×
29.12.2017
217.015.f686

Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к ультразвуковым системам обнаружения препятствий, предназначенным для регистрации и обработки сигналов, получаемых с акустических датчиков, и может быть использовано в подвижных дистанционно-управляемых объектах военного или двойного назначения для определения расстояний до препятствий. Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта содержит излучающие и приемные приборы средств обнаружения объектов, выполненные в виде n приемопередающих преобразователей (ППП) 1, располагающихся по периметру подвижного объекта (ПО) 2, блок обработки данных состоит из независимых каналов оцифровки (НКО) 3 аналоговых сигналов ППП 1, содержащих предварительные широкополосные операционные усилители (ШОУ) 4, усилители (У) 5 для согласования по уровню сигналов предварительных усилителей и аналого-цифровых преобразователей и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 6, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов, устройства дальнейшей реализации алгоритма цифровой обработки и регистрации сигналов, выполненного на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) 7, генератора тактовой частоты (ГТЧ) 8, импульсного преобразователя напряжения (ИПН) 9, преобразователя интерфейса USB 2.0 (ПИ) 10 для передачи результатов измерений, транзисторных ключей (К) 11, предназначенных для реализации цифрового управления ППП 1 по сигналам, поступающим с ПЛИС 7. Обеспечивается определение расстояния до препятствия с высокой точностью, работа в режиме локатора с возможностью измерения как очень малых, так и больших расстояний. 5 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к ультразвуковым системам обнаружения препятствий, предназначенным для регистрации и обработки сигналов, получаемых с акустических датчиков, и может быть использовано в подвижных дистанционно-управляемых объектах военного или двойного назначения для определения расстояний до препятствий.

Известна система управления (см. патент RU №2386507, B21D 5/02, B23Q 15/22, F16P 3/00, 20.04.2010 г.), принятая за прототип. Система управления содержит средства обнаружения объектов, расположенных на траектории движения или рядом с ней, и средства обработки данных и управления, выполненные с возможностью определения расстояния. Средства обнаружения объектов на траектории движения содержат светоизлучающие средства, выполненные с возможностью освещения области около указанной траектории, и светоприемные средства, выполненные с возможностью приема света, прошедшего через указанную область, так что находящиеся в ней объекты отбрасывают тени на светоприемные средства, которые находятся во взаимодействии со средствами обработки данных и управления, так что они определяют наличие препятствий в упомянутой области на основе изображений, полученных указанными светоприемными средствами. Средства обработки данных и управления содержат средства запоминания, которые выполнены с возможностью хранения изображений, полученных светоприемными средствами, в качестве известных изображений.

Недостатками прототипа являются:

- недостаточная точность констатации конфигуративной сложности обнаруженного объекта;

- необходимость проведения большого объема регулировочных работ при настройке системы;

- невозможность обеспечить четкое обнаружение объектов при наличии атмосферных осадков;

- невозможность обеспечить обнаружение объектов различной структуры (твердых, жидких, зернообразных и порошкообразных), прозрачности и цвета.

Предлагаемым изобретением решается задача по повышению степени автономности дистанционно-управляемых подвижных объектов и безопасности во время движения при выполнении задач по назначению.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании ультразвуковой системы обнаружения препятствий движению подвижного объекта, устанавливаемой на самодвижущейся платформе дистанционно-управляемого объекта и обладающей способностью определять расстояние до препятствия с высокой точностью, обеспечивать работу в режиме локатора с возможностью измерения как очень малых, так и больших расстояний.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой ультразвуковой системе обнаружения препятствий движению подвижного объекта, содержащей имеющие излучающие и приемные приборы средства обнаружения объектов, которые находятся во взаимодействии со средствами обработки данных и управления таким образом, что они определяют наличие препятствий, новым является то, что излучающие и приемные приборы средств обнаружения объектов выполнены в виде n приемо-передающих преобразователей, располагающихся по периметру подвижного объекта, приемо-передающие преобразователи выполнены с возможностью поочередного излучения зондирующих ультразвуковых импульсов, сканирующих поверхность идентифицируемого объекта, а после отражения от нее - их параллельного во времени приема и регистрации впоследствии в блоке обработке данных, блок обработки данных состоит из независимых каналов оцифровки аналоговых сигналов приемо-передающих преобразователей, содержащих предварительные широкополосные операционные усилители, выполненные с возможностью обеспечения высокой величины входного сопротивления каналов, усилители для согласования по уровню сигналов предварительных усилителей и аналого-цифровых преобразователей и аналого-цифровые преобразователи, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов, устройства дальнейшей реализации алгоритма цифровой обработки и регистрации сигналов, выполненного на базе программируемой логической интегральной схемы, генератора тактовой частоты, импульсного преобразователя напряжения, преобразователя интерфейса USB 2.0 для передачи результатов измерений, транзисторных ключей, предназначенных для реализации цифрового управления приемо-передающими преобразователями по сигналам, поступающим с программируемой логической интегральной схемы.

