Устройство для измерения параметров движения объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 1)4 11 01 Р 3/68 САНИЕ И ЕНИЯ для опобъекто я повыненистройство ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Белоглазов И,Н., Тарасенко В.ПКорреляционно-экстремальные системьМ,ф Советское радио, 1974, с. 15.Авторское свидетельство СССРВ 402802, кл. 6 01 Р 3/68, 1972,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОЬЬЕКТА57) Изобретение относится к устройтвам бесконтактного измерения параетров движения и может быть исполь овано в системах наземной навигацииределения координат подвижныхв. Цельи изобретения являете точности измерения, В измерения параметров О 1422160 движения объекта, содержащее два инФормационно-измерительных канала,подклвченных к входам двухканальногокоррелятора 20, и блок 21 определения параметров движения объекта, вве"дены в первый инФормационно-измерительный канал объектив 1, преобразователь 2 оптического изображения, светоФильтр 3, транспарант 4, мультипликатор 5, матрица 6 анализируищих оптических масок, матрица 7 канальныхлинз, матрица 8 канальных Фотодетекторов, во второй инФормационно-измерительный канал блок 19 управления,двухкоординатный деФлектор 9, объектив 10, преобразователь 11 оптического изображения, светоФильтр 12, вращатель изображения 13, транспарант14, мультипликатор 15, матрица 16анализирующих оптических масок, матрица 17 канальных линз, матрица 18 ка-:нальных Фотодетекторов, 2 з,п. лы,61422160 Изобретение относится к устройствам бесконтактного измерения гараметров движения и может быть использовано, в частности, в системах наземнойнавигации для определения координат5подвижных объектов.Целью изобретения является повышение точности измерения устройства,Схема определения параметров движе 10ния объекта содержит блок программныхпереключений, первый вход которогоявляется пятым инФормационным входомсхемы определения параметров движения объекта, первый, второй и третий выходы блока программных переключении являются первым, вторым .и третьим выходом схемы определения параметров дВижения соответственно, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок 20 определения пути и линейной скорости, блок определения угловой скорости и триггер, четвертый вход схемы определения параметров движения связан с вторым входом блока программных переключений, с вторым входом схемы определения пути и линейной скорости, с входом установки в "0" триггера, вход установки в "1" которого связан а четвертым выходом блока программных 31 переключений, прямой выход триггера связан с первым входом элемента И выход генератора тактовых импульсов соецинен с вторым входом элемента И, выход которого связан с первым входом блока определения пути и линей". ной скорости выход которого являет ся первым выходом устройства, инверс иый выход триггера связан с четвертым входом блока определения угловой скорости, выход которого является вторым выходом устройства, первый, второй, третий входы блока определе ния угловой скорости являются первым, вторым третьим входами схемы опреЩ деления параметров движения. Введение блока определения угловой скорости с его электрическими, связями, выполнение инйормационно .50 измерительных каналов иэ оптических и оптико-электронных элементов, а также наличие вращателя изображения и двухкоординатного деФлектора во втором инФормационно-измерительном канале с их оптическими связями являются55 существенными признаками, отличающими предлагаемое устройство от известнога На Фиг.1-6 представлены блок-схемыустройства и его углов.Устройство (Фиг.1) содержит объектив 1, преобразователь 2 светоФильтр3, транспарант 4, мультипликатор 5,матрицы анализирующих оптических масок б, канальных линз 7 и канальныхФотодетекторов 8, двухкоординатныйдеФлектор 9, объектив 10, преобразователь 11, светоФильтр 12, вращатель13 изображения, транспарант 14, мультипликатор 15, матрицы анализирующихоптических масок 16, канальных линз17, канальных Фотодетекторов 18, блок19 управления, коррелятор 20 и блок21 определения параметров движения,на который поступает сигнал 22,Коррелятор 20 (Фиг.2) содержит первую ячейку электронных ключей 23, вто рую линейку электронных ключей 24, блок 25 памяти, блок 26 вычисления корреляционной Функции, схему 27 сравнения.оБлок 21. определения параметров движения объекта (Фиг.3) содержит блок28 программных переключений, триггер29, генератор 30 тактовых импульсов,элемент И 31, блок 32 определения пути и линейкой скорости, блок 33 опре-. деления угловой скорости.Блок 28 программных переключений(Фиг.4) содержит триггеры 34-37, элементы И 38 и 39, элемент ИЛИ 40, усилители 41 и 42 элементь 43 и 44задержки.Блок 33 определения угловой скорости (Фиг.5) содержит элемент И-НЕ 45 элементы И 46-48 преобразователи 49-51, аналог - код, счетчики 52- 54, элемент 55 задержки, блок 56 вычисления.