RU2359227C1 - Method of optical location range finding - Google Patents
Method of optical location range finding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359227C1 RU2359227C1 RU2007139553/28A RU2007139553A RU2359227C1 RU 2359227 C1 RU2359227 C1 RU 2359227C1 RU 2007139553/28 A RU2007139553/28 A RU 2007139553/28A RU 2007139553 A RU2007139553 A RU 2007139553A RU 2359227 C1 RU2359227 C1 RU 2359227C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- accumulated
- time
- range
- estimate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной импульсной локационной дальнометрии.The invention relates to laser technology, namely to laser pulsed location ranging.
Известен способ светолокационного определения дальности до цели [1]. Указанный способ заключается в том, что посылают на цель лазерный зондирующий импульс, принимают отраженный целью сигнал и определяют временной интервал между зондирующим и отраженным импульсами, по которому судят о дальности до цели. Этот способ не может быть реализован при использовании полупроводниковых лазеров, предпочтительных для портативной аппаратуры, вследствие их недостаточной мощности.A known method of radar determination of the range to the target [1]. The specified method consists in sending a laser probe pulse to the target, receiving the signal reflected by the target, and determining the time interval between the probe and reflected pulses by which the distance to the target is judged. This method cannot be implemented using semiconductor lasers, preferred for portable equipment, due to their insufficient power.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ светолокационного определения дальности до цели методом некогерентного накопления, включающий серию циклов, в каждом из которых на цель посылают лазерный зондирующий импульс, квантуют время на дискрет, принимают отраженный целью импульс, вырабатывают в каждой из дискрет времени гипотезу об отсутствии или наличии сигнала путем порогового преобразования принятой смеси сигнала и шума, формирования соответствующего гипотезе числа и накопления формируемых чисел в виде сумм для каждой дискреты времени, по завершении серии циклов выделяют те дискреты времени, в которых накопленная сумма превышает заданное число, и по этим накопленным суммам формируют оценку дальности до цели [2].Closest to the technical nature of the proposed method is a method of radar determination of the distance to the target by the method of incoherent accumulation, including a series of cycles, in each of which a laser probe pulse is sent to the target, quantized time per sample, received reflected by the target pulse, generated in each of the time samples the hypothesis of the absence or presence of a signal by threshold conversion of the received mixture of signal and noise, the formation of the corresponding number and accumulation numbers in the form of sums for each time discrete, at the end of a series of cycles, those time discrete are selected in which the accumulated sum exceeds the specified number, and an estimate of the distance to the target is formed from these accumulated sums [2].
В указанном способе осуществляется процедура цифрового некогерентного накопления [3], реализующая метод статистической проверки гипотез [4]. Недостатком этого способа является зависимость оценки дальности до цели от амплитуды отраженного целью сигнала. При большом отношении сигнал/порог в каждом цикле подтверждается гипотеза о наличии сигнала, и накопленные суммы принимают максимально возможное значение, равное числу циклов в серии. Вследствие этого при длительности зондирующего сигнала, превышающей несколько дискрет времени, конфигурация накопленных массивов данных нелинейно зависит от амплитуды принимаемых сигналов, что приводит к изменению оценки дальности.In this method, the procedure of digital incoherent accumulation [3], which implements the method of statistical testing of hypotheses [4]. The disadvantage of this method is the dependence of the estimate of the distance to the target from the amplitude of the signal reflected by the target. With a large signal / threshold ratio, the hypothesis of the presence of a signal is confirmed in each cycle, and the accumulated sums take the maximum possible value equal to the number of cycles in a series. As a result, when the duration of the probing signal exceeds a few discrete times, the configuration of the accumulated data arrays nonlinearly depends on the amplitude of the received signals, which leads to a change in the range estimate.
