Устройство для измерения параметров движения объекта

3 151169230, блок Э 1 определения пути и линейной скорости (БОПЛС), блок Э 2 определения угловой скорости, блок 33 определения скорости СО 3.5Блок 27 программных переключений(фиг. 4) содержит триггеры 34-37,элементы И 38, 39, элемент ИЛИ 40,усилители 41 и 42, элементы 43 и 44задержки. 10Блок 31 определения пути и линейной скорости (фиг. 5)содержит элемент 45, 46 задержки, счетчики 47,48, и блок 49 деления,.Блок 32 определения угловой скорости (йиг. 6) содержит элемент И-НЕ50, элементы И 51, 52, преобразователи 53, 54 аналог - код, счетчики55, 56, элемент 57 задержки, блок 58вычисления. 20Блок 33 опрецеления скорости ы(фиг. 7) содержит первую 59, вторую60 линейки электронных ключей, блок61 памяти, блок 62 вычисления Ианалог-цифровой преобразователь 63.Оптические входы объектива 1 идвухкоординатного дефлектора 9 являются первым и вторым входами устройства соответственно, Выходы блоков31 и 32 являются первым и вторым вы"ходами устройства,Двухкоординатный дефлектор 9 предназначен для сканирования визирнойосью объектива 10 по двум взаимноперпендикулярн;направлениям - по 35горизонтали и пс, вертикали.Преобразователи 2 и 11 вместе сосветофильтрами 3 и 12 соответственно позволяют осуществлять переход отодного диапазона на световых волн к . 40другому, например . от инфракрасногок видимому,Блок 18 управления предназначенгЭ для управления двухкоординатным дефлектором путем подачи управляющих напряжений разной частоты на его управляющие входы,Мультипликаторы 5, 14 размножают50 входное иэображение, создавая в выходной плоскости М+И идентичнь 1 х непересекающихся изображений, совпадающих с исходными с точностью до масштабного преобразования.55Матрицы 6, 15 анализирующих оптических масок, на каждой из которых записана одна из анализирующих функций Ц,(х,у), предназначены для выполнения операпий умножения на функции (х,у),Коррелятор 19 предназначен длявычисления корреляционной йункции спервого и второго объективов и выдачи сигнала совпадения на вход блока20 определения параметров движенияобъекта, если значение корреляционной функции равно или меньше порогового значения.Блок 20 определения параметровдвижения объекта предназначен дляопределения пути, линейной скоростии относительной угловой скоростидвижения объекта,Устройство работает следующим образом.В момент начала движения на информационный вход блока 20 определения параметров движения поступаетсигнал 21 - команда на измерение скорости. С третьего выхода блока 27поступает команда на включение блока18 а с первого выхода блока 27команда на открытие электронных ключей 22 и 59, Одновременно на четвертом выходе блока 27 появляется импульс, которьй переводит триггер 28в единичное состояние При этом импульсы с генератора 29 через элементИ 30 начинают поступать в блок 31;Первьй по ходу движения комплектприборов используется,цля фиксацииэталонного изображения, Ось объектива первого инйормационно-измерительного канала положения в пространст.ве не изменяет. Световой поток, промо"дулированньй входным изображением натранспаранте 4, поступает на мультипликатор 5, с выхода которого мультиплицированные изображения проектируются на матрицу 6, содержащуюМ+И анализирующих оптических масок,на каждой нз которых записана однаиз анализирующих йункций. Световоераспределение на выходе каждой маски интегрируется матрицей 7 канальнь 1 х линз и регистрируется матрицей8 канальных фотодетекторов.Зафиксированные величины с М выходов группы 1 выходов 1 матрицы 8через открытые электронные ключи 22поступают на М входов блока 24 памяти, с выхода которого поступают наМ первых входов блока 25 вычислениякорреляционной йункции а с М выходов группы 2 выходов матрицы 8 через1692 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 151 открытые электронные ключи 59 поступают на И входов блока 61 памяти, с выхода которого поступают на И первых входов блока 62 вычисления у, Далее по командам с выходов блока 27 закрываются электронные ключи 22 и 59 и открываются электронные ключи 23. При этом на М вторые входы коррелятора 19 с М выходов группы 1 выходов матрицы 17 канальных фотодетекторов поступает проанализированное оптическими масками 15 иэображение от второго по ходу движения объектива. Визирная ось этого объектива изменяет свое положение в пространстве в двух взаимно перпендикулярных направлениях за счет работы двухкоординатного дефлектора 9, управляемого напряжениями с первого и второго выходов блока 18, причем сканирование визирной осью по вертикали осуществляется с частотой, в несколько раз большей, чем частота сканирования визирной осью по горизонтали. Сканирование визирной осью объектива необходимо в связи с тем, что объект испытывает бортовую качку и поворачивается в соответствии с дорожными условиями, это приводит к изменению ракурса изображения. Объект также совершает колебания относительно поперечной оси, это приводит к вращению изображения в поле апертуры объектива, что значительно ухудшает точность работы устройства. Для компенсации влияния этих колебаний спектральное разложение изображений проводят с помощью М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению.Проанализированное матрицей анализирующих оптических масок 15 изображение с М выходов группы 1 выходов второго информационно-измерительного канала через открытые электронные ключи 23 поступает на М вторые входы блока 25 вычисления корреляционной функции, в котором происходит вычисление корреляционной функции двух множеств, состоящих из М величин, полученных при спектральном разложении изображений с первого и второго информационно-измерительных каналов. Вычисленное значение корреляционной функции поступает в схему 26 сравнения с пороговым значением. Если вычисленное значение равно или меньше порогового значения, то во входную апертуру второго объектива попалоиэображение, зафиксированное в блоках24, 61 памяти. Со схемы 26 сравнения подается сигнал на вход установки в нуль триггера 28, на второй входблока 31 и на открытие электронныхключей 60. Триггер 28 перебрасывается и, тем самым, прекращается поступление импульсов с генератора 29 вблок 31, Одновременно по сигналу синверсного выхода триггера 28 блок32 фиксирует нагряжения с выходовблока 18, Через открытые электронныеключи 60 коэффициенты спектральногоразложения с Е выходов группы 2 выходов второго информационно-измерительного канала поступают на И вторые входы блока 62 вычисления Я .Количество импульсов, поступивших в блок 31, пропорционально линейной скорости объекта. Зафиксированные напряжения с выходов блока 18пропорциональны повороту объекта относительно вертикальной оси и углунаклона объекта относительно продольной оси. Значение угла поворота объекта относительно поперечной .оси вычисляется в блоке 33. Из этой информации в блоке 32 определения угловойскорости вычисляется относительнаяугловая скорость объекта,Выбирая соответствующие светофильтры 3, 12 и .транспаранты 4, 13, можно регистрировать изображения в широком диапазоне видимого и инфракрасного спектра, т.е, измерительное устройство может работать при любом освещении и разных метеорологическихусловиях,Блок 27 программных переключенийможет быть реализован следующим образом,Информационным сигналом для блока27 программных переключений является команда 21 оператора - "Пуск".По команде 21 "Пуск" на вход установки в единицу триггера 34 подается релейный сигнал, который переводиттриггер 34 в единичное состояние ипоступает на вход элемента ИЛИ 40,Сигнал с элемента ИЛИ 40 устанавливает триггер 36 в единичное состояние, сигнал с прямого выхода которого поступает на блок 18, на вход установки в единичное состояние триггера 28 и через элемент И 39, усилитель 41 открывает электронные ключи22, 59. Сигнал с элемента И 39 такжезапускает элемент 44 задержки, кото= рый настраивается на время записи в блоки 24, 61 памяти величин разложения входного изображения. По истечении времени записи элемент 44 задержки выдает сигнал на единичный вход триггера 37, который закрывает элемент И 39 и тем самьм обесточивает усилитель 41 и закрывает электронные ключи 22, 59, и прямой выход которого через усилитель 52 открывает электронные ключи 23.В результате корреляционного сравнения сигнал со схемы 26 сравнения поступает на единичный вход триггера 35 и переводит его в единичное состояйие. Сигнал с прямого выходатриггера 35 поступает на входы установки в нуль триггеров Зб, 37 и наэлемент 43 задержки. При этом триггер 36 переходит в нулевое состояние иснимает сигнал с единичного входа триггера 28, триггер 37 переходит в нулевое состояние, последний черезусилитель 42 закрывает электронные ключи 23. Злемент 43 задержки настраивается на время, достато,ное для ,переключения триггеров Зб, 37, По истечении времени задержки элемент 43 задержки выдает сигнал на перевод триггера 35 г нулевое состояние и сигнал на элемент И 38, по сигналу с которого нач: ается новый цикл рабо ты устройства. ло зом.Напряжение с первого и второго выходов блока 18 управления пропорциональные угловым скоростям объекта по вертикальной Ы,) и продольной Ы) осям, поступают на входы преобразователей 53, 54 аналог - код, После преобразования импульсы, пропорциональные угловым скоростям, через открытые элементы И 51, 52 поступают на счетчики 55, 56, Злементы И 51, 52 открыты за счет сигнала, который поступает с выхода элемента И-НЕ 50, вход которого связан с инверсным выходом триггера 28. По сигналу с инверсного выхода триггера 28 информация из счетчиков 55, 56 поступает в блок 58 вычисления, в который также поступает значение угловой скорости объекта относительно поперечной оси (ц) из блока 33. Блок 58 вычисляеТ 2 работает следующим обра ЗО 35 45 55 относительную угловую скорость поформулеСигнал с инверсного выхода триггера 28 также поступает на элемент 57 задержки, Время задержки выбирается необходимым для вычисления блоком 58 угловой скорости Я. По истечении времени задержки сигнал с выхода элемента 57 задержки приводит в нулевое состояние счетчики 55, 56, в исходное состояние блок 58, и блок 32 определения угловой скорости готов к новому циклу вычислений,Блок 31 определения пути и линейной скорости работает следующим образом.