констатации конфигуративной сложности обнаруженного объекта; - невозможность обеспечить четкое обнаружение объектов при наличии атмосферных осадков; - невозможность обеспечить обнаружение объектов различной структуры (твердых, жидких, зернообразных и порошкообразных), прозрачности и цвета.

Известна также ультразвуковая система обнаружения препятствий, описанная в патенте (RU 2634603, 01.11.2017) и наиболее близкая к заявляемому изобретению, обладающая излучателями/приемниками ультразвукового излучения с возможностью поочередного излучения зондирующих ультразвуковых импульсов каждым излучателем/приемником и последующим параллельным приемом эхо-ответов всеми излучателями/приемниками. На основании интервала времени, прошедшего между моментом излучения ультразвукового сигнала -м излучателем и приемом его -м приемником (), строится эллипс, описывающий возможные положения отражающего ультразвуковые колебания объекта в пространстве, окружающем дистанционно управляемое транспортное средство. Для построения картины окружающих дистанционно управляемое транспортное средство препятствий производится суммирование независимых пересечений, полученных на этапе сбора данных эллипсов. Построенная картина, тем не менее, не обладает достаточной точностью отображения конфигуративной сложности объектов, окружающих дистанционно управляемое транспортное средство, поскольку независимые пересечения эллипсов образуются как вследствие отражения от объектов, окружающих дистанционно управляемое транспортное средство, так и вследствие погрешностей оцифровки сигналов приемников ультразвукового излучения, детектирования отраженных от препятствий импульсов и измерения временных интервалов между излучением сигнала -м излучателем и приемом его -м приемником.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность определения конфигуративной сложности препятствий, окружающих автономное или дистанционно управляемое транспортное средство, в результате чего обеспечивается эффективность автоматического планирования траектории движения автономного или дистанционно управляемого транспортного средства.

Структурная схема системы представлена на рисунке (фиг. 1). Повышение точности определения конфигуративной сложности препятствий достигается за счет использования системы содержащей (для примера – 4) излучателей/приемников ультразвуковых импульсов (1 – 4), выходы которых подключены ко входам соответствующих формирователей цифровых импульсов (7 – 10), а входы возбуждения – к выходу задающего генератора (5); выходы формирователей цифровых импульсов (7 – 10) при этом подключены к входам остановки соответствующих блоков измерения временных интервалов (13 – 16), входы запуска блоков измерения временных интервалов подключены к выходу распределителя импульсов запуска (6), а счетные входы блоков измерения временных интервалов подключены к генератору опорной частоты (12); цифровые выходы блоков измерения временных интервалов при этом подключены к соответствующим входам блока цифровой обработки (17), вход начала цикла которого подключен к выделенному выходу распределителя импульсов запуска (6), выходы распределителя импульсов запуска подключены к соответствующим входам излучателей/приемников ультразвуковых импульсов (1 – 4); входы/выходы блока цифровой обработки подключены к входам/выходам интерфейсного блока (19), обеспечивающего взаимодействие системы обнаружения препятствий с внешними системами.

Работа системы заключается в циклическом поочередном излучении излучателями/приемниками (1 – 4) ультразвуковых импульсов и приеме эхо-сигналов, отраженных от препятствий, попадающих в общую диаграмму направленности всеми используемыми в системе излучателями/приемниками.

Один цикл работы системы включает в себя излучение зондирующих импульсов каждым из излучателей/приемников, входящих в систему, излучение зондирующего импульса и последующий его параллельный прием представляют собой один такт работы системы.

В каждом такте интервал времени , прошедший с момента излучения зондирующего импульса -м излучателем и приема -м приемником прямо пропорционален сумме расстояний от излучателя до препятствия и от препятствия до приемника :

(1)

где – скорость распространения ультразвука в воздухе, – расстояние от излучателя до препятствия,
– расстояние от препятствия до приемника,
– координаты препятствия в системе координат, связанной с транспортным средством,

– координаты излучателя в системе координат, связанной с транспортным средством,

– координаты приемника в системе координат, связанной с транспортным средством.