Задачей изобретения является повышение точности определения дальности в широком диапазоне амплитуд принимаемых сигналов.The objective of the invention is to increase the accuracy of determining the range in a wide range of amplitudes of the received signals.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе светолокационного определения дальности до цели методом некогерентного накопления, включающем серию циклов, в каждом из которых на цель посылают лазерный зондирующий импульс, квантуют время на дискреты, принимают отраженный целью импульс, вырабатывают в каждой из дискрет времени гипотезу об отсутствии или наличии сигнала путем порогового преобразования принятой смеси сигнала и шума, формирования соответствующего гипотезе числа и накопления формируемых чисел в виде сумм для каждой дискреты времени, по завершении серии циклов выделяют те дискреты времени, в которых накопленная сумма превышает заданное число, по этим накопленным суммам формируют оценку дальности до цели, предварительно проводят калибровку, в процессе которой определяют истинное значение дальности до цели, изменяют амплитуду отраженных целью импульсов в пределах рабочего динамического диапазона, для каждого значения амплитуды определяют оценку дальности, ее смещение относительно истинного значения и сумму накопленных сумм в дискретах времени, находящихся в окрестности дискреты времени с максимальной накопленной суммой, а при рабочем определении дальности после формирования оценки дальности определяют сумму накопленных сумм в дискретах времени, находящихся в окрестности дискреты времени с максимальной накопленной суммой, и в зависимости от этой суммы накопленных сумм вводят в оценку дальности поправку, равную по абсолютной величине и обратную по знаку соответствующему смещению оценки, определенному при калибровке.The problem is solved due to the fact that in the known method of radar determination of the distance to the target by the method of incoherent accumulation, which includes a series of cycles, in each of which a laser probe pulse is sent to the target, the time is quantized to discrete, the reflected pulse is received, the pulse is generated in each of the discrete time hypothesis about the absence or presence of a signal by threshold conversion of the received mixture of signal and noise, the formation of a number corresponding to the hypothesis and the accumulation of generated numbers in the form of mm for each time discrete, at the end of a series of cycles, those time discrete are selected in which the accumulated amount exceeds a predetermined number, an estimate of the distance to the target is formed from these accumulated sums, a calibration is preliminarily performed, during which the true value of the distance to the target is determined, and the amplitude of the reflected the purpose of the pulses within the working dynamic range, for each amplitude value, an estimate of the range, its displacement relative to the true value and the sum of the accumulated amounts in the discrete are determined of time in the vicinity of the time discrete with the maximum accumulated sum, and in the working range determination after the formation of the range, the sum of the accumulated sums in the time discrete in the vicinity of the time discrete with the maximum accumulated sum is determined, and depending on this sum of the accumulated sums, enter the range estimate is a correction equal in absolute value and inverse in sign to the corresponding estimate bias determined during calibration.
На фиг.1а, б приведены примеры заполнения массива данных после накопления соответственно при отношении сигнал/шум 1 и 10.On figa, b are examples of filling the data array after accumulation, respectively, with a signal-to-noise ratio of 1 and 10.
На фиг.2 представлен пример зависимости оценки задержки от амплитуды сигнала и ее смещения.Figure 2 presents an example of the dependence of the delay estimate on the signal amplitude and its bias.
Проведен анализ предлагаемого способа для режима двухуровневого накопления при следующих исходных данных.The analysis of the proposed method for the two-level accumulation mode with the following initial data.
Объем накопления N=200 циклов.Accumulation volume N = 200 cycles.
Отношение амплитуды сигнала к величине среднеквадратического отклонения σ шума от 1 до 200.The ratio of the signal amplitude to the standard deviation σ of noise from 1 to 200.
Уровни первого и второго аналоговых порогов соответственно равны +σ и -σ.The levels of the first and second analog thresholds are respectively + σ and -σ.
Длительность сигнала по основанию tи=6ΔТ, где ΔT - длительность дискреты времени.The duration of the signal at the base is t and = 6ΔT, where ΔT is the duration of the time samples.
Длительность переднего фронта сигнала tфр=2ΔТ.The duration of the leading edge of the signal t fr = 2ΔT.
В рассматриваемом примере задержку отраженного сигнала определяют как первый начальный момент [5] массива накопленных сумм, а оценку дальности R формируют согласно зависимости R=сТз/2, где с - скорость света.In this example, the delay of the reflected signal is determined as the first initial moment [5] of the array of accumulated sums, and the range estimate R is formed according to the dependence R = cT s / 2, where c is the speed of light.
