СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОМАНДЫ ДЛЯ СРАБАТЫВАНИЯ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ В АВТОМОБИЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретения относятся к радиолокационной технике и могут быть использованы, в частности, в автомобилестроении, при создании системы защиты водителей и пассажиров от травм, получаемых ими при столкновении транспортных средств.

Известны [патент 2374597, RU, F41H 11/021 способ и устройство формирования команды на пуск защитного боеприпаса (ОФС), заключающийся в том, что импульс - команду на пуск защитного боеприпаса формируют только при совпадении во времени моментов выдачи команды на пуск защитного боеприпаса, устанавливаемых по началу возникновения и обнаружения на двух РЛС, разнесенных в пространстве, сигналов с частотой Fдо=2Vo fo/С, когда цель (ПТС) будет находиться на удалении от РЛС, равном Do+(Vi/Vo)Do,

где С - скорость света,

Vi - радиальная скорость цели,

fo - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, выбираемая из условия:

Do/Vo=fo/Fm dfm,

где Fm и dfm соответственно частота модуляции и девиация частоты сигнала,

Do и Vo - выбираемые известные величины расстояния и скорости.

Данное устройство позволяет определить непопадание (промах) снаряда в объект, однако оно имеет совершенно иное предназначение, не связанное с защитой людей при столкновении транспортных средств.

Целью изобретения является уменьшение массогабаритных и стоимостных характеристик устройства формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле.

Поставленная цель достигается за счет того, что устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле реализовано на базе только одной РЛС.

При формировании команды для срабатывания системы защиты в автомобиле проводят радиолокационное облучение цели, в качестве которой используют движущееся навстречу автомобилю транспортное средство, и формируют импульс-команды на установленной на автомобиле радиолокационной станции (РЛС) по началу возникновения и обнаружения на ней сигналов частотой

Fдо=2Vo fo/С и 3Fдо,

когда цель будет находиться на удалениях от антенны РЛС, равных соответственно

Do+(Vi/Vo)Do и 3Do+(Vi/Vo)Do,

где С - скорость света,

Vi - радиальная скорость цели,

fo - средняя частота излучаемого РЛС непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, выбираемая из условия:

Do/Vo=fo/Fm dfm,

где Fm и dfm соответственно частота модуляции и девиация частоты сигнала,

Do и Vo - выбираемые известные величины расстояния и скорости.

Но сначала на РЛС импульс-команды формируют по началу возникновения и обнаружения на ней сигналов частотой

(N+2)Fдо и (N-2)Fдо,

когда цель будет находиться на удалениях от РЛС, равных соответственно

(N+2)Do+(Vi/Vo)Do и (N-2)Do+(Vi/Vo)Do,

где N - число больше 5, и сравнивают по длительности уменьшенный вдвое интервал времени, сформированный между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов частотой

(N+2)Fдо и (N-2)Fдо,

с интервалом времени между моментами возникновения и обнаружения на РЛС сигналов частотой 3Fдо и Fдо, и если данные величины оказываются равными, то считают, что между автомобилем и транспортным средством должно произойти столкновение, а если неравными, то считают, что столкновения не произойдет.

На фиг.1 и 2 приведены блок-схема устройства формирования команды для срабатывания системы зашиты в автомобиле и рисунок, поясняющий его работу.

Устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле содержит приемо-передающую антенну 26, вход которой, работающий на передачу, подключен к высокомощному выходу передатчика 27 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход, работающий на прием, подключен к первому входу смесителя 28, второй вход которого подключен к маломощному выходу передатчика 27 непрерывного сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону, а выход - к входу фильтра 29 разностных частот, выход которого подключен ко второму входу второго смесителя 18, а также генератор 15 непрерывной частоты и последовательно соединенные второй смеситель 18, широкополосный фильтр 19, усилитель-ограничитель 20, узкополосный полосовой фильтр 21, амплитудный детектор 22, компаратор 23 и формирователь 24 импульса, при этом второй вход компаратора 23 подключен к шине 25 опорного напряжения, а также дополнительно введенные второй генератор 16 непрерывной частоты и аналоговый сумматор 17, при этом выход первого генератора 15 непрерывной частоты подключен к первому входу аналогового сумматора 17, выход второго генератора 16 непрерывной частоты подключен к второму входу аналогового сумматора 17, выход которого подключен к первому входу второго смесителя 18, а также дополнительно введены регистр сдвига 3, генератор 9 счетных импульсов, реверсивный счетчик 4, цифровой компаратор 5, ждущий мультивибратор 6, три элемента И 7, И 13, И 11, два элемента ИЛИ 1, ИЛИ 8, делитель 10 на два, коммутатор 2, при этом четвертый выход регистра 3 сдвига подключен к входу ждущего мультивибратора 6 и через первый элемент ИЛИ 1 - к входам сброса регистра 3 сдвига и реверсивного счетчика 4, а второй вход первого элемента ИЛИ 1 подключен к выходу коммутатора 2, первый выход регистра 3 сдвига подключен к входу разрешения суммирования реверсивного счетчика 4 и второму входу второго элемента И 11, третий выход регистра 3 сдвига подключен к входу разрешения вычитания реверсивного счетчика 4 и второму входу третьего элемента И 7, выход генератора 9 счетных импульсов подключен через делитель 10 на два и второй элемент И 11 к входу второго элемента ИЛИ 8, а также через третий элемент И 7 - к второму входу второго элемента ИЛИ 8, выход которого подключен к входу счета реверсивного счетчика 4, выходы которого подключены к первым входам цифрового компаратора 5, вторые входы которого подключены к шинам 12 установки цифрового кода, а выход - к второму входу первого элемента И 13, первый вход которого подключен к выходу ждущего мультивибратора 6, а выход - к выходной шине 14, выход формирователя 24 импульсов подключен к входу регистра 3 сдвига.

Проанализируем работу известной РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса (далее РЛС) и известного устройства формирования данной команды, установленной на автомобиле и излучающей непрерывный сигнал с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону и, например, параметрами сигнала Fm=50 кГц, dfm=200 мГц, fo=100 ГГц, выбранными при Vo=150 м/с, Do=1,5 м и Vi=9 м/с или Vi=90 м/с, а также, при подаче на второй смеситель 18 РЛС помимо известного опорного сигнала частотой 100 кГц, также и опорного сигнала частотой 1100 кГц.

При приближении автомобильной РЛС-А к транспортному средству С, как показано на фиг.2, на выходе РЛС будут формироваться импульс-команды, когда между антенной автомобильной РЛС и транспортным средством будут расстояния

Дi=АВ/SinKi,

или при, например, АВ=0,75 м и Vi=9 м/с

D_1-1=0,75/Sin28,3=1,582 м, D_2-1=0,75/Sin9,405=4,591 м,

D_3-1=0,75/Sin3,163=13,593 м, D_4-1=0,75/Sin2,194=19,591 м,

при которых выполняются соответственно равенства

2D_1-1Fm dfm/С-2Vi fo Cos28,3/С=2Vo fo/C,

2D_2-1Fm dfm/С-2Vi fo Cos9,405/С=3(2Vo fo)/C,

2D_3-1Fm dfm/C-2Vi fo Cos3,163/C=9(2Vo fo)/C,

2D_4-1Fm dfm/C-2Vi fo Cos2,194/C=13 (2Vo fo)/C,

а при, например, АВ=0,75 м и Vi=90 м/с

D_1-2=0,75/Sin18,6=2,351 м, D_2-2=0,75/Sin8=5,389 м,

D_3-2=0,75/Sin2,986=14,398 м, D_4-2=0,75/Sin2,107=20,399 м,

при которых выполняются соответственно равенства

2D_1-2Fm dfm/С-2Vi fo Cos18,6/С=2Vo fo/C,

2D_2-2Fm dfm/С-2Vi fo Cos8/С=3(2Vo fo)/C,

2D_3-2Fm dfm/С-2Vi fo Cos2,986/С=9(2Vo fo)/С,

2D_4-2Fm dfm/С-2Vi fo Cos2,107/С=13(2Vo fo)/С,

и когда на выходе второго смесителя 18 формируется сигнал частотой 200 кГц.