В каждом -м такте решения уравнения (1) формируют множество точек – эллипс, фокусами которого являются координаты излучателя и приемника (фиг. 2). В случае множество представляет собой окружность радиуса с центром . Попарные пересечения множеств и , полученных в -м такте работы системы как решения систем уравнений

,

формируют множество точек окружающих транспортное средство препятствий . В свою очередь, объединение множеств , полученных на каждом такте очередного цикла работы системы , формирует картину препятствий, окружающих транспортное средство (фиг. 3). Объединение частных множеств позволяет повысить точность определения конфигуративной сложности препятствий, окружающих беспилотное транспортное средство.

Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению беспилотного транспортного средства, содержащая несколько излучателей/приемников ультразвуковых импульсов, выходы которых подключены к формирователям цифровых импульсов, а входы возбуждения – к выходу задающего генератора; выходы формирователей цифровых импульсов при этом подключены к входам остановки соответствующих блоков измерения временных интервалов, входы запуска которых подключены к выходу генератора импульсов запуска, а их счетные входы подключены к генератору опорной частоты; цифровые выходы блоков измерения временных интервалов при этом подключены к соответствующим входам блока цифровой обработки, вход начала цикла которого подключен к выделенному выходу распределителя импульсов запуска, выходы распределителя импульсов запуска подключены к соответствующим входам излучателей/приемников ультразвуковых импульсов; входы/выходы блока цифровой обработки подключены к входам/выходам интерфейсного блока, обеспечивающего взаимодействие системы обнаружения препятствий с внешними системами, отличающаяся тем, что обнаружение препятствий выполняется в ходе циклического сканирования окружающего беспилотное транспортное средство пространства, выполняемого за несколько (по количеству излучателей/приемников) тактов, в каждом из которых импульс, излученный одним из излучателей/приемников и отраженный от препятствий, принимается всеми приемниками, на основе решений пар уравнений, связывающих расстояния от излучателя до препятствия и от препятствия до приемника, определяется положение препятствия, а координаты препятствий, полученные в каждом такте, объединяются для получения картины окружающей беспилотное транспортное средство обстановки при завершении каждого цикла сканирования.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидрографических исследованиях. Технический результат заключается в повышении скорости съемки рельефа дна акватории при снижении массогабаритных характеристик заявленного устройства.

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к устройствам регистрации акустических сигналов и может быть использовано для обнаружения, определения местонахождения и классификации движущихся подводных объектов.

Изобретение относится к многоканальным гидроакустическим системам и может быть использовано для мониторинга подводной обстановки по ходу движения подводного носителя, обнаружения в заданном секторе потенциально опасных для навигации препятствий и определения параметров движения подводных объектов.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматического обнаружения эхосигналов, принятых гидролокатором на фоне шумовой и реверберационной помехи и измерения параметров объекта при использовании псевдошумовых сигналов в условиях применения преднамеренных помех.