Выполнение излучающих и приемных приборов средств обнаружения объектов в виде n приемо-передающих преобразователей, располагающихся по периметру подвижного объекта, позволяет:

- получить полную информацию о размещении препятствий вокруг дистанционно-управляемого подвижного объекта;

- исключить возникновение «мертвых» зон во время сканирования местности при движении.

Выполнение приемо-передающих преобразователей с возможностью поочередного излучения зондирующих ультразвуковых импульсов, сканирующих поверхность идентифицируемого объекта, а после отражения от нее - их параллельного во времени приема и регистрации в блоке обработке данных, позволяет:

- зафиксировать наиболее полную картину конфигуративной сложности обнаруженного объекта;

- подготовить формирование цифровых массивов данных для получения полной картины о форме и размерах возникшего препятствия;

- получить устойчивый поток «полезной» информации при различных метеорологических условиях.

Наличие в блоке обработки данных независимых каналов оцифровки аналоговых сигналов приемо-передающих преобразователей позволяет:

- регистрировать получаемые от приемо-передающих преобразователей аналоговые сигналы;

- обеспечить необходимую величину входного сопротивления каналов блока;

- обеспечить согласование по уровню сигналов входных усилителей и аналого-цифровых преобразователей;

- обеспечить первичную оцифровку аналоговых сигналов.

Включение в состав блока обработки данных программируемой логической интегральной схемы позволяет обеспечить регистрацию и дальнейшую цифровую обработку.

Включение в состав блока обработки даны преобразователя интерфейса USB 2.0 позволяет обеспечить передачу результатов измерений.

Включение в состав блока обработки данных транзисторных ключей позволяет обеспечить реализацию цифрового управления приемо-передающими преобразователями по сигналам, поступающим с программируемой логической интегральной схемы.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан пример схемы расположения приемо-передатчиков S1…S4 относительно отражающей поверхности идентифицируемого объекта; на фиг. 2 - пример графиков регистрируемых сигналов; на фиг. 3 - пример схемы определения положения подвижного объекта; на фиг. 4 - пример схемы перекрытия диаграмм направленности; на фиг. 5 - функциональная схема блока обработки данных.

Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта содержит излучающие и приемные приборы средств обнаружения объектов, выполненые в виде n приемопередающих преобразователей (ППП) 1, располагающихся по периметру подвижного объекта (ПО) 2, блок обработки данных состоит из независимых каналов оцифровки (НКО) 3 аналоговых сигналов ППП 1, содержащих предварительные широкополосные операционные усилители (ШОУ) 4, усилители (У) 5 для согласования по уровню сигналов предварительных усилителей и аналого-цифровых преобразователей и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 6, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов, устройства дальнейшей реализации алгоритма цифровой обработки и регистрации сигналов, выполненного на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) 7, генератора тактовой частоты (ГТЧ) 8, импульсного преобразователя напряжения (ИПН) 9, преобразователя интерфейса USB 2.0 (ПИ) 10 для передачи результатов измерений, транзисторных ключей (К) 11, предназначенных для реализации цифрового управления ППП 1 по сигналам, поступающим с ПЛИС 7.

Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта функционирует следующим образом. Работа системы заключается в поочередном излучении n ППП 1 ультразвуковых сканирующих импульсов с последующей регистрацией и обработкой эхо-сигналов, получаемых с объекта обнаружения. Рассмотрим работу системы на примере, когда n=4. В момент времени t=0 i-м ППП 1 излучается зондирующий ультразвуковой импульс длительностью τ. Пройдя расстояние ri импульс достигает точки на поверхности идентифицируемого объекта, и, отразившись от нее, проходит расстояние rj до j-ого приемо-передатчика. При этом зондирующий импульс проходит путь:

где (x, y) - координаты идентифицируемого объекта A;

(xi, yi) - координаты i-ого приемопередатчика;

(xj, yj) - координаты j-ого приемопередатчика.

Распространяясь, в пространстве зондирующий импульс приобретает задержку:

где c - скорость звука в среде.

Сигналы ППП 1 регистрируются параллельно во времени - оцифровываются и записываются в цифровые массивы данных с частотой fАЦП.

Расстояние, проходимое зондирующим импульсом, определяется по его временной задержке, исходя из (2):

Пройденному lij расстоянию соответствует объект, местоположение которого определяется эллипсом, ограниченным перекрытием диаграмм направленности соответствующих ППП 1.

Определение положения объекта по величинам l11, l12, l13, l14 рассмотрим на примере. Фокусы эллипса соответствуют точкам расположения i-ого излучателя и j-ого приемника с большей полуосью, определяемыми выражениями:

Местоположение объекта и его контуры определяются по пресечению двух и более эллипсов. Общее (максимальное) число эллипсов определяется квадратом числа ППП 1 n2, из них независимых 1/2(n2+n).

Для системы из четырех ППП 1 n=4:

В силу тождественности сигналов Fij(t)=Fji(t):

Для построения ультразвукового изображения объекта достаточно анализа лишь независимых сигналов 1/2(n2+n)=10:

При этом число пересечений всех независимых сигналов 1/4(n2+n)2=100:

В силу тождественности сигналов Fijkl(t)=Fklji(t) и вырожденности Fijij(t) число пересечений уменьшается до n/8(n3+2n2-n-2)+45:

Для получения ультразвуковой картинки производится суммирование независимых пересечений.

Пример подобной картинки приведен на фиг. 4, при этом изображение получается лишь в зоне перекрытия диаграмм направленности ППП 1: S1*S2, S2*S3, S3*S4, S1*S2*S3, S2*S3*S4, S1*S2*S3*S4.

В данном примере отраженные от объекта идентификации сигналы ППП 1 поступают по четырем НКО 3 в ПЛИС 7, реализующие алгоритмы цифровой обработки аналоговых сигналов. Цифровое управление ППП 1 осуществляется транзисторными ключами К 11, сигналы управления поступают с ПЛИС 7. В состав каждого НКО 3 входят:

- предварительные ШОУ 4, обеспечивающие высокие величины входного сопротивления каналов;

- усилители У 5, которые обеспечивают согласование по уровню сигналов ШОУ 4 и АЦП 6;

- 12-ти разрядные АЦП 6, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов с частотой дискретизации f=2,5 МГц.

Оцифрованные сигналы поступают в ПЛИС 7 для регистрации и дальнейшей цифровой обработки. Для передачи результатов измерений служит ПИ 10 USB-2.0.

Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, заключающегося в создании ультразвуковой системы обнаружения препятствий движению подвижного объекта, устанавливаемой на самодвижущейся платформе дистанционно-управляемого объекта и обладающей способностью определять расстояние до препятствия с высокой точностью, обеспечивать работу в режиме локатора с возможностью измерения как очень малых, так и больших расстояний.

Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта, содержащая имеющие излучающие и приемные приборы средства обнаружения объектов, которые находятся во взаимодействии со средствами обработки данных и управления таким образом, что они определяют наличие препятствий, отличающаяся тем, что излучающие и приемные приборы средств обнаружения объектов выполнены в виде n приемо-передающих преобразователей, располагающихся по периметру подвижного объекта, приемо-передающие преобразователи выполнены с возможностью поочередного излучения зондирующих ультразвуковых импульсов, сканирующих поверхность идентифицируемого объекта, а после отражения от нее - их параллельного во времени приема и регистрации впоследствии в блоке обработке данных, блок обработки данных состоит из независимых каналов оцифровки аналоговых сигналов приемо-передающих преобразователей, содержащих предварительные широкополосные операционные усилители, выполненные с возможностью обеспечения высокой величины входного сопротивления каналов, усилители для согласования по уровню сигналов предварительных усилителей и аналого-цифровых преобразователей и аналого-цифровые преобразователи, обеспечивающие оцифровку аналоговых сигналов, устройства дальнейшей реализации алгоритма цифровой обработки и регистрации сигналов, выполненного на базе программируемой логической интегральной схемы, генератора тактовой частоты, импульсного преобразователя напряжения, преобразователя интерфейса USB 2.0 для передачи результатов измерений, транзисторных ключей, предназначенных для реализации цифрового управления приемо-передающими преобразователями по сигналам, поступающим с программируемой логической интегральной схемы.
Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта
Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта
Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта
Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта
Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта
Ультразвуковая система обнаружения препятствий движению подвижного объекта
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 41-50 of 314 items.
10.11.2013
№216.012.7f25

Система информационного обмена топопривязчика

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в наземных подвижных информационно-аналитических комплексах вооружений. Технический результат - повышение эффективности и надежности. Для этого система содержит следующие основные каналы информационного обмена: два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498222
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7f26

Способ функционирования топопривязчика в режиме контрольно-корректирующей станции

Изобретение относится к области навигации и топопривязки, в частности к способам инерциально-спутниковой навигации и контроля качества навигационных полей космических навигационных систем (КНС) ГЛОНАСС и GPS, формирования корректирующей информации и анализа ее качества. В способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498223
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.11.2013
№216.012.8266

Стенд для закалки валов и трубных деталей

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке деталей с использованием индукционного нагрева. Для предохранения от окисления и улучшения качества внутренней поверхности детали осуществляют закалку детали с нагрева токами высокой частоты при одновременной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499058
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.12.2013
№216.012.89d5

Подвижные части автоматического стрелкового оружия

Изобретение относится к области вооружения и направлено на совершенствование автоматического стрелкового оружия. Подвижные части автоматического стрелкового оружия содержат телескопические затворную раму, балансир и каретку, кинематически связанные между собой зубчато-реечным зацеплением с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500967
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.89d6

Ствольное оружие

Изобретение относится к устройствам стрелково-пушечного вооружения и может быть использовано для улучшения боевых средств оружия. Устройство содержит ствольную коробку и съемный ствол, соединяемые по цилиндрическим установочным поверхностям, фиксатор ствола, установленный в ствольной коробке....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500968
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.89d9

Диоптрический прицел

Изобретение относится к оборонной технике, а именно к диоптрическим прицелам для стрелкового оружия. Диоптрическое отверстие прицела образовано пересечением двух сквозных щелей, одна из которых - вертикальная - находится на неподвижном щитке перед барабаном, а вторая - горизонтальная -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500971
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.89ec

Способ автоматизированного формирования локальных геодезических сетей высокого класса точности

Изобретение относится к геодезии, в частности к способам топогеодезической подготовки боевых действий ракетных войск и артиллерии сухопутных войск. Способ автоматизированного формирования локальных геодезических сетей высокого класса точности, включает в себя определение с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500990
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.12.2013
№216.012.8c77

Устройство для обработки текучим абразивом отверстий длинномерных деталей

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для финишной обработки текучим абразивом поверхностей отверстий длинномерных деталей в большом диапазоне их длин в составе полировальных установок. Устройство содержит рабочую камеру, имеющую две полости, разделенные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501642
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.8f9b

Набор металлических каркасных конструкций для создания транспортной мебели

Изобретение относится к каркасной мебели, устанавливаемой в кузовах транспортных средств, используемых в военной или специализированной технике. Набор металлических каркасных конструкций для создания транспортной мебели содержит сварные каркасные конструкции, которые выполнены из стальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502456
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.01.2014
№216.012.954a

