Патент на изобретение №2385471

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ И/ИЛИ СКОРОСТИ УДАЛЕННОГО ОБЪЕКТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости движущегося объекта и расстояния до него. Способ включает зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала t₁ и между моментами излучения лазерного импульса, и приема отраженного объектом излучения. При каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Т_i, регистрируют значения измеренных интервалов t_i в серии зондирований. Для каждого зондирования определяют отсчеты дальности R_i=c·t_i/2, где с – скорость света, интерполируют полученные выборочные значения R_i линейной зависимостью вида R*(T)=R*₀+V*T, где R*₀ – оценка дальности в начальный момент периода измерения, V* – оценка средней скорости объекта за время измерения, Т – текущее время, устанавливают величину R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции. После этого определяют модули R_i=/R_i(T_i)-R_i*(T_i)/ отклонения замеров R_i(T_i) от соответствующих интерполированных значений R_i*(T_i), аннулируют замеры, в которых R_i>R, и повторно интерполируют оставшиеся выборочные значения дальности зависимостью вида R**(T)=R**₀+V**T, по которой судят об уточненных значениях дальности и скорости объекта. Технический результат изобретения – повышение достоверности результатов измерения. 1 ил., 3 табл.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо определить скорость движущегося объекта и/или расстояние до него, в частности, для обнаружения и фиксации нарушений правил дорожного движения транспортным средством.

Известен способ определения дальности до удаленного объекта путем зондирования его лазерным импульсом, приема отраженного объектом импульса излучения и определения временного интервала между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного объектом импульса, по которому судят о дальности до объекта [1].

Недостатком этого способа является невозможность измерения скорости объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта [2], согласно которому производят многократное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов, при каждом i-м зондировании определяют временной интервал t_i между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного целью импульса, в первой половине серии определяют среднее значение определенных интервалов

во второй половине серии определяют среднее значение определенных интервалов

и определяют скорость объекта V по формуле V=c(t_cp2-t_cp1)/2T_1/2, где с – скорость света, T_1/2 – период времени между первой и второй половинами серии зондирования.

При ложных замерах (пропусках приема сигнала или при ложном сигнале, обусловленном помехой) возможны грубые ошибки, исправление которых невозможно, и согласно [2] при выявлении таких ошибок приходится повторять процедуру измерения скорости с самого начала.

Задачей изобретения является обеспечение возможности выявления ошибочных измерений и исправления ошибок в каждом измерении.

Указанная задача решается за счет того, что в известном способе определения скорости и дальности удаленного объекта, включающем многократное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала t_i между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения, при каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени T_i, в которые производят посылки лазерных импульсов, регистрируют значения измеренных интервалов t_i в серии n зондирований, после завершения серии для каждого зондирования определяют отсчеты дальности R_i=c·t_i/2, где с – скорость света, интерполируют полученные выборочные значения R_i линейной зависимостью вида R*(Т)=R*₀+V*T, где R*₀ – оценка дальности в начальный момент периода измерения, V* – оценка средней скорости объекта за время измерения, Т – текущее время, устанавливают величину R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции, причем R=q_R, где q – коэффициент, определяемый заданной вероятностью безошибочного измерения, _R – среднеквадратическая ошибка измерения дальности в каждом из замеров, после чего определяют модули

R_i=/R_i(T_i)-R_i*(T_i)/ отклонения замеров R_i(T_i) от соответствующих интерполированных значений R_i*(T_i), аннулируют замеры, в которых R_i>R, и повторно интерполируют оставшиеся выборочные значения дальности зависимостью вида R**(Т)=R**₀+V**T, по которой судят об уточненных значениях дальности R**₀ и скорости V** объекта.

При необходимости процедуру корректировки интерполирующей зависимости повторяют два или более раз и прекращают этот процесс, когда все оставшиеся замеры отвечают условию R_i<R.

Вместо аннулированных замеров R_i(T_i) можно регистрировать и использовать при последующей интерполяции интерполированные значения R_i*(T_i).

На чертеже представлена временная диаграмма процесса определения скорости и дальности. Квадратиками показаны результаты зондирований, жирным пунктиром – интерполированная траектория R*(Т) объекта, штрихпунктиром – доверительные границы оценки измеренной траектории с учетом допуска ±R. Звездочкой показано интерполированное значение отсчета , соответствующего ложному замеру R_jT_j, отклонение которого от превышает заданный допуск R.