При проезде автомобиля мимо транспортного средства С (фиг.2) они преодолевают расстояния Б_1-1 и Б_2-1/2 за разные интервалы времени

t_1-1=(4,591 м Cos9,405-1,582 м Cos28,3)/9 м/с=0,3483777 с,

t_2-1=(19,591 м Cos2,194-13,593 м Cos3,163):2/9 м/с=0,33357 с,

или t_1-2=(5,389 м Cos8-2,351 м Cos18,6)/90 м/с=0,034544 с,

t_2-2=(20,399 м Cos2,107-14,398 м Cos2,986):2/90 м/с=0,03338 с.

Разность в интервалах времени t_1-1-t_2-1=0,0148 с и t_1-2-t_2-2=0,0116 с можно использовать, очевидно, для выдачи заключения о том, что автомобиль перемещается мимо транспортного средства, т.е. столкновения не будет.

При точном приближении автомобиля с РЛС к транспортному средству С они преодолевают расстояния Б₁ и Б₂: 2 за равные интервалы времени

t₂=t₁=3 м: 9 м/с=(6 м: 2):9 м/с=0,3333 с,

или t₂=t₁=3 м: 90 м/с=(6 м: 2):90 м/с=0,03333 с,

что можно использовать, очевидно, для выдачи заключения о том, что автомобиль и транспортное средство перемещаются навстречу друг другу и столкновению.

Вышесказанное можно реализовать, используя устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле (фиг.1). Проанализируем, в том числе на примерах, работу данного устройства. Пусть через приемо-передающую антенну 26 в пространство излучают и принимают непрерывные сигналы с частотной модуляцией по одностороннему пилообразному линейно возрастающему закону с вышеприведенными параметрами, формируемые в передатчике 27.

Если автомобиль приближается точно к транспортному средству, например, со скоростью Vi=9 м/с, то в результате смешивания в смесителе 28 отраженного и излучаемого сигналов на его выходе будут сформированы сигналы разностной частоты величиной, в частности:

2D₁Fm dfm/С-2Vi fo/С=2Vo fo/С=100 кГц,

2D₂Fm dfm/С-2Vi fo/С=3(2Vo fo)/С=300 кГц,

2D₃Fm dfm/С-2Vi fo/С=9(2Vo fo)/С=900 кГц,

2D₄Fm dfm/С-2Vi fo/С=13(2Vo fo)/С=1300 кГц,

на удалениях антенны РЛС от транспортного средства С в D₁=1,59 м, D₂=4,59 м, D₃=13,59 м и D_4-1=19,59 м и когда на выходе второго смесителя 18 будут формироваться сигналы частотой, например, 200 (+/-0,1) кГц.

При движении автомобиля мимо транспортного средства С (фиг.2) на выходе смесителя 28 РЛС будут формироваться сигналы тех же разностных частот, но на удалениях антенны РЛС от транспортного средства С в D_1-1=1,582 м, D_2-1=4,591 м, D_3-1=13,593 м и D_4-1=19,591 м и когда на выходе второго смесителя 18 будут формироваться также сигналы частотой 200 (+/-0,1)кГц.

Фильтр 29 разностных частот выполняет, в основном, роль подавления суммарных частот преобразования, входных сигналов и сигнала гетеродина.

Для обнаружения только сигналов с частотами 100(+/-0,1) кГц, 300(+/-0,1) кГц, 900(+/-0,1) кГц и 1300(+/-0,1), широкополосный фильтр 19 должен иметь fц=200 кГц и полосу пропускания 4,2 кГц.

Сигналы с разностными частотами преобразования с выхода фильтра 29 разностных частот подают на вход смесителя 18, смешивают их с сигналами с выходов генераторов 15 и 16, поступающими на смеситель 18 через аналоговый сумматор 17 и преобразуют их в сигналы с частотами:

100(+/-0,1) кГц+100 кГц=200(+/-0,1) кГц,

300(+/-0,1) кГц-100 кГц=200(+/-0,1) кГц,

1100 кГц-900(+/-0,1) кГц=200(+/-0,1) кГц,

1300(+/-0,1) кГц-1100 кГц=200(+/-0,1) кГц,

попадающие в полосу пропускания широкополосного фильтра 19. Далее сигналы, снимаемые с выхода широкополосного фильтра 19, преобразуют усилителем-ограничителем 20 в меандр, содержащий, как известно, только нечетные гармоники, и узкополосным полосовым фильтром 21, имеющим полосу пропускания в 4,2 кГц и fц=4200 кГц, выделяют только пусть 21^ую гармонику сигнала частотой:

[200(+/-0,1) кГц]21=4200(+/-4,2) кГц

и значительно подавляют все другие разностные сигналы и их гармоники.

