Способ навигационного измерения расстояния по нормали между протяженным объектом и точкой поверхности исполнительного механизма и автоматический навигатор для измерения расстояния по нормали между протяженным объектом и точкой поверхности исполнительного механизма

 

Относится к области автоматического управления исполнительными механизмами и могут быть использованы в контрольно-измерительных и транспортных работах, а также в системах безопасности дорожного движения. Сущность способа навигационного измерения расстояния по нормали между протяженным объектом и точкой поверхности исполнительного механизма заключается в том, что осуществляют измерение дальностей с использованием двух дальномеров, приемно-передающие антенны которых размещены в корпусе исполнительного механизма, и подключены соответственно к двум каналам измерения и расположены друг от друга на базовом расстоянии d и на неодинаковых расстояниях от опорной измерительной оси исполнительного механизма, главные лепестки диаграмм направленности антенн устанавливают в направлениях параллельных друг другу, причем точку установки приемо-передающий антенны первого канала измерения дальности r₁ располагают справа и на большем расстоянии от опорной измерительной оси исполнительного механизма, чем приемо-передающую антенну второго канала измерения дальности r₂; измерение дальностей r₁ и r₂ производят синхронно и во времени, а расстояние по нормали между протяженным объектом и контролируемой точкой поверхности исполнительного механизма вычисляют по формуле где l - секторное расстояние по базе d между первой приемо-передающей антенной и проекцией на базу d точки сканирования контролируемой поверхности исполнительного механизма; С_п - конструктивная постоянная, зависящая от заданного секторного расстояния и профиля контролируемой поверхности исполнительного механизма, k₁ и k₂ - конструктивные постоянные, зависящие от размещения измерителей дальностей в корпусе исполнительного механизма. Автоматический навигатор содержит первый и второй дальномеры 2, 3, вычислитель 4, генератор 5, формирователь конструктивных констант k₁ и k₂d, первый и второй квадраторы 7 и 8, первый и второй операционные усилители 9, 10, первый и второй сумматоры 11, 12, первое и второе усилительные звенья 13, 14, деквадратор 15, делитель 16, умножитель 17. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения относятся к области автоматического управления исполнительными механизмами и могут быть использованы в контрольно-измерительных и транспортных роботах, а также в системах безопасности дорожного движения.

Цель изобретения повышение точности измерений расстояний по нормали к протяженному объекту за счет учета профиля поверхности исполнительного механизма.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Осуществляют измерения дальностей до протяженного объекта с использованием двух дальномеров, приемо-передающие антенны которых размещены в корпусе исполнительного механизма и подключены соответственно к двум каналам измерения. Приемо-передающие антенны дальномеров располагают друг от друга на базовом расстоянии d и на неодинаковых расстояниях от опорной измерительной оси исполнительного механизма, причем точку установки приемо-передающей антенны первого канала измерения дальности r₁ располагают справа и на большем расстоянии от опорной измерительной оси исполнительного механизма, чем приемо-передающую антенну второго канала измерения дальности r₂, а главные лепестки диаграмм направленности приемо-передающих антенн устанавливают в направлениях, параллельных друг другу, причем измерение дальностей r₁ и r₂ производят синхронно и во времени, а расстояния по нормали между протяженным объектом и контролируемой точкой поверхности исполнительного механизма вычисляют по формуле где l секторное расстояние по базе d между первой приемо-передающей антенной и проекцией на базу d точки сканирования контролируемой поверхности исполнительного механизма; С_n конструктивная постоянная, зависящая от заданного секторного расстояния l и профиля контролируемой поверхности исполнительного механизма; k₁, k₂ конструктивные постоянные, зависящие от размещения измерителей дальностей в корпусе исполнительного механизма.

На чертеже представлена схема автоматического навигатора. Приняты следующие обозначения: 1 протяженный объект; 2 и 3 первый и второй дальномеры; 4 вычислитель, 5 генератор, 6 формирователь конструктивных констант k₁ и k₂d, 7 и 8 первый и второй квадраторы, 9 и 10 - первый и второй операционные усилители, 11 и 12 первый и второй сумматоры, 13 и 14 первое и второе усилительные звенья, 15 деквадратор, 16 делитель, 17 умножитель.

Автоматический навигатор для измерения расстояний по нормали между протяженным объектом 1 и точкой поверхности исполнительного механизма содержит два дальномера 2 и 3 и вычислитель 4.

Вычислитель 4 содержит генератор 5, формирователь конструктивных констант k₁ и k₂d 6, первый и второй квадраторы 7 и 8, первый и второй операционные усилители 9 и 10, первый и второй сумматоры 11 и 12, первое и второе усилительные звенья 13 и 14, деквадратор 15, делитель 16, умножитель 17.

Выход генератора 5 соединен со входами обоих дальномеров 2 и 3. Выход первого дальномера 2 соединен с вычитающим входом первого 9 и суммирующим входом второго 10 операционных усилителей. Выход второго дальномера 3 соединен с первым суммирующим входом первого 9 операционного усилителя, выход которого объединен со входом первого квадратора 7 и входом первого усилительного звена 13, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 11. Второй вход первого сумматора 11 соединен с выходом второго операционного усилителя 10. Выход первого сумматора 11 соединен с первым входом умножителя 17. Первый выход формирователя конструктивных констант 6 объединен со входом второго усилительного звена 14 и вторым входом умножителя 17, выход которого соединен с первым входом делителя 16. Второй вход делителя 16 соединен с выходом второго сумматора 12 через деквадратор 15. Первый вход второго сумматора 12 соединен с выходом первого квадратора 7. Второй вход второго сумматора 12 соединен с выходом второго усилительного звена 14 через второй квадратор 8. Второй выход формирователя конструктивных констант 6 объединен со вторым суммирующим входом первого 9 и вычитающим входом второго 10 операционных усилителей.

Работа автоматического навигатора происходит следующим образом. Дальномеры 2 и 3 жестко закреплены между собой на базовом расстоянии d друг от друга и размещаются в корпусе исполнительного механизма (не показан). Главные лепестки диаграмм направленности приемо-передающих антенн (не показаны) дальномеров 2 и 3 устанавливают в направлениях, параллельных друг другу. По переднему фронту импульса генератора 5 дальномеры излучают синхронно и синфазно зондирующие импульсы. Эти импульсы распространяются в параллельных друг другу направлениях.

Отражаясь от протяженной поверхности 1, зондирующие импульсы воспринимаются приемниками дальномеров 2 и 3. Дальномеры преобразуют времена задержек зондирующих импульсов в аналоговые электрические сигналы, адекватные измеренным расстояниям r₁ и r₂, которые поступают на соответствующие входы первого 9 и второго 10 операционных усилителей. На соответствующие другие входы второго операционного усилителя 10 подаются напряжения, соответствующие величине конструктивной постоянной (+-Сn).

На второй вход второго операционного усилителя 10 подается с выхода формирователя конструктивных констант 6 напряжение, соответствующее величине конструктивной постоянной k₂d. Коэффициент передачи (усиления) второго операционного усилителя 10 устанавливается равным d. Усиленное в d раз напряжение, пропорциональное разности сигналов, формируемых первым дальномером 2 и формирователем конструктивных констант 6, поступает на второй вход сумматора 11, на первый вход которого поступает усиленный в l раз сигнал с выхода операционного усилителя 9. Амплитуда этого сигнала пропорциональна разности сигналов, формируемых дальномерами 2 и 3 с поправкой на величину, соответствующей конструктивной постоянной k₂d.

Коэффициент усиления первого усилительного звена 13 устанавливается равным l, а второго усилительного звена 14 равным d.

Напряжение, амплитуда которого равна сумме входных сигналов, с выхода первого сумматора 11 поступает на первый вход умножителя 17, на второй вход которого приходит сигнал, амплитуда которого соответствует величине конструктивной постоянной k₁. На выходе умножителя 17 появляется напряжение, уровень которого соответствует произведению амплитуд входных сигналов. Этот сигнал поступает на первый вход делителя 16.

Усиленный усилительным звеном 14 в d раз сигнал, соответствующий величине конструктивной постоянной k₁, поступает на второй квадратор 8. С выхода второго квадратора 8 напряжение, уровень которого равен произведению амплитуды входного сигнала на самое себя суммируется на втором сумматоре 12 с сигналом первого квадратора 7, уровень напряжения на выходе которого равно произведению амплитуды сигнала с выхода первого операционного усилителя 9 на самое себя. Напряжение, уровень которого равен сумме сигналов с выхода первого 7 и второго 8 квадраторов, поступает на вход деквадратора 15. На выходе деквадратора 15 формируется напряжение, равное по величине квадратному корню из входного напряжения и на выходе делителя 16 формируется аналоговый сигнал, амплитуда которого адекватна величине расстояния по нормали N между контролируемой точкой исполнительного механизма (не показан) и протяженным объектом 1.

Контролируемая точка задается во внутренних координатах исполнительного механизма Cn=f(l), где l может задаваться в интервале l[0,d].. Изменив величину l, мы задаем новый коэффициент усиления первого усилительного звена 13 и переходим к другой контролируемой точке исполнительного механизма. Тем самым определяется нормальное расстояние до этой новой точки, не производив новых измерений дальностей.

Таким образом, автоматический навигатор позволяет осуществить внутреннее сканирование контролируемой поверхности исполнительного механизма по одному разовому замеру дальностей.

Это позволяет повысить точность измерений расстояний по нормали к протяженному объекту с учетом профиля поверхности исполнительного механизма.

Информация, принятая во внимание: 1. Автономные допплеровские устройства и системы навигации летательных аппаратов. Под редакцией В.Е. Колчинского. М. Соврадио, 1975, 2.6.

Формула изобретения

Способ навигационного измерения расстояния по нормали между протяженным объектом и точкой поверхности исполнительного механизма, осуществляющий измерения дальностей до протяженного объекта с использованием двух дальномеров, приемопередающие антенны которых размещены в корпусе исполнительного механизма и подключены соответственно к двум каналам измерения, отличающийся тем, что приемопередающие антенны располагают друг от друга на базовом расстоянии d и на неодинаковых расстояниях от опорной измерительной оси исполнительного механизма, причем точку установки приемопередающей антенны первого канала измерения дальности r₁ располагают справа и на большем расстоянии от опорной измерительной оси исполнительного механизма, чем приемопередающую антенну второго канала измерения дальности r₂, а главные лепестки диаграмм направленности приемопередающих антенн устанавливают в направлениях, параллельных друг другу, причем измерение дальностей r₁ и r₂ производят синхронно во времени, а расстояния по нормали между протяженным объектом и контролируемой точкой поверхности исполнительного механизма вычисляют по формуле
где l секторное расстояние по базе d между первой приемопередающей антенной и проекцией на базу d точки сканирования контролируемой поверхности исполнительного механизма; C_n конструктивная постоянная, зависящая от заданного секторного расстояния l и профиля контролируемой поверхности исполнительного механизма; k₁, k₂ конструктивные постоянные, зависящие от размещения измерителей дальностей в корпусе исполнительного механизма.

2. Автоматический навигатор для измерения расстояния по нормали между протяженным объектом и точкой поверхности исполнительного механизма, содержащий два дальномера и вычислитель, причем выходы дальномеров соединены с соответствующими входами вычислителя, отличающийся тем, что вычислитель содержит генератор, формирователь конструктивных констант k₁ и k₂d, первый и второй квадраторы, первый и второй операционные усилители, первый и второй сумматоры, первое и второе усилительные звенья, деквадратор, делитель и умножитель, причем выход генератора соединен со входами обоих дальномеров, выход первого дальномера соединен с вычитающим входом первого и суммирующим входом второго операционных усилителей, выход второго дальномера соединен с первым суммирующим входом первого операционного усилителя, выход которого объединен со входом первого квадратора и входом первого усилительного звена, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход первого сумматора соединен с выходом второго операционного усилителя, а выход первого сумматора соединен с первым входом умножителя, первый выход формирователя конструктивных констант объединен со входом второго усилительного звена и вторым входом умножителя, выход которого соединен с первым входом делителя, второй вход делителя соединен с выходом второго сумматора через деквадратор, первый вход второго сумматора соединен с выходом первого квадратора, второй вход второго сумматора соединен с выходом второго усилительного звена через второй квадратор, причем второй выход формирователя конструктивных констант объединен со вторым суммирующим входом первого и вычитающим входом второго операционных усилителей.

РИСУНКИ

Рисунок 1