Учебно-тренировочный комплект для обучения операторов переносных зенитных ракетных комплексов

Изобретение относится к техническим средствам обучения и тренировки стрелков-зенитчиков переносных зенитных ракетных комплексов (ПЗРК). Учебно-тренировочный комплект содержит изделие тренировочно-практическое, представляющее собой пусковую трубу, в которой установлен имитатор ракеты; механизм...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503912
Дата охранного документа: 10.01.2014
Showing 41-50 of 264 items.
10.11.2013
№216.012.7f25

Система информационного обмена топопривязчика

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в наземных подвижных информационно-аналитических комплексах вооружений. Технический результат - повышение эффективности и надежности. Для этого система содержит следующие основные каналы информационного обмена: два...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498222
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7f26

Способ функционирования топопривязчика в режиме контрольно-корректирующей станции

Изобретение относится к области навигации и топопривязки, в частности к способам инерциально-спутниковой навигации и контроля качества навигационных полей космических навигационных систем (КНС) ГЛОНАСС и GPS, формирования корректирующей информации и анализа ее качества. В способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498223
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.11.2013
№216.012.8266

Стенд для закалки валов и трубных деталей

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке деталей с использованием индукционного нагрева. Для предохранения от окисления и улучшения качества внутренней поверхности детали осуществляют закалку детали с нагрева токами высокой частоты при одновременной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499058
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.12.2013
№216.012.89d5

Подвижные части автоматического стрелкового оружия

Изобретение относится к области вооружения и направлено на совершенствование автоматического стрелкового оружия. Подвижные части автоматического стрелкового оружия содержат телескопические затворную раму, балансир и каретку, кинематически связанные между собой зубчато-реечным зацеплением с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500967
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.89d6

Ствольное оружие

Изобретение относится к устройствам стрелково-пушечного вооружения и может быть использовано для улучшения боевых средств оружия. Устройство содержит ствольную коробку и съемный ствол, соединяемые по цилиндрическим установочным поверхностям, фиксатор ствола, установленный в ствольной коробке....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500968
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.89d9

Диоптрический прицел

Изобретение относится к оборонной технике, а именно к диоптрическим прицелам для стрелкового оружия. Диоптрическое отверстие прицела образовано пересечением двух сквозных щелей, одна из которых - вертикальная - находится на неподвижном щитке перед барабаном, а вторая - горизонтальная -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500971
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.89ec

Способ автоматизированного формирования локальных геодезических сетей высокого класса точности

Изобретение относится к геодезии, в частности к способам топогеодезической подготовки боевых действий ракетных войск и артиллерии сухопутных войск. Способ автоматизированного формирования локальных геодезических сетей высокого класса точности, включает в себя определение с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500990
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.12.2013
№216.012.8c77

Устройство для обработки текучим абразивом отверстий длинномерных деталей

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для финишной обработки текучим абразивом поверхностей отверстий длинномерных деталей в большом диапазоне их длин в составе полировальных установок. Устройство содержит рабочую камеру, имеющую две полости, разделенные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501642
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.8f9b

Набор металлических каркасных конструкций для создания транспортной мебели

Изобретение относится к каркасной мебели, устанавливаемой в кузовах транспортных средств, используемых в военной или специализированной технике. Набор металлических каркасных конструкций для создания транспортной мебели содержит сварные каркасные конструкции, которые выполнены из стальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502456
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.01.2014
№216.012.954a

Учебно-тренировочный комплект для обучения операторов переносных зенитных ракетных комплексов

Изобретение относится к техническим средствам обучения и тренировки стрелков-зенитчиков переносных зенитных ракетных комплексов (ПЗРК). Учебно-тренировочный комплект содержит изделие тренировочно-практическое, представляющее собой пусковую трубу, в которой установлен имитатор ракеты; механизм...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503912
Дата охранного документа: 10.01.2014
+ добавить свой РИД