Как следует из фиг.1а, б, оценка задержки принимаемого сигнала по предлагаемому способу (показана индексом на временной оси) изменяет свое положение в широком диапазоне амплитуд принимаемого сигнала (при отношении сигнал/шум от порогового до уровня переполнения каналов накопителя в нескольких смежных дискретах времени) на величину около 0,5 дискреты времени. Для рассмотренного примера получена зависимость требуемой поправки от суммы накопленных сумм SS в окрестности k-й дискреты времени, в которой накопленная сумма Sk максимальна.As follows from figa, b, the estimate of the delay of the received signal by the proposed method (shown by the index on the time axis) changes its position in a wide range of amplitudes of the received signal (with a signal-to-noise ratio from threshold to the level of overflow of the drive channels in several adjacent time samples ) by about 0.5 time samples. For the considered example, the dependence of the required correction on the sum of the accumulated sums S S in the vicinity of the k-th time discrete in which the accumulated sum S k is maximum is obtained.
Исправленная оценка дальности R*=R+Δr практически не зависит от отношения сигнал/шум S в широком динамическом диапазоне 0,2<S<100. В данном примереThe corrected range estimate R * = R + Δr is practically independent of the signal-to-noise ratio S in a wide dynamic range of 0.2 <S <100. In this example
где R - неисправленная оценка дальности;where R is the uncorrected range estimate;
Δr - поправка;Δr is the correction;
Sk - текущая накопленная сумма в k-й дискрете времени, наибольшая по сравнению с накопленными суммами в соседних дискретах времени;S k is the current accumulated sum in the k-th time discrete, the largest in comparison with the accumulated sums in the adjacent time discrete;
Sk max - предельно возможное значение накопленной суммы;S k max - the maximum possible value of the accumulated amount;
а - коэффициент, определяемый предварительно при калибровке;a is the coefficient determined previously during calibration;
SS - сумма накопленных сумм;S S - the amount of accumulated amounts;
Sj - накопленная сумма в j-й дискрете времени;S j - the accumulated amount in the j-th time discrete;
j - текущий индекс;j is the current index;
S0 - коэффициент, определяемый предварительно при калибровке.S 0 - coefficient determined previously during calibration.
На фиг.2 область введения поправки ограничена значением S~20, поскольку, во-первых, это соответствует максимальному значению SS, учитываемому при формировании оценки (7), а, во-вторых, при отношении сигнал/шум >10-20 целесообразно формировать оценку дальности не по накопленному массиву, а путем прямой временной фиксации принятого сигнала.In Fig. 2, the correction area is limited to S ~ 20, because, firstly, this corresponds to the maximum value S S taken into account when forming the estimate (7), and, secondly, when the signal-to-noise ratio> 10-20 generate a range estimate not by the accumulated array, but by direct temporary fixation of the received signal.
По сравнению со способами светолокационного определения дальности, в которых не учитывается поправка на величину принимаемого сигнала, предлагаемый способ позволяет в несколько раз уменьшить систематическую ошибку измерения дальности. В рассмотренном выше примере это позволяет уменьшить систематическую ошибку примерно на порядок, благодаря чему реальная погрешность измерения дальности может быть снижена до 0,05 м при ширине дискреты времени 6,67 нс, что соответствует тактовой частоте 150 МГц и дискретности по дальности 1 м. При этом среднеквадратическая погрешность измерения дальности δR в серии зондирования N=200 циклов и дискрете дальности ΔR=1 м составляет Compared with the methods of radar range determination, which do not take into account the correction for the value of the received signal, the proposed method allows several times to reduce the systematic error of range measurement. In the above example, this allows us to reduce the systematic error by about an order of magnitude, so that the real range measurement error can be reduced to 0.05 m with a time discrete of 6.67 ns, which corresponds to a clock frequency of 150 MHz and a resolution of 1 m in range. this standard error of the measurement of the range δ R in the sensing series N = 200 cycles and the discrete range ΔR = 1 m is
Таким образом, предлагаемый способ светолокационного измерения дальности позволяет обеспечить более высокую точность измерения дальности в широком диапазоне амплитуд принимаемых сигналов.Thus, the proposed method of radar range measurement allows for a higher accuracy of range measurement in a wide range of amplitudes of the received signals.
Источники информацииInformation sources
1. В.А.Волохатюк, В.М.Кочетков, P.P.Красовский «Вопросы оптической локации». - М.: Советское радио, 1971 г., стр.177.1. V.A. Volokhatyuk, V.M. Kochetkov, P.P. Krasovsky "Optical location issues." - M.: Soviet Radio, 1971, p. 177.
