Способ автономного определения скорости движения наземного транспортного средства
METHOD FOR AUTONOMOUS DETERMINING GROUND VEHICLE SPEED

Изобретение относится к области наземной навигации и может быть использовано в автономных системах наземной навигации, в которых требуется определение с высокой точностью скорости движения и пройденного расстояния наземным транспортным средством (НТС). Для этого используется комплексирование нескольких измерителей параметров движения.
Комплексные навигационные системы (КНС) вследствие имеющейся в них избыточной информации, наличия соответствующих корректирующих цепей и автоматической обработки навигационной информации позволяют получить более точные результаты измерений параметров навигации, чем любой отдельный измеритель [1].
В качестве дополнительных измерителей могут использоваться измерители, основанные на различных физических принципах определения параметров движения НТС.
Известно множество реализаций КНС для наземных транспортных средств, в которых для определения скорости используются измерители, основанные на различных физических принципах: механический датчик скорости/пути (МДС/МДП) [2, 3], доплеровский датчики скорости [3], измерители скорости на основе акселерометров [4], корреляционно-экстремальные измерители скорости [5] и др. Каждый из датчиков имеет свои достоинства и недостатки [2].
Известен «Способ определения скорости движения наземного транспортного средства», где для повышения точности определения скорости НТС используется совместная работа механического и оптоэлектронного датчиков скорости (ОЭДС) [6].
Принцип работы ОЭДС основан на измерении времени задержки τ появления электрических сигналов (импульсов) на выходах первого и второго каналов ОЭДС, на входы которых (оптоэлектронные матрицы) поступают отраженные от дорожного покрытия, освещаемого микропрожекторами ОЭДС, световые потоки Φ(t) и Φ(t+τ).
Оптоэлектронные матрицы установлены на НТС и разнесены на его шасси на строго определенное расстояние  относительно друг друга в продольном направлении по ходу движения НТС. Тогда скорость V движения НТС может быть определена ОЭДС в соответствии с формулой
.
Основное отличие принципа действия ОЭДС от других близких по принципам измерения скорости датчиков, например, от корреляционно-экстремальных измерителей скорости заключается в том, что оценивается не вся совокупность сигналов на выходах обоих каналов ОЭДС, а лишь отдельные, характерные импульсы, имеющие достаточно большие амплитуды отраженных сигналов.
Механический датчик скорости является достаточно надежным и простым измерителем скорости. Конструктивно существующие в настоящее время МДП и МДС не отличаются, разница между ними состоит лишь в принятом алгоритме обработки их выходных сигналов. Так, количество импульсов на выходе МДП пропорционально пройденному НТС расстоянию, а количество импульсов на выходе МДП в единицу времени - пропорционально скорости НТС, то есть:
где S - пройденное НТС расстояние;
K - номинальное значение масштабного коэффициента МДС/МДП, хранящееся в вычислительном устройстве (численно равное расстоянию, проходимому НТС за время между двумя ближайшими импульсами на выходе МДС/МДП);
N - число импульсов на выходе МДС за время движения НТС;
МДС
V - текущая скорость НТС, определяемая МДС;
*
N - число импульсов в секунду на выходе МДС.
Однако МДС имеет ряд методических погрешностей в определении скорости [2], одной из которых является погрешность из-за изменения радиуса колеса вследствие нарушения давления в шинах в процессе движения НТС. Если в процессе движения транспортного средства не калибровать данный датчик (не уточнять масштабный коэффициент К), то скорость НТС, определенная по показаниям МДС в периоды, когда ОЭДС не функционирует, может существенно отличаться от фактической [2, стр. 86].
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является «Способ определения скорости движения наземного транспортного средства» [7], в котором используется основной измеритель, работающий непрерывно во время движения НТС, а также дополнительный измеритель, работающий периодически. В качестве основного используется механический датчик скорости, который является достаточно надежным и простым измерителем при относительно невысокой точности измерений. Он, кроме этого, вырабатывает прогнозируемые значения отрезков интервалов времени, в течение которых должны производиться необходимые измерения скорости движения вторым более точным измерителем. В качестве такого дополнительного измерителя используется оптоэлектронный датчик скорости. При этом периодичность измерений высокоточным измерителем определяют на основе сравнения уровней сигналов второго канала высокоточного измерителя относительно первого канала и при их расхождении, превышающем пороговый уровень, отключают более высокоточный измеритель.