Блок 32 определения пути и линейной скорости (Фиг.б) содержит элементы 57 и 58 задержки, счетчики 59 и 60 и блок 61 деления.Оптические входы объектива 1 и двухкоординатного детектора 9 являются первым и вторым входами устройства соответственно, Выходы блоков 32 и 33 являются первым и вторым выходами устройстваДвухкоординатный деФлектор 9 предназначен для сканирования визирной осью объектива 10 по двум взаимно перпендикулярным направлениям по горизонтали и вертикали.Преобразователи 2 и 11 вместе со светоФильтрами 3 и 12 соответственнопозволяют осуществлять переход от одного диапазона световых волн к другим, например от инфракрасного к ви-димому, Вращатель 13 изображения предназначен для компенсации влияния колебаний объекта относительно поперечной оси. Блок 19 управления предназначен для управления двухкоординатным дефлектором 9 и вращателем 13 изобра жения путем подачи управляюших напряжений разной частоты на их электричес. кие входы.Мультипликаторы 5 и 15 размножаютвходное изображение, создавая в вы 15ходной плоскости М идентичных непересекающихся изображений, совпадающихс исходным с точностью до масштабного преобразования. Матрицы 6 и 16анализирующих оптических масок, на 20каждой из которых записана одна иэанализирующих Функций ,(х,у), предназначены для выполнения операцийумножения на двухмерные Функцииф(х,у), 25Коррелятор 20 предназначен для вычисления корреляционной Функциииэображений с первого и второго объективов и выдачи сигнала совпадения навход блока 21 определения параметров 30 движения объекта, если значение кор.реляционной Функции равно или меньше порогового значения. Блок 21 определения параметров движения ббъекта предназначен для определения пути, линейной скорости и относительной угловой скорости движений объекта,Устройство работает следующим образом.В момент начала движения на инфор 40 мационный вход блока 21 определения параметров движения поступает сигнал 22 - команда на измерение скорости. Пусть объект движется в направлении, показанном стрелкой (Фиг.1). С одно го выхода блока 28 поступает команда на включение блока 19, а с другого выхода блока 28 - команда на открытие линейки электронных ключей 23. Одновременно на следующем выходе блока .28 появляется импульс, который переводит триггер 29 в единичное состояние. При этом импульсы с генератора 30 через элемент И 31 начинают посту пать в блок 32, Первый по ходу движе 55 ния комплект приборов используется для Фиксации эталонного изображения, Ось объектива первого информационно измерительного канала положение в 35 1422160пространстве не изменяет. Световойпоток, промодулированний входнымизображением на транспаранте 4, посчтупает на мультипликатор 5, с выходакоторого мультиплицированние изображения проектируются на матрицу б, содержащую К анализирующих оптическихмасок, на каждой иэ которых записанаодна из анализирующих Функций.Световое распределение на выходекаждой маски интегрируется матрицей7 канальных линз и регистрируетсяматрицей 8 канальных Фотодетекторов.ЗаФиксированные величины с выходовматрицы 8 через открытые электронныеключи 23 поступают на й входов блока25 памяти, с выхода которого поступают на М первых входов блока 26 вычисления корреляционной Функции. Далее по командам с выходов блока 28закрываются электронные ключи 23 ноткрываются электронные ключи 24.При этом на Н вторые входы коррелятора 20 с выхода матрицы 18 канальныхФотодетекторов поступает проанализированное оптическими масками изображение от второго по ходу движенияобъектива, Визирная ось этого объектива изменяет свое положение в прост-:ранстве в двух взаимно перпендикулярных направлениях за счет работы двухкоординатного дефлектора 9, управляемого напряжениями с первого и второго выходов блоков 19, причем скани.рование визирной осью по вертикалиосуществляется с частотой в несколькораз большей, чем частота сканированиявизирной осью по горизонтали Скани,рование. визирной осью объектива необходимо в связи с тем, что объектиспытывает бортовую качку и поворачивается в соответствии с дорожнымиусловиями, что приводит к изменениюракурса изображения. Объект такжесовершает колебания относительнопоперечной оси, что приводит к вращ 6нию изображения в поле апертуры объектива, значительно ухудшающее точность работы устройства. Для компенсации влияния этих колебаний иэображение вращается, так как на электрический вход вращателя 13 подаетсяуправляющее напряжение с третьего выхода блока 19 управления,Матрица 16 анализирующих оптических масок анализируетиэображениес второго инФормационно измерительного канала блока 26 вычисления кор60 6чин разложения входного изображения.