В моменты текущего времени T₁, T_i, T_n производят зондирование объекта, регистрируют моменты T_i, определяют и регистрируют измеренные значения временных интервалов t_i между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного объектом импульса, определяют отсчеты дальности R_i и интерполируют их линейной зависимостью от текущего времени R^*(Т). Заранее или в зависимости от решаемой задачи определяют величину допуска ±R. Сравнивают каждый отсчет дальности R_i с соответствующим интерполированным значением и, если их разность превышает величину R, то аннулируют такие отсчеты.

На чертеже показан отсчет R_j, произведенный при j-м зондировании в момент времени T_j и отклоняющийся от интерполированного значения на величину, превышающую заданный допуск R. Такая процедура может быть проведена повторно, если после корректировки остались выборки, не удовлетворяющие условию

Пример 1.

Истинная траектория цели в условных единицах описывается зависимостью R=1+Т, то есть R₀=1; V=1.

В результате восьми зондирований зарегистрированы следующие результаты.

Линейная интерполяция этих данных по методу наименьших квадратов [3] дает значения ; .

Определяют по формуле интерполированные значения дальности для моментов времени T^*=T_i, а также отклонения результатов измерений R_i от этих значений.

Таблица 2
T*=Ti	0	1	2	3	4	5	6	7
	2,83	3,24	3,64	3,44	4,45	4,86	5,26	5,67
	-1,83	-1,24	6,36	0,56	-1,45	-4,86	2,74	0,33

Устанавливают допустимое отклонение. Например, при среднеквадратической ошибке измерения дальности _R=1 и заданной вероятности ошибочного измерения не более 0,99 максимальная ошибка измерения дальности R~3_R=3 м. Этому условию не удовлетворяют результаты измерений R₃(T=2)=10 и R₆(T=5)=0. Аннулируют эти замеры и повторно производят линейную интерполяцию оставшихся шести результатов измерений.

Уточненные результаты интерполяции V^**=1,17 дают корректную оценку дальности в начальный момент времени и скорости объекта.

Можно показать, что, если заменить аннулированные отсчеты их интерполированными значениями и , то откорректированная оценка дальности и скорости также близка к истинному значению.

Данный способ позволяет:

1) эффективно выявлять ошибочные измерения;

2) оперативно исправлять ошибки в каждом измерении без проведения повторных измерений, что важно в условиях дефицита времени, например в условиях контроля дорожного движения, при стыковке космических аппаратов и т.п.

Источники информации

1. В.А.Смирнов. Введение в оптическую радиоэлектронику. Изд. «Советское радио», Москва, 1973 г., С.189.

2. Ю.В.Абазадзе, Н.А.Лицарев, В.Л.Почтарев и др. Особенности построения лазерного измерителя скорости и дальности ЛИСД-2М. Квантовая Электроника, 2002, Том 32, 3, С.247-250 – прототип.

3. Б.Р.Левин Теоретические основы статистической радиотехники. Изд. «Радио и связь», Москва, 1975 г., т.2, С.131-139.

Формула изобретения

Способ определения скорости и дальности удаленного объекта, включающий многократное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала t_i и между моментами излучения лазерного импульса, и приема отраженного объектом излучения, отличающийся тем, что при каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Т_i, в которые производят посылки лазерных импульсов, регистрируют значения измеренных интервалов t_i в серии n зондирований, после завершения серии для каждого зондирования определяют отсчеты дальности R_i=c·t_i/2, где с – скорость света, интерполируют полученные выборочные значения R_i линейной зависимостью вида R*(T)=R*₀+V*T, где R*₀ – оценка дальности в начальный момент периода измерения, V* – оценка средней скорости объекта за время измерения, Т – текущее время, устанавливают величину R допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции, причем R=q_R, где q – коэффициент, определяемый заданной вероятностью безошибочного измерения, _R – среднеквадратическая ошибка измерения дальности в каждом из замеров, после чего определяют модули R_i=/R_i(T_i)-R_i*(T_i)/ отклонения замеров R_i(T_i) от соответствующих интерполированных значений R_i*(T_i), аннулируют замеры, в которых R_i>R, и повторно интерполируют оставшиеся выборочные значения дальности зависимостью вида R**(T)=R**₀+V**T, по которой судят об уточненных значениях дальности R**₀ и скорости V** объекта.

РИСУНКИ