Недостатки рассмотренного способа связаны, в первую очередь, с тем, что более высокоточный измеритель не может работать непрерывно вследствие воздействия на ОЭДС таких внешних неблагоприятных условий эксплуатации, как наличие на дорожном покрытии воды, льда, свежего снега и пр. При освещении минипрожекторами ОЭДС дорожного покрытия отраженные сигналы от его неоднородностей могут быть либо слабыми, либо вовсе отсутствовать. В этом случае целесообразно точный измеритель скорости, то есть ОЭДС, заблокировать, чтобы исключить ошибочную коррекцию МДС.
Таким образом, во время движения НТС измерения параметров навигации, производимые точным оптоэлектронным измерителем, могут искажаться либо вовсе отсутствовать при воздействии внешних неблагоприятных дорожных условий. В случае неработоспособного состояния ОЭДС или неблагоприятных для него дорожных условий (вода, солнечные блики и др.) измерение им не производится, он выключается на некоторый период движения НТС. Во время движения НТС ухудшается также точность определения скорости на основе МДС вследствие изменения масштабного коэффициента МДС под воздействием рассмотренных выше причин.
Целью настоящего изобретения является повышение точности определения скорости движения НТС в периоды, когда оптоэлектронный датчик скорости не функционирует.
В предлагаемом способе используются два измерителя скорости - основной и дополнительный. При этом непрерывное измерение скорости движения объекта осуществляется основным и периодическое измерение с высокой точностью дополнительным измерителями, и при этом используют измерение времени задержки сигнала второго канала относительно первого - высокоточным измерителем в определенных границах временных интервалов, предварительно определенных менее точным измерителем скорости, а периодичность измерений высокоточным измерителем определяют на основе сравнения уровней сигналов второго канала высокоточного измерителя относительно первого канала и при их расхождении, превышающем пороговый уровень, отключают более высокоточный измеритель. При расхождении в показаниях механического и оптоэлектронного датчиков скорости, превышающих определенный уровень, поддерживается постоянная скорость движения наземного транспортного средства в течение заданного промежутка времени по информации механического датчика, определяются среднее значение скорости по показаниям оптоэлектронного датчика скорости, а также среднее значение числа импульсов в секунду по показаниям механического датчика скорости, после чего осуществляется калибровка механического датчика скорости.
Данная калибровка осуществляется следующим образом.
При расхождении в показаниях механического и оптоэлектронного датчиков скорости, превышающих определенный уровень, наземное транспортное средство должно поддерживать по информации МДС постоянную скорость движения НТС в течение i-х промежутков времени (i=1, 2, …). Тогда для i-го промежутка времени можно записать:
i
где V - средняя скорость НТС, определенная по информации ОЭДС, за время его функционирования в течение i-го промежутка времени;
i-1
K - номинальное значение масштабного коэффициента МДС/МДП, хранимое в вычислительном устройстве до очередной его калибровки на i-м промежутке времени;
i
ΔK - приращение калибровочного коэффициента МДС, которое необходимо определить на i-м промежутке времени для уточнения масштабного коэффициента МДС/МДП до очередной его калибровки;
- среднее значение числа импульсов в секунду, определенное по информации МДС в течение i-го промежутка времени. В результате, в соответствии с (2), имеем:
i+1
где K - новое номинальное (после калибровки МДС) значение масштабного коэффициента МДС, которое используется в дальнейшем (до очередной калибровки) в вычислительном устройстве при определении скорости движения НТС по информации МДС.
Источники информации
1. Помыкаев И.И., Селезнев В.П., Дмитриченко А.А. Навигационные приборы и системы: Учебное пособие для ВУЗов, М.: «Машиностроение», 1983. - 456 с.
2. Попов А.П. Теория навигации. Ч. 1. Тексты лекций. М.: МО СССР, 1982. - 196 с.
3. Патент RU 2193755, 2002.
4. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. М.: «Наука», 1966. - 600 с.
5. Белоглазов И.Н., Тарасенко В.П. Корреляционно-экстремальные системы. М.: Сов. радио, 1974. - 392 с.
6. Патент RU 2431847, 2011.
7. Патент RU 2552757, 2015.