По истечении времени записи элемент44 задержки выдает сигнал на единичный вход триггера 37, который закрывает элемент И 39, обесточиваетусилитель 41 и закрывает электронныеключи 23, и прямой выход которогочерез усилитель 42 открывает электронные клнчи 24.В результате корреляционного сравнения сигнал со схемы 27 сравненияпоступает на единичный вход триггера 35 и переводит его в единичное состояние. Сигнал с прямого выхода триггара 35 поступает на входы установкив "0" триггеров 36 и 37 и элемент 43задержки. При этом триггер 36 переходит в нулевое состояние и снимаетсигнал с единичного входа триггера 29,триггер 37 переходит в нулевое состояние и через усилитель 42 закрываетэлектронные ключи 24. Элемент 43 задержки настраивается на время, достаточное для переключения триггеров36 и 37. По истечении времени задержки элемент 43 задержки выдаат сигнална перевод триггера 35 в нулевое состояние и сигнал на элемент И 38, посигналу с которого начинается новыйцикл работы устройства.Блок 33 работает следующим образом,Напряжения с первого, второго итретьего выходов блока 19 управления,пропорциональные угловым скоростямобъекта по вертикальной (ы,), продольной ы) и поперечной (ы) осям, пос,тупант на входы преобразователей 49-"51 аналог , код, После преобразованияимпульсы, пропорциональные угловымскоростям, через открытые элементыИ 46-48 поступают на счетчики 52-54.Элементы И 46-48 открыты за счет сигнала, который .поступает с выхода элемента И НЕ 45, вход которого связанс инверсным выходом триггера 29, Посигналу с инверсного выхода триггера29 информация из счетчиков 52-54 пос.тупает в блок 56, которьй вычисляетотносительную угловую скорость поФормуле 1 1 Ш= Ы,+Ы + и 3 ьСигнал с инверсного выхода триггера 29 также поступает на элемент 55 задержки, Время задержки выбирается необходимым для вычисления блоком 56 5 14221реляционной Функции) В котором происходит вычисление корреляционной Функции двух множеств, состоящих из М величин, полученных при спектральном5расположении изображений с первогои второго информационно-измерительных каналов, Вычисленное значение корреляционной Функции поступает в схему27 сравнения с пороговым значением. 10Если вычисленное значение равно илименьше порогового значения, то воВходную апертуру второго объективапопало изображение, зафиксированноев блоке 25 памяти. Со схемы 27 сравнения подается сигнал на вход установки в "0" триггера 29 и второй входблока 32. Триггер 29 перебрасываетсяи прекращает поступление импульсовс генератора 30 в блок 32 Одновремен но по сигналу с инверсного выходатриггера 29 блок 33 Фиксирует напряжение с выходов блока 19.Количество импульсов, поступившихв блок 32, пропорционально линейной 25скорости объекта, ЗаФиксированныенапряжения с выходов блока 19 пропорциональны повороту объекта относитель.но вертикальной оси и углам наклона,объекта относительно продольной и по ЗО,перечной осей, Из этой информации определяется относительная угловая скорость объекта,Выбирая соответствующие светофильтры 3 и 12 и транспаранты 4 и 14,можно регистрировать изображения вшироком диапазоне видимого и инфра"красного спектров. Таким образом,измерительное устройство может работать при любом освещении и разныхметеорологических условиях.Информационным сигналом для блока28 программных переключений являетсякоманда 22 оператора "Пуск", По комаиде 22 "Пуск" на вход установки в"1" триггера 34 подается релейньпсигнал, который переводит триггер34 в единичное состояние и поступаетна вход элемента ИЛИ 40. Сигнал споследнего устанавливает триггер 36в единичное состояние, сигнал с прямого выхода которого поступает на блок19, на вход установки в единичноесостояние триггера 29 и через элемент И 39 усилитель 41 открываетэлектронные ключи 23. Сигнал с элемента И 39 также запускает элемент 44задержки, который настраивается навремя записи в блок 25 памяти велиизобретения Формула 1. Устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее два информационно-измерительных кана ла, подключенных к входам двухканального коррелятора и блок определения параметров движения объекта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ,повышения точности измерения устрой 7 14221угловой скорости у .Поистечении времени задержки сигнал с выхода элемента 55задержки приводит в нулевое состояниесчетчики 52-54 в исходное состояниеЭ5блок 56, и блок 33 определения угловой скорости готов к новому циклу вычислений,Блок 32 работает следующим образом. 1 ОС выхода элемента И 31 импульсыот генератора 30 тактовых импульсовпоступают на вход записи счетчика 60,В результате корреляционного сравнения в корреляторе 20 сигнал со схемы27 поступает на вход записи счетчика59, в котором записывается импульс,соответствующий пройденному пути, рав.ному 1 м, так как пройденный путь бопределяют как= М " 63 где М 2 Околичество импульсов; д 3 - шаг. Впредлагаемом устройстве шаг Л 5 выбирается из условия й 5 = 1. = 1 м, где1. - .