2. Международная заявка WO 2005/006016 - прототип.2. International application WO 2005/006016 - prototype.
3. Я.Д.Ширман, В.Н.Манжос «Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех». - М.: Радио и связь, 1981 г., стр.81-83.3. Ya. D. Shirman, VN Manzhos "Theory and technique of processing radar information against the background of interference." - M.: Radio and Communications, 1981, pp. 81-83.
4. В.Е.Гмурман «Теория вероятностей и математическая статистика». - М.: Высшая школа, 1977 г., стр.281.4. V.E. Gmurman "Probability Theory and Mathematical Statistics." - M.: Higher School, 1977, p. 281.
5. И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев «Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов». - М.: Наука, 1986 г., стр.446.5. I. N. Bronstein, K. A. Semendyaev, “A Handbook of Mathematics for Engineers and Students of Technical Universities”. - M.: Science, 1986, p. 466.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007139553/28A RU2359227C1 (en) | 2007-10-26 | 2007-10-26 | Method of optical location range finding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007139553/28A RU2359227C1 (en) | 2007-10-26 | 2007-10-26 | Method of optical location range finding |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2359227C1 true RU2359227C1 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=41026000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007139553/28A RU2359227C1 (en) | 2007-10-26 | 2007-10-26 | Method of optical location range finding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2359227C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558694C1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Determination of aircraft altitude |
-
2007
- 2007-10-26 RU RU2007139553/28A patent/RU2359227C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВИЛЬНЕР В. и др. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ СВЕТОЛОКАЦИОННОГО ИМПУЛЬСНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ДАЛЬНОСТИ С НАКОПЛЕНИЕМ. ФОТОНИКА, 6/2007, с.22-26. ШИРМАН Я.Д. и др. ТЕОРИЯ И ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ФОНЕ ПОМЕХ. - М.: РАДИО И СВЯЗЬ, 1981, с.81-83. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558694C1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Determination of aircraft altitude |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105759279B (en) | One kind is based on the matched laser ranging system of waveform time domain and method | |
EP3356853B1 (en) | Lidar system with reflected signal strength measurement | |
CN110927735B (en) | Multi-target distance measurement method based on multi-channel full-waveform lidar data | |
CN101595396A (en) | The apparatus and method of high-resolution ultrasound displacement measurement | |
CN113238246A (en) | Method and device for simultaneously measuring distance and speed based on pulse sequence and storage medium | |
JP2015219120A (en) | Distance measuring apparatus | |
CN104483668A (en) | High-accuracy radar signal detecting and tracking system and method | |
CN111208486A (en) | Full-waveform laser radar waveform decomposition method | |
RU2455615C1 (en) | Method for non-coherent accumulation of optical location signals | |
Hofton et al. | Algorithm theoretical basis document (ATBD) | |
RU2359227C1 (en) | Method of optical location range finding | |
US20060235635A1 (en) | Apparatus and method for performing the delay estimation of signals propagating through an environment | |
CN210129035U (en) | Laser radar echo data extraction device | |
RU2518009C1 (en) | Correlation method of improving velocity and range resolution for pulsed doppler systems with intrapulse coherent processing | |
CN110609263A (en) | A Method for Simultaneously Calculating the Time Delay and Frequency Offset of Pulsed Lidar Target Echoes | |
US7289388B2 (en) | Estimation of background noise and its effect on sonar range estimation | |
RU2359228C1 (en) | Method of optical location range finding | |
RU2390724C2 (en) | Method for light-range finding | |
CN110726995B (en) | Laser radar high-precision ranging method and system | |
CN116819477A (en) | Inter-pulse fingerprint feature combined radar radiation source individual identification method | |
US5198820A (en) | Calibrating satellite altimetry measurements of geoidal height | |
CN116359854A (en) | YOLOv 5-based anti-air warning radar composite interference parameter estimation method | |
KR20190018601A (en) | Method to determine traveling time for plurality of light pulses | |
RU2003101179A (en) | METHOD FOR AUTOMATIC SUPPORT OF A MANEUVERING GOAL IN THE ACTIVE LOCATION OF A HYDROACOUSTIC OR RADAR COMPLEX | |
CN116224352A (en) | Wide dynamic pulse laser ranging method and system for neural network |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101027 |