Ультразвуковой датчик прикрепляется к объекту крепления и проходит через объект крепления. Ультразвуковой датчик включает в себя генератор, который имеет приемо-передающую поверхность, которая передает или принимает ультразвуковую волну, цилиндрический упругий элемент, который окружает внешнюю поверхность генератора, простирающуюся от приемо-передающей поверхности в направлении по толщине приемо-передающей поверхности, и имеет внутреннюю поверхность, контактирующую с внешней поверхностью генератора, тело, которое имеет корпус с дном и в котором расположены генератор и упругий элемент, за исключением выступающего участка со стороны упомянутой приемо-передающей поверхности, и кольцевое тело, которое окружает выступающий участок упругого элемента и расположено в теле в контакте с передней частью объекта крепления.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при проектировании и разработке систем активной гидролокации различного назначения. Способ обработки гидролокационной информации, содержит излучение сигнала, прием отраженного эхосигнала сформированным веером статических характеристик направленности, с образованием пространственных каналов, цифровую многоканальную обработку, отображение массива последовательных временных реализаций в яркостном виде за все время распространения по всем пространственным каналам, по каждому обнаруженному эхосигналу, определяют пространственный канал с максимальной амплитудой эхосигнала, определяют дистанцию Д по временному положению максимальной амплитуды, определяют угловое положение Q1 пространственной характеристики, в которой обнаружен эхосигнал относительно направления движения гидролокатора, определяют дистанцию R1 до точки пересечения с направлением движения гидролокатора R1=Д1/cosQ1, излучают второй зондирующий сигнал, измеряют дистанцию Д2 и угловое положение Q2 по пространственной характеристике, на которую принят второй зондирующий сигнал, определяют дистанцию R2 до точки пересечения R2=Д2/cosQ2, измеряют собственную скорость Vсоб и расстояние д, проходимое за время между первой и второй посылками д=V(Т2-T1), где Т2 и T1 времена излучения второго и первого зондирующих сигналов, и принимают решение, что обнаружено отражение от провода или кабеля, если R2=R1-V(T2-Т1), а время встречи Твстр=Т2+R2\Vcoб.

Использование: для определения поправок к глубинам. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории, содержащее передатчик и измерительный приемный блок, подключенные соответственно к излучающей и приемной антеннам, регистратор и блок управления, соединенный с измерительным приемным блоком, базу с датчиками гидростатического давления и температуры, выходы которых через блок управления соединены с входом блока определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом, вход которого через блок управления соединен с выходом приемоизмерительного блока, а выход соединен с входом регистратора, датчики горизонтальных и вертикальных перемещений, датчик измерения скорости распространения звука в воде, измеритель относительной скорости, магнитный компас и гироазимутгоризонткомпас, приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, прт этом база установлена на выносной штанге параллельно днищу судна и жестко сочленена с корпусом судна, приемопередающий блок, установленный на базе, выполнен в виде лазерного излучателя и оптического приемника, отличающееся тем, что база выполнена в виде самоходного глубоководного аппарата, оснащенного планировщиком, модемом гидроакустической связи, отражателем, профилографом для определения ровной поверхности грунта, классификатором грунта, датчиком определения прозрачности воды, блоком пересчета измеренных глубин с учетом прозрачности воды, измеренной по крайней мере на трех горизонтах по глубине.

Изобретение относится к области кораблестроения, а именно к кораблям, назначением которых является обнаружение подводных объектов. Корабль освещения подводной обстановки оснащен гидроакустическим излучателем с гидроакустической антенной, опускаемой под воду на заданную глубину, комплектом пассивных автономных гидроакустических станций (АГС), способных обнаруживать зондирующие сигналы гидроакустического излучателя и эхосигналы, отраженные от подводных объектов, средствами измерения характеристик гидроакустических условий в районе плавания, радиоприемной аппаратурой и аппаратурой гидроакустической связи для приема сообщений от АГС, ЭВМ со специальной программой, позволяющей до начала работы рассчитывать необходимое количество, координаты скрытно устанавливаемых АГС, траекторию маневрирования корабля в процессе расстановки АГС, проходящую через все рассчитанные позиции АГС, оптимальные для текущих гидроакустических условий глубины установки антенны излучателя и АГС, а в процессе работы вычислять траектории обнаруженных подводных объектов и определять их координаты и параметры движения.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем обнаружения эхо-сигнала от объекта, измерения параметров обнаруженного объекта и его классификации при использовании взрывных сигналов.

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для определения совокупности координат и параметров движения шумящего объекта, под которыми понимается расстояние до шумящего объекта, скорость движения объекта и курс движения объекта.