расстояние между объективами устройства. Сигнал со схемы 27 через 25элемент 57 задержки, настроенный навремя, необходимое для срабатываниятриггера 29, поступает на входы счиЪтывания счетчиков 59 и 60. При этомс выхода счетчика 59 снимается инфор- З 0мация о пройденном пути 8 , а с выхода счетчика 60 - информация о времени прохождения объектом расстояния,равного= 1 м, выражаемого черезчисло импульсов и. Так как Т = и/Г5 1и Ч = - = -, где Т время," 1 - часптота генератора 30, то количество им"пульсов п со счетчика 60 поступаетна блок 61 деления 1 на и и на выходе блока 61 имеем информацию о линейной скорости движения объекта Ч, Сигнал с выхода элемента 57 задержкитакже поступает на элемент 58 задержки, настроенный на время, необходимое для вычисления скорости Ч, и поистечении которого сигнал с элемента58 задержки обнуляет счетчик 60,60 Яства, в него введены в первый индюрмационно-измерительный канал последовательно установленные на одной оптической оси объектив, преобразова-., тель оптического изображения, светофильтр, транспарант, мультипликатор, матрица М анализирующих оптических масок, матрица М канальных линз, матрица М канальных фотодетекторов, выходы которых являются выходами первого информационно-измерительного какала, второй информационно-измерительный канал состоит из блока управленйя и последовательно установленных на одной оптической оси двухкоорди натного дефлектора, объектива, преобразователя оптического изображения, светофипьтра,вращателя иэображения, транспаранта, мультиплексора, матрицы Б .анализирующих оптическихмасок,матрицы Б канальных линз, матрицы М канальных фотодетекторов, выходы которых являются выходами второго информационно- измерительного канала, первый и второй выходы блока управления соединены с первым и вторым входами двухкоординатного дефлектора соответственно и с первым и вторым входами блока определения параметров движения соответственно, третий выход блока управления соединен с входом вращателя изображения и с третьим входом блока определения параметров движе" ния, М выходы первого информационно- измерительного канала соединены с М первыми входами коррелятора, М вы ходы второго информационно-измеритель ного канала соединены с М вторыми входами коррелятора, выход которого соединен с четвертым входом блока определения параметров движения, первый и второй выходы которого соедине ны с третьим и четвертым входами кор релятора, третий выход блока опреде ления параметров движения соединен с входом блока управления, пятый вход блока определения параметров движе ния соединен с входом устройства,2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что коррелятор состоит иэ блока памяти, блока вычис ления корреляционной функции, блока сравнения и двух линеек электронных ключей, М первые входы коррелятора через первую линейку электронных ключей соединены с входами блока па мяти, выходы которого соединены с . первымн входами блока вычисления кор14221 3. Устройство по п.1, о т л и Ч а ю щ е .е с я тем, что блок определения параметров движения объекта содержит блок программных переклюЧений, первый вход которого является пятым инФормационным входом бло ка определения параметров движения объекта, первый, второй, третий вы Ходы блока программных переключений являются первым, вторым и третьим Эыходами блока определения параметров движения соответственно, генератор тактовых импульсов, элемент И, блок определения пути и линейной скерости,20 9реляционной Функции, другие входы коррелятора через линейку электронных ключей соединены с вторыми входами блока вычисления корреляционной Функ 5 ции, выход которого соединен с входом схемы сравнения, выход которой является выходом коррелятора, третий н четвертый входы коррелятора являются входами первой и второй линеек электронных ключей соответственно,60 10блок определения угловой скорости итриггер, четвертый вход блока определения параметров движения соединены .с вторым входом блока программныхпереключений, с вторым входом блокаопределения пути и линейной скоростии с первым входом триггера, второйвход которого соединен с четвертымвыходом блока программных . переключений, прямой выход триггера соединенс первым входом элемента И, выходгенератора тактовых импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входомблока определения пути и линейнойскорости, выход которого является первым выходом устройства, инверсный выход триггера связан с четвертым входом блока определения угловой скорости, выход которого является вторымвыходом устройства, первый, второй,третий входы блока определения угловой скорости являются первым, вторым,третьим входами блока определенияпараметров движения.НИИПИ Госуда по делам из35, Москва,твенного комитета СССРретений и открытий35, Раушская наб д, 4/5