Устройство для преобразования координат объекта

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 031080 (21) 2989671/18-24 151 М. КЛ,З с присоединением заявки Нов 6 Об Г 15/20 0 Об Г 7/548 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150882(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ ОБЬЕКТАИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных средствах,информационно-измерительных систем и радиоэлектронных устройствах,При решении ряда задач управления и измерения возникает необходимость моделирования взаимного перемещения объектов с последующим пересчетом координат одного подвижного объекта относительного другого подвижного объекта, например в счетно-решающих устройствах тренажеров. Определение полярных координат подвижного объекта относительно другого сводится к нахождению текущей дальности От (отрезок АВ) и текущего угла а(т (угол ) АВ), где А - точка местоположения объекта А через время с, В точка местоположения объекта В через время с. В начальный момент с точкой состояния объекта А связана некоторая неподвижная система координат начало которой совпадает с точкой А. Местоположение объекта В на плоскости относительно точки стояния объекта А задается начальными полярными координатами дальности ОО (отрезок АВ) и угла с(.о между осью о,и и отрезком АВ. При этом скорости и направления перемещения объектов А и В выражаются через векторы ЧА и ЧВ в плоскости 1 о.5 Для решение задачи первоначально векторы ЧА и Ч раскладываются на ортоВгональные составляющие с последующим. вычитанием их координатЧЦ = Ч Р5 1 и оСВ- Чй. 5 1 и Ф А10 Ч,1 =ЧВ со 5 св-ЧА со 5 о( Агде Чь и Чм - ортогональные составляющие результирующего вектора скорости.Далее производится интегрированиесоставляющих ре ультирующего вектораскорости за+время сд" 3 ч дс д 1 бс (2),где д и дс) приращение координатобъекта В относительно объекта А. Одновременно с разложением векторов Ч,и ЧВпроизводится разложение начальной дальности О на координатные осио) и о-Э 61 пс( о ,И 1.зосоо (ь) 25 . Торые суь 1 ируются с координата,д и дН, т.е. в результате получа.ей выаженияФ =О 51 и ст,+ (Ч 5 ис(в-ЧА 5 и с 1 д)дС, Ф 1 =Оо с 05 со (чв совсГв чд со 5 о(А) ос, Зо (4)представляющие собой координаты объекта В Относительно объекта А в прямоугольных координатах, которые вдальнейшем преобразуются в полярныеК. а гс 19-,(5)О+1 (6)ТТаким образом, решение задач производится в три этапа: разложение векторов ЧО,Ч,) и дистанции О,) на ортого 0нальные составляющие с последующимвычитанием векторов ЧА и ЧВ в соответствии с формулой (1); интегрирование ортогональных составляющихрезультирующего вектора скорости и 5суммирование с составляющими дистанции 00 в соответствии с формулой (4);по полученным прямоугольным составляющим определяются полярные координаты объекта В относительно объекта А 20с помощью формул (5) и (б), Следовательно реализовать укаэанную задачумоделирования взаимного перемещенияобъектов с последующим пересчетом координат одного подвижного объекта 25относительно другого подвижного объекта можно с помощью вычислительныхусТройств, осуществляющих прямое иобратное преобразования координат,а также интегрирование, 30Известно аналоговое электромехани.ческое счетно-решающее устройство, спомощью которого реализуется поставленная задача ( 1).Это устройство имеет ряд недостатков, присущих электромеханическимустройствам: значительные габариты,вес и электропотребление, невысокаянадежность, а также большие кинематические и динамические ошибки. 40Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для преобразования координат объекта, содержащее блок вычисления полярных координат, блок разложения 45векторов, первый и второй выходы ко-.