С выхода элемента И 30 импульсы от генератора 29 тактовых импульсов поступают на вход записи счетчика 48. В результате корреляционного сравнения в корреляторе 19 сигнал со схемы 26 поступает на вход записи счетчика 47, В счетчике 47 записывается импульс, соответствующий пройденному пути, равному 1 м, так как пройденный путь Б можно определить как Я= =И И, где И - количество импульсов, АБ - шаг. В устройстве шаг ЬЯ выбирается из условия 5 Я=1.=1 м, где Е- расстояние между объективами устройства. Сигнал со схемы 26 через элемент 45 задержки, настроенный на время, необходимое для срабатывания триггера 28, поступает на входы считывания счетчиков 4, 48. При этом с выхода счетчика.47 снимается информация о пройденном пути Б, а с выхода счетчика 48 - информация о времени прохождения объектом расстояния равного Я=1 м, выражаемого через число импульсов и, Так как Т=п/Г и Ч=Б/Т=Г/и, где Т . - время," 2 " частота ГТИ, то количество импульсов и со счетчика 48 поступает на блок 49 деления Е на и и на выходе блока 49 имеем информацию о линейной скорости объекта 7. Сигнал с вы - хода элемента 45 задержки также поступает на элемент 46 задержки, настроенный на время, необходимое для вычисления скорости Ч и по истечении которого сигнал с элемента 46 задержки обнуляет счетчик 48. Ф о р м у л а изобретения1, Устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее915116два информационно-измерительных канала, коррелятор и блок определенияпараметров движения, первый информационно-измерительный канал состоит5из последовательно установленных наодной оптической оси объектива, преобразователя оптического изображения, светофильтра, транспаранта,мультипликатора, матрицы И анализиру пющих оптических масок, матрицы И канальных линз, матрицы И канальныхфотодетекторов, второй информационно-измерительный канал состоит изблока управления и последовательноустановленных на одной оптическойоси двухкоординатного дефлектора,.объектива преобразователя оптического изображения, светофильтра, транспаранта, мультипликатора, матрицы И 20анализирующих оптических масок, матрицы И канальных линз, матрицы И канальных фотодетекторов, блок определения параметров движения выполнениз блока программных переключений, 25первый вЫход которого соединен спервым входом триггера, прямой выходкоторого и выход генератора тактовыхимпульсов соединены с входами элемента И, выход которого подключен к первому входу блока определения путии линейной скорости, инверсный выходтриггера подключен и первому входублока определения угловой скорости,три других выхода блока программныхпереключений соединены с тремя выходами блока определения параметровдвижения, два входа которых соединены с двумя входами блока определенияугловой скорости, а третий вход сое Одинен с входами блока программныхпереключений, вторым входом триггера и вторым входом блока определенияпути и линейной скорости, первый ивторой вьмоды блока управления соедииены с первым и вторым входами двухкоординатного дефлектора и с первым 92 1 Ои вторым входами блока определения параметров движения соответственно, выход коррелятора соединен с третьим входом блока определения параметров движения, первый ч второй выходы которого соединены с первым и вторым выходами коррелятора, третий выход блока определения параметров движения соединен с входом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, в него введены в каждый информационно-измерительный канал матрица М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению, матрица М канальных линз, матрица М канальных фотодетекторов, входы матриц М анализирующих оптических масок, инвариантных к вращению, оптически соединены с выходами соответствующих мультипликаторов, выходы матрицы М канальных фотодетекторов соединены соответственно с первой и второй группами входов коррелятора, выходы матриц И канальных фотодетекторов первого и второго информационно-измерительного каналов соединены соответственно с первой и второй группой информационных входов блока определения параметров движения.2, Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в блок определения параметров движения объекта введен блок определения скорости объекта относительно поперечной оси, первая и вторая группа входов, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первой и второй группами информационных входов, с третьим входом блока определения параметров движения и с первым выходом блока програклных переключений, а вьжод блока определения скорости объекта относительно поперечной оси подключен к четвертому входу блока определения угловой скорости.4 ОУ 40 фваг РыхаМ г танк пм йсхИобг ЮюФыа. Хктор М.Келем Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 1 О Заказ 5898/49 Т ВНИИПИ Государственного113035 комитета но изобрете Москва, Н, Раушск Фиг,аКорректор Н,Король Подписноеиям и открытиям при ГКНТ СССРя наб., д. 4/5