Сигнал, снимаемый с выхода узкополосного полосового фильтра 21, преобразуют амплитудным детектором 22 в постоянное напряжение и на компараторе 23 сравнивают с опорным напряжением, поступающим на второй вход компаратора 23 с шины 25 опорного напряжения. При превышении амплитуды входного сигнала над опорным на выходе компаратора 23 формируют короткий импульс, преобразуемый формирователем 24 в импульс необходимой длительности и которым регистр 3 сдвига переводится в очередное свое состояние.

Перед началом работы с коммутатора 2, через элемент ИЛИ 1, на регистр 3 сдвига и реверсивный счетчик 4 подают короткий импульс, устанавливающий данные устройства в исходное состояние.

При приходе на РЛС отраженного от транспортного средства сигнала с расстояния D₄=19,59 м (транспортные средства приближаются точно навстречу друг другу), или D_4-1=19,591 м (транспортные средства приближаются с промахом друг к другу), на выходе смесителя 18 будет сформирован сигнал частотой 200(+/-0,1) кГц, а на выходе формирователя 24 - импульс, которым регистр сдвига 3 переведется в состояние с иным потенциалом на первом его выходе, и которым будет дано разрешение реверсивному счетчику 4 начать суммирование счетных импульсов, формируемых генератором 9 счетных импульсов и поступающих на его счетный вход через делитель 10 на два, И 11 и ИЛИ 8.

При приходе на РЛС отраженного сигнала с расстояния D₃=13,59 м (транспортные средства приближаются точно навстречу друг другу), или D_3-1=13,593 м (транспортные средства приближаются с промахом друг к другу) на выходе формирователя 24 будет сформирован импульс, которым регистр сдвига 3 переведется в состояние с иным потенциалом на втором его выходе и которым будет дан запрет реверсивному счетчику 4 суммирование счетных импульсов.

При приходе на РЛС отраженного сигнала с расстояния D₂=4,59 м (транспортные средства приближаются точно навстречу друг другу) или D_2-1=4,591 м (транспортные средства приближаются с промахом друг к другу) на выходе формирователя 24 будет сформирован импульс, которым регистр сдвига 3 переведется в состояние с иным потенциалом на третьем его выходе и которым будет дано разрешение реверсивному счетчику 4 начать вычитание счетных импульсов, формируемых генератором 9 счетных импульсов и поступающих на его счетный вход через элементы И 7 и ИЛИ 8.

При приходе на РЛС отраженного сигнала с расстояния D₁=1,59 м (транспортные средства приближаются точно навстречу друг другу), или D_1-1=1,582 м (транспортные средства приближаются с промахом друг к другу) на выходе формирователя 24 будет сформирован импульс, которым регистр сдвига 3 переведется в состояние с иным потенциалом на четвертом его выходе и которым будет дан запрет реверсивному счетчику 4 вычитание счетных импульсов. При этом ждущий мультивибратор 6 на определенное время перейдет в состояние с высоким потенциалом на его выходе, а счетчик 4 и регистр 3 сдвига установятся через ИЛИ 1 в исходное состояние.

Если в реверсивный счетчик 4 будет записано столько (почти столько) же счетных импульсов, сколько и списано, то это будет соответствовать случаю точного сближения транспортных средств, и на выходе цифрового компаратора 5 будет сформирован высокий потенциал, который через элемент И 13 пройдет на выходную шину 14 в качестве импульс-команды для включения системы защиты.

Если же в реверсивный счетчик 4 будет записано меньше (гораздо) счетных импульсов, чем списано, то это будет соответствовать случаю сближения транспортных средств с промахом, и на выходе цифрового компаратора 5 будет сформирован низкий потенциал, так как цифровые коды на его входах будут гораздо сильнее различаться, чем в предыдущем случае. При этом на выходной шине 14 импульс-команды сформировано не будет.

Очевидно, что устройство формирования команды для срабатывания системы защиты в автомобиле, выполненное с использованием только одной РЛС определения момента выдачи команды на пуск защитного боеприпаса, а не двух, как известное, является более простой системой, чем известная.