торого подключены соответственно кпервому и второму входам дервого сумматора, знаковый выход которого соединен с первым управляющим входомблока разложения векторов, третий выход которого подключен к первому входу второго сумматора, и генератор импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами тактовых импульсов, синусного кода и косинусного кода блокавычисления полярных координат и блока разложения векторов, информационныевходы которого являются входамиустройства. с помощью данного устройства можно реализовать прямое и обратное преобразования координат для вычисления координат объекта (управления (3),(5),(б, Устройство реализует число-импульсный способ преобра эования координат. Оно характеризуется простотой схемного решения, высокой точностью вычисления, малыми габаритами ).21Однако с помощью этого устройства нельзя реализовать задачу моделирования взаимного перемещения объектов.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения относительных координат двух перемещающихся объектов,Указанноя цель достигается тем, что в известное устройство дополнительно введены первый и второй интеграторы, информационные входы которых подключены к выходам первого и второго сумматоров соответственно, четвертый выход блока разложения векторов соединен с вторым входом второго сумматора, знаковый выход которого подключен к второму управляющему входу блока разложения векторов,пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с входами начальной установки первого и второго ин- тегратОРОВ выходы котОрых пОдключены к информационным входам блока вычисления полярных координат, выходы которого являются выходами устройства.На фиг,1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока разложения векторов; на фиг.3 - функциональная схема блока управления, входящая в блок разложения векторов; на фиг,4 - функциональная схема интегратора; на фиг.5- функциональная схема блока вычисления полярных координат; на фиг.б геометрический чертеж решаемой задачи; на фиг.7 - временные диаграммы работы блока разложения векторов,Устройство содержит блок 1 разложения векторов, осуществляющий выработку текущих значений ортогональныхсоставляющих дистанции ОО, векторовскорости Чд и Ч в виде число.-импульсВных кодов, который состоит иэ блока2 умножения, схем 3-5 сравнения (выполненных на реверсивных счетчиках),блоков б и 7 управления, сумматоры 8и 9 (выполненные на реверсивных счетчиках), интеграторы 10 и 11 для интегрирования составляющих результирующего вектора скорости, состоящие изблока 12 приращения (выполненного науправляемых делителях частоты), блока13 управления и накопителя 14 (выполненного на реверсивных счетчиках),блок 15 вычисления полярных координат, состоящий иэ блока 1 б умножения (выполненного на управляемых делителях частоты), блока 17 сдвига, элемента ИЛИ 18, компаратора 19, сумматоров 20 и 21; генератор 22 импульсов для генерирования тактовой частоты синусного и косииусного число-импульсных кодов. Блок 2 выполнен на управляемых делителях 23 частоты, крометого, блок 1 включает элементы ИЛИ24 и И 25, Блок 6.управления выполнен на элементах 2 И-ИЛИ 26.Работа устройства производится втри этапа. Входные переменные скорости объекта А Чд, объекта В Ч и дальвности О в виде параллельных двоичных кодов поступают на информационныевходы блока 2 умножения, входящего всостав блока.1 разложения векторов 10(фиг.2), где производится умножениекодов, Чд ,"Чв и Оо на синусный и косинусный число-импульсные коды, подаваемые с выходов генератора 22 на функциональные входы 27 и 28 блока 2 умножения. Ва выходах 29-34, блока 2умножения получаем число-импульсныепоследовательности ортогональныхсоставляющих переменных Ч ,Ч и ОУдь =Ч, в ис( ТЧд) =ЯДс 0 5 4 Т,Чв =Ч 8со 5 4 Тт фУз 1 =Ч соьТт,Оо =Оо ь 1 пЫ,ТООу 1 = Оо с О 5 с(Тсф - чи ймпульсовзначению аргументамиТт - период следования тактовых импульсов.Тактовые импульсы Го постоянной частоты с выхода генератора 22 посту1пают в зависимости от значения (и) -ых разрядов полярных углов о(д 0( Вна суммирующий или вычитающий входсхем 3 и 4 сравнения, функцию которых выполняют реверсные двоичные 35счетчики, в которые в начальный момент времени заносятся коды от 1 до(и)-го разряда углов соответственно сд и с( В, при этом выходы .35 и 36запрета с (п+1,)-ых разрядов схем 3 н 44 сравнения, где п - число разрядов,равное 90 , углов ссА, с(д и Фо. Черезпромежуток времени ТЫА: 4 д. (Фиг. 70),что соответствует моменту перехода(и+1)-го разряда схемы 3 сравнения 45с нуля в единицу, блок 2 умножениязапрещает прохождению число-импульсного кода Чй ь 1 и с(Т , В результатеполученный число-импульсный код Чдз 1 и Ф А (кривая ОА, фиг.7,ц) с выхода 27 блока 2 умножения поступаетчерез блок 6 управления, выполненныйна элементах 2 И-ИЛИ 26 (фиг.3), насуммирующий или вычитающий входы сумматора 8 в зависимости от значения(и)-го разряда угла сд, а такжеот знака знакового выхода 37 сумматора 8. Одновременно на выходы сумматора 8 выхода 30 блока 2 умножения поступает число-импульсный код.