СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ И/ИЛИ СКОРОСТИ УДАЛЕННОГО ОБЪЕКТА
METHOD OF DETERMINING RANGE AND/OR SPEED OF REMOTE OBJECT

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.
i
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 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
cp2
cp1
1/2
1/2
и определяют скорость объекта V по формуле V=c(t-t)/2T, где с - скорость света, T - 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.
i
i
i
i
i
i
0
0
R
R
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 между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения, при каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени T, в которые производят посылки лазерных импульсов, регистрируют значения измеренных интервалов t в серии n зондирований, после завершения серии для каждого зондирования определяют отсчеты дальности R=c·t/2, где с - скорость света, интерполируют полученные выборочные значения R линейной зависимостью вида R*(Т)=R*+V*T, где R* - оценка дальности в начальный момент периода измерения, V* - оценка средней скорости объекта за время измерения, Т - текущее время, устанавливают величину ΔR допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции, причем ΔR=qσ, где q - коэффициент, определяемый заданной вероятностью безошибочного измерения, σ - среднеквадратическая ошибка измерения дальности в каждом из замеров, после чего определяют модули
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
0
0
ΔR=/R(T)-R*(T)/ отклонения замеров R(T) от соответствующих интерполированных значений R*(T), аннулируют замеры, в которых ΔR>ΔR, и повторно интерполируют оставшиеся выборочные значения дальности зависимостью вида R**(Т)=R**+V**T, по которой судят об уточненных значениях дальности R** и скорости V** объекта.
i
При необходимости процедуру корректировки интерполирующей зависимости повторяют два или более раз и прекращают этот процесс, когда все оставшиеся замеры отвечают условию ΔR<ΔR.
i
i
i
i
Вместо аннулированных замеров R(T) можно регистрировать и использовать при последующей интерполяции интерполированные значения R*(T).
j
j
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 ±ΔR. Звездочкой показано интерполированное значение отсчета , соответствующего ложному замеру RT, отклонение которого от  превышает заданный допуск ΔR.
1
i
n
i
i
i
i
*
В моменты текущего времени T, …T, …T производят зондирование объекта, регистрируют моменты T, определяют и регистрируют измеренные значения временных интервалов t между моментами излучения зондирующего импульса и приема отраженного объектом импульса, определяют отсчеты дальности R и интерполируют их линейной зависимостью от текущего времени R(Т). Заранее или в зависимости от решаемой задачи определяют величину допуска ±ΔR. Сравнивают каждый отсчет дальности R с соответствующим интерполированным значением  и, если их разность превышает величину ΔR, то аннулируют такие отсчеты.
j
j
На чертеже показан отсчет R, произведенный при j-м зондировании в момент времени T и отклоняющийся от интерполированного значения  на величину, превышающую заданный допуск ΔR. Такая процедура может быть проведена повторно, если после корректировки остались выборки, не удовлетворяющие условию
Пример 1.
0
Истинная траектория цели в условных единицах описывается зависимостью R=1+Т, то есть R=1; V=1.
В результате восьми зондирований зарегистрированы следующие результаты.
Таблица 1
i
1
2
3
4
5
6
7
8
Т<sub>i</sub>
0
1
2
3
4
5
6
7
R<sub>i</sub>
1
2
10
4
3
0
8
6
Линейная интерполяция этих данных по методу наименьших квадратов [3] дает значения ; .
*
i
i
Определяют по формуле  интерполированные значения дальности для моментов времени T=T, а также отклонения результатов измерений R от этих значений.
Таблица 2
T<sup>*</sup>=T<sub>i</sub>
0
1
2
3
4
5
6
7
<img file="00000011.tif" he="6" wi="5" img-content="undefined" img-format="tif" />
2,83
3,24
3,64
3,44
4,45
4,86
5,26
5,67
<img file="00000012.tif" he="6" wi="16" img-content="undefined" img-format="tif" />
-1,83
-1,24
6,36
0,56
-1,45
-4,86
2,74
0,33
R
R
3
6
Устанавливают допустимое отклонение. Например, при среднеквадратической ошибке измерения дальности σ=1 и заданной вероятности ошибочного измерения не более 0,99 максимальная ошибка измерения дальности ∆R~3σ=3 м. Этому условию не удовлетворяют результаты измерений R(T=2)=10 и R(T=5)=0. Аннулируют эти замеры и повторно производят линейную интерполяцию оставшихся шести результатов измерений.
Таблица 3
i
1
2
3
4
5
6
T<sub>i</sub>
0
1
3
4
6
7
R<sub>i</sub>
1
2
4
3
8
6
**
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.