Ультразвуковой датчик прикрепляется к объекту крепления и проходит через объект крепления. Ультразвуковой датчик включает в себя генератор, который имеет приемо-передающую поверхность, которая передает или принимает ультразвуковую волну, цилиндрический упругий элемент, который окружает внешнюю поверхность генератора, простирающуюся от приемо-передающей поверхности в направлении по толщине приемо-передающей поверхности, и имеет внутреннюю поверхность, контактирующую с внешней поверхностью генератора, тело, которое имеет корпус с дном и в котором расположены генератор и упругий элемент, за исключением выступающего участка со стороны упомянутой приемо-передающей поверхности, и кольцевое тело, которое окружает выступающий участок упругого элемента и расположено в теле в контакте с передней частью объекта крепления.

Ультразвуковой датчик прикрепляется к объекту крепления и проходит через объект крепления. Ультразвуковой датчик включает в себя генератор, который имеет приемо-передающую поверхность, которая передает или принимает ультразвуковую волну, цилиндрический упругий элемент, который окружает внешнюю поверхность генератора, простирающуюся от приемо-передающей поверхности в направлении по толщине приемо-передающей поверхности, и имеет внутреннюю поверхность, контактирующую с внешней поверхностью генератора, тело, которое имеет корпус с дном и в котором расположены генератор и упругий элемент, за исключением выступающего участка со стороны упомянутой приемо-передающей поверхности, и кольцевое тело, которое окружает выступающий участок упругого элемента и расположено в теле в контакте с передней частью объекта крепления.

Изобретение относится к навигации и, в частности, может быть использовано для определения координат буксируемого комплекса (БК) во время выполнения работ по поиску затонувших объектов в районах шельфа.
Предложен способ оценки парковочного места для парковки транспортного средства. При осуществлении способа сканируют парковочное место с помощью ультразвуковых датчиков для получения ультразвуковых данных.

Изобретение относится к блоку радарного датчика обратного хода, используемого для автомобиля. Блок радарного датчика обратного хода содержит датчик, демпфирующее резиновое кольцо, размещенное на периферийной части датчика, основную крышку для приема передней части датчика и демпфирующего резинового кольца и верхнюю крышку.

Группа изобретений относится к технике предотвращения столкновений транспортных средств, например, при парковке. Система помощи водителю транспортного средства включает в себя несколько соединенных шинной системой ультразвуковых датчиков и блок управления.

Изобретение относится к устройству для автомобиля (1), содержащему, по меньшей мере, один датчик (2) расстояния для измерения в основном бокового расстояния (у) между автомобилем (1) и объектами (3) и управляющее устройство (4) для управления датчиком (2) расстояния, при этом датчик (2) расстояния во время (Т1) активирования передает измерительные сигналы (М) и в течение времени (Т2) приема при измерении принимает отраженный, по меньшей мере, от одного объекта (3) измерительный сигнал (М).

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для навигационных целей аквалангистами, водолазами и различными легкими автономными подводными плавсредствами.

Изобретение относится к гидроакустическим средствам кораблевождения, а также обнаружения и определения координат подводных объектов. .

Изобретение относится к области ультразвукового обнаружения препятствий движению беспилотного транспортного средства, а именно к регистрации и обработке сигналов, получаемых с ультразвуковых датчиков, для определения расстояний до препятствий. Техническим результатом является повышение точности определения конфигуративной сложности препятствий, окружающих автономное или дистанционно управляемое транспортное средство, и эффективности автоматического планирования траектории его движения. Для этого система содержит несколько излучателейприемников ультразвуковых импульсов, выходы которых подключены к формирователям импульсов, а входы возбуждения – к выходу задающего генератора; выходы формирователей импульсов подключены к входам остановки соответствующих блоков измерения временных интервалов, входы запуска которых подключены к выходу генератора импульсов запуска, счетные входы – к генератору опорной частоты, а цифровые выходы – к соответствующим входам блока цифровой обработки, вход начала цикла которого подключен к выделенному выходу распределителя импульсов запуска, выходы которого подключены к соответствующим входам излучателейприемников ультразвуковых импульсов; входывыходы блока цифровой обработки подключены к входамвыходам интерфейсного блока, обеспечивающего взаимодействие с внешними системами. 3 ил.

Наверх