Чэ ь 1 псТ , запрет прохождения которого определяет схема 4 сравнения.Момент перехода (и+1)-го разряда схемы 4 равен Т 46.-";90 -сВ) ТТ (фиг.7 фТ ) фт.е. соответствует обратному кодуугла свследовательно, на суммиру ющий нли вычитающий входы сумматора 8 в зависимости от значения (п)-го разряда угла 01, а также от знака знакового выхода 37 поступает число-импульсный код ЧВ ь 1 и с(В (кривая ВС , фиг.7,3),такая операция производится для воэможности алгебраического сум- миРованиЯ коДов Удуший УВ Ми 0(В за счет того, что вырабатываемые генератором 22 число-импульсные коды синуса и косинуса сдвинуты во времени друг относительно друга в пределах тактового импульса Т . В результате на выходе 38 сумматора 8 образуется требуемая ортогональная составляющая Ч результирующего вектора скорости уравнения (1), знак которой вырабатывается на выходе 37 знакового разряда сумматора 8, Вторая ортогональная составляющая Ч,1 результирующего вектора скорости образуется в сумматоре 9 аналогично сказанному, где участвуют схема 4 сравнения и блок 2 умножения, с выходов 29, 32 которого число-импульсные коды Чд со 4 т,Чвсоь 4 Т.кривые ВС и ОА, (фиг.7 ц,Ъ) поступают на входы сумматора 9 в зависимости от значений и и (и)-ых разрядов углов 0( А и 8, поступающих на блок 7 управления через элементы 2 И-ИЛИ 26. Таким образом, решается уравнение системы (1) Ч =Ч 51 па( Ч 5 1 иаУ =Чэ с 05 б(В Чд со 5 сзКроме того, одновременно с реализацией уравнений системы (1) происходит разложение начальной дальности Оо на ортогональные составляющие Оо 1 па(= =Оо и Оо соьсо=Оои в виде число-импульсных кодов, полученные на выходах 33 и 34 блока 2 умножения, в котором участвует схема сравнения 5, причем знаком ортогональной составляющей Она выходе 39 является (и)-ый разряд угла с(о, а знак ортогональной составляющей О 0 вырабатывается на выходе 40 элемента 26. На этом заканчивается первый этап решения задачи, в котором участвуют блок 1 разложения векторов (блок умножения 2, блоки 6 и 7 управления, схемы 3-5 сравнения), сумматоры 8 и 9 и генератор 22.Второй этап решения задачи начинается с того, что полученные число-импульсные коды Оо и О 1 записываются соответственно в интеграторы 10 и 11, т.е. число-импульсный код Ооь, поступающий на вход 41 начальной установки интегратора 10 (фиг,4), записывается через блок 13 управления на суммирующий нли вычитающий входы накопителя 14 в зависимости от знака кода Оо, поступающего на вход 42 интегратора 10, один раз, прн вычислении управлений системы (1). Аналогично записываютсякод Ор в интегратор 11. Ортогональная составляющая Ч результатирующего вектора скоростй в виде параллельного кода поступает на информационный вход 43 блока 12 приращения, ин". тегратора 10. Тактовые импульсы с5 фиксированной частотой повторения, представляющие собой приращение независимой переменной, поступают на тактовый вход 44 блока 12 приращения.Импульсы переполнения блока 12 при ращения являются выходной величиной приращения координаты и поступают через блок 13 на суммирующий или вычитающий входы накопителя 14 в зависимости от поступающего на вход 45 знака ортогональной составляющей Ч 4, а также от знакового выхода 46 накопителя 14. В результате через промежуток времени с на выходе накопителя 14 получаем выражениеФ-05 (псо 4ЧН 5 1 пс(Э Чд 5пФд) ДС знаки которого вырабатываются на выходе 46 накопителя 14, Аналогично с интегратора 11 получаем выражение25") =РоСОЯсо+ (,Ч СОЯо -Чд СОЯо)сННа этом заканчивается второй этап решения задачи, н котором участвуют интеграторы 10 и 11. 