ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА НА ПЛОСКОСТИ ГОМОДИННЫМ МЕТОДОМ

January 18, 2013 by admin Комментировать »

Широков и. Б., Кошовский Я. И., Зимин С. М. Севастопольский национальный технический университет СевНТУ, кафедра радиотехники, Студгородок, г. Севастополь, 99053, Украина тел. (+38 0692) 55-000-5, факс 55-414-5, e-mail: shirokov@stel.sebastopol.ua

Аннотация – В работе рассмотрен принцип позиционирования подвижного объекта на заданной территории с помощью фазового метода определения координат объекта. При этом оценивается как расстояние между подвижным объектом и маячками, установленными стационарно, так и направление прихода от подвижного объекта радиоволн.

I.                                       Введение

Анализируя нынешний уровень и темпы развития промышленности можно увидеть тенденцию к полной автоматизации технологического и производственного процессов. Существующие методы автоматизации и управления не дают необходимых результатов, в основном из-за применения контактных методов съема информативных параметров, что вносит соответствующие погрешности, сильно усложняет инфраструктуру управления. Кроме того, контактные методы съема информации характеризуются определенной инерционностью, что замедляет сам процесс управления, делая его мало эффективным.

В данной работе рассматривается технология съема сигналов позиционирования объекта гомодинным микроволновым методом, являющимся по своей сути бесконтактным. Данный подход предопределяет фазовые методы измерений координат объекта, которые характеризуются относительной простотой расчетов с одной стороны и высокой точностью определения как угловых, так и линейных координаты объекта с другой [1].

II.                              Основная часть

Рассмотрим упомянутый выше метод более детально. Для этого воспользуемся структурной схемой системы позиционирования (рис.1).

Рис. 1. Структурная схема системы позиционирования.

Fig. 1. Block diagram of positioning system

Генераторы высокочастотных колебаний всех «маяков» вырабатывают сигналы, мало отличающиеся друг от друга по частоте, которые можно описать следующими выражениями.

Все сигналы излучаются в направлении подвижного объекта. На объекте установлен управляемый фазовращатель, который при подаче на него низкочастотного колебания реализует монотонное изменение фазы пришедшего высокочастотного сигнала

[2]    , после чего трансформированный по частоте сигнал переизлучается в сторону «маяков». После приема трансформированный сигнал, проходя через циркулятор, поступает на смеситель, где смешивается с исходным высокочастотным сигналом для каждого «маяка» своим. В смесителе выделяется комбинационная составляющая разностного тока, при этом как частота, так и начальная фаза высокочастотных исходных колебаний взаимно вычитаются. На выходе смесителя каждого маяка сигнал имеет вид

где — начальная фаза низкочастотного сигнала управления; d. — расстояние до объекта; к. — постоянная распространения.

После этого усиленный сигнал подают на фазовые детекторы, на который так же подаются опорные колебания, и на выходе детекторов имеем сигналы, пропорциональные 2kd (набегу фазы). При обработке сигнала, набег фазы можно представить в виде 2kd=2m+kAd. В следующий момент времени в сторону объекта излучают второй сигнал на частоте f, который после приема проходит тот же путь что и первый сигнал. После сравнения набегов фаз при разных частотах f и f определяют линейные координаты цели (расстояние от излучателя до объекта) по формуле

где Δφ, — измеренные разности фаз принятого и

опорного сигналов.

Точно таким же образом работают и остальные «маяки», определяя расстояние от каждого из «маяков» до объекта.

Обладая высокой точностью, процесс определения линейных координат занимает определенное время. Причем стремление избежать ошибочного неоднозначного определения линейных координат приводит к затянутому во времени итерационному процессу.

Для решения этой проблемы дополнительно предполагается использовать метод, описанный в [3]. Только при этом идет оценка сигналов с 2-х или более различных «маяков», которые после смесителя попадают попарно на фазовые детекторы и разность фаз на выходах каждого из детекторов будет пропорциональна:

где λ— длинна волны, Ь— база между приемниками сигнала (линейное расстояние между «маяками», Θ- угол прихода сигнала от объекта.

При этом решается типичная интерферометриче- ская задача. По методике, описанной в [3], зная разность фаз Δφ определяют угол прихода радиоволн

по формуле:

I

Таким образом, проводя измерение разности фаз от нескольких пар «маяков», можно производить измерение азимутов объекта с высокой точностью, определяемой базой интерферометров.