30Третий этап решения задачи начинается с того, что полученные проекциии ) в виде параллельного двоичного кода поступают на информационные входы 47 и 48 блока 15 (фиг,5), а именно на его блок 17 сдвига, где происходит сдвиг переменныхи и влево до появления старшей значащей единицы в старшем разряде, наибольшей из входных переменныхи н причем число сдвигов переменныхи 40одинаково. Далее сдвинутые коды переменныхи ) поступают на группы входов 49 и 50 (и ) ) блока 16 умножения блока Я, где произнодится умножение указанных кодов на си нусный и косинусный число-импульсные ,коды, подаваемые с выходов генерато-. ра 22 на функциональные входы 51 и 52 блока 16. На выходах 53 и 54 блока 16 умножения получаем число-импульсные кодыъм ЫиТТ и )б" СОЬоТ , которые через элемент ИЛИ, 18 поступают на вход 55 сравнения компаратора 19, функцию которого выполняет вычитающий счетчик, в который заносится в начальный момент число, равное величине ) . Через время Т после начала счета при выполнении условия60ц 1 ИК Т.1)ОСОВо) Т, .компаратор 19 устанавливается в нулевое положение и на его выходе 56 ,вырабатывается сигнал, поступающий 65 на входы останонки счета сумматора 20 и сумматора 21, на вход 57 которого поступает от генератора 22 фик" сиронанная частота 10 . Таким образом,на выходе сумматора 21 за время сче- та Т накапливается число импульсов Ы=/Т /Тт, равное углус(т =агссд, ОдФ.нонремейно на выходах 58 и 59 блока 16 вырабатываются число-импульсные кодысоэ О,Т . и 11 соь,Ф.Т., поступающие на входы сумматора 20, функцию которого выполняет реверсный двоичный счетчик, куда в начальный момент заносится величина, равная причем код произведения соэ Ытт подается на счетный вход вычитания, а код произведенияМИ с(.,Т - на счетный вход сложения. Прй поступлении сигнала остановки счета с выхода52 компаратора 19 на вход остановкисчета сумматора 20 на разрядных выходах последнего получаем величину со ьс(Т.+ Ц 5пс( Т. равную значению исковой дальности 01 Максимальное значение угла, который может накапливать сумматор 21, 90 . На этому заканчинается третийэтап задачи, в котором участвует блок15 (блок 17 сдвига, блок 16 умножения, элемент ИЛИ 18, компаратор 19, сумматоры 20 и 21) и генератор 22,Внедение в устройство первого и второго интеграторов и наличие указанных связей между блоками по сраннению с прототипом расширяет функциональные возможности путем моделирования взаимного перемещения объектов,что позволяет применять предлагаемоеустройство в качестве вычислителя нтренажерах для обучения оператороврадиолокационных станций,Формула изобретенияУстройство для преобразования координат объекта, содержащее блок вычисления полярных координат, блок разложения векторов, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам перного сумматора, знаковый выход которого соединен с перным управляющим входом блока разложения векторов,третий выход которого подключен к первому входу второго сумматора, и генератор импульсов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами тактовых импульсов, синусного кода и косинус- ного кода блока вычисления полярных координат и блока разложения векторов, информационные входы которогоявляются входами устройства, о т л ич а,ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных нозможностей за счет определения относительныхкоординат двух перемещающихся объектов, в него введены первый и второй интеграторы, информационные входы которых подключены к выходам первого и второго сумматоров соответственно, четвертый выхбд блока разложениявекторов соединен с вторым входом 5 второго сумматора, знаковый выход которого подключен к второму управляющему входу блока разложения векторов, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с входами на- р чальной установки первого и второго интеграторов, выходы которых подключены к информационным входам блокавычисления полярных координат, выходы которого являются выходами устройства. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Поляков В.Е. Тренажеры н имитаторы ВМФ. Техническое описание,1969, с.47-81.2. Авторское свидетельство СССР9 726534, кл. С 06 Г 15/20, 1971.4 л.Проектная Патент", г.ужгор Филиал б Тираж 731 ИИПИ Государстве по делам иэобрет 3035, Иосква, ЖПодпого комитета СССРий и открытийРаушская наб.,