Сочетание обоих методов позволяет не только повысить точность позиционирование объекта, которая достигается чисто вычислительными методами, но и позволяет оптимизировать процесс вычисления, значительно ускоряя саму процедуру определения координат объекта. Это становится возможным благодаря тому, что современное вычислительное устройство может быть достаточно мощным и быстродействующим.

Кроме того, вычислительное устройство может хранить всю предысторию передвижений объекта, что, зная механические свойства последнего, дает возможность производить вычисления координат объекта практически мгновенно при разумных скоростях его передвижения.

III. Заключение

Таким образом, проведенный анализ предложенных методов позиционирования показывает, что, обладая хорошими точностными характеристиками в отдельности, но затянутым во времени процессом получения полезной информации, сочетание обоих методов с возможностями современного вычислительного устройства позволяет реализовать быстродействующую и высокоточную систему позиционирования подвижного объекта, которая может найти применение в промышленности, на транспорте, при организации складского хозяйства и т. п.

Большим преимуществом предлагаемых методов и их сочетаний является то, что используемые для реализации установки приборы и элементы являются безинерционными, не требуют регламентного обслуживания, не имеют механических подвижных частей.

IV.                           Список литературы

[1]  Пестряков В. Б. Фазовые радиотехнические системы – М. Сов. радио, 1968. — 486 с.

[2]  Широков И. Б. Измерение дальности фазовым методом / И. Б. Широков, В. В. Бондюк// 36. наукових праць CBMI 1М. П. С. HaxiMOBa, Вип. 1(4).- 2004.- С. 152 – 155.

[3]  Широков И. Б. Способ определения угла прихода радиоволн. А. С.1718149 (СССР), оп. в БИ № 9, 07.03.1992 G01R 29/08.

POSITIONING OF THE MOBILE OBJECT ON THE PLANE BY THE HOMODYNE METHOD

Shirokov I. B. Kosliovsky Ya. I. Zimin S. IVI.

Sevastopol National Technical University Streietzi<aja bay, Sevastopol, 99053, Ui<raine Ph.: (+38 0692) 55-000-5, fax 55-414-5, e-maii: shiroi<ov@stei. sebastopol. ua

The Summary – The positioning principle for the mobile object in the given region based on the phase method of definition the object coordinates is considered. At this, the direction of microwaves arrival from the mobile object, the distance between the mobile object and the beacons, established permanently, as well as the angle-of-arrival the microwaves from the mobile object are estimated in this paper.

I.                                        Introduction

In the presented work The technology of collection the object positioning signals by the homodyne microwave method being the contactless, as a matter of fact. This approach predetermines the phase methods of measurements of object coordinates, which, on the one hand, are characterized by the relative simplicity of calculations and, on the other hand, by high accuracy of detection both angular, and linear co-ordinates of object [1].

II.                                  The Main Results

Waves are radiated in the direction of the object, and after the certain phase transformation they are re-radiated in the direction of beacons. Both signals are mixed and the estimation of the phase shift change is fulfilled. Finding the phase shift, it is possible to determine the linear coordinates

The process of determination of the linear coordinates takes certain time. And the striving to avoid erroneous ambiguous determination of the linear coordinates, we result to the iterative process delayed in time.

For the solution of this problem, it is in addition supposed to use the method described in [3]. In accorance with this approach, the estimation of the signals from 2 or more various «beacons», which after the mixers pass in pairs the the phase detectors, is fulfilled.

Thus, carrying out the measurement of the phase difference from several «beacons» pairs, it is possible to measure the object azimuth with high accuracy determined by interferometer base.

III.                                      Conclusions

The carried out analysis of the suggested positioning methods shows, that the possessing gives the good precise characteristics separately, but the process of the helpful information reception is delayed in time, the combination of both methods with the modern computer opportunities allows realizing the high-speed and precise system of positioning of mobile object which can find application in the industry, transport, at the organization of a warehouse facilities (economics), etc.

The big advantage of the offered methods and their combinations is that devices and elements are used for realization of installation without an inertia, doesn’t demand the regulation service, and have no mechanical mobile parts.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты