[go: up one dir, main page]

RU2359227C1 - Method of optical location range finding - Google Patents

Method of optical location range finding Download PDF

Info

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
Application number
RU2007139553/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер (RU)
Валерий Григорьевич Вильнер
Владимир Георгиевич Волобуев (RU)
Владимир Георгиевич Волобуев
Евгений Леонидович Рудь (RU)
Евгений Леонидович Рудь
Борис Кириллович Рябокуль (RU)
Борис Кириллович Рябокуль
Original Assignee
Валерий Григорьевич Вильнер
Владимир Георгиевич Волобуев
Евгений Леонидович Рудь
Борис Кириллович Рябокуль
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Григорьевич Вильнер, Владимир Георгиевич Волобуев, Евгений Леонидович Рудь, Борис Кириллович Рябокуль filed Critical Валерий Григорьевич Вильнер
Priority to RU2007139553/28A priority Critical patent/RU2359227C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2359227C1 publication Critical patent/RU2359227C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: invention deals with laser pulse location range finding. Method of optical location distance measuring up to the target by way of incoherent concentration includes series of cycles. Each cycle consists of sending of laser sounding pulse to the target. Time is sampled by displacement units. Pulse reflected by the target is received. In each time sample there developed is hypothesis about signal presence or absence by way of threshold conversion of received mixture of noise and signal. The number that corresponds to hypothesis is formed and these numbers are accumulated in a form of summaries for each time sample. After series of cycles time samples the accumulated summary of which exceeds specified number are marked. These accumulated summaries help to form ranging evaluation up to the target. Note that calibration is performed beforehand.
EFFECT: increase of range finding accuracy in wide range of received signals swing.
2 dwg

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

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000001
Figure 00000002

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

Figure 00000003
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
Figure 00000003

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)

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 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, отличающийся тем, что 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. A method of radar-ranging determination of the distance to a 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, the time is quantized to discretes, the reflected pulse is received, the hypothesis of the absence or presence of a signal is generated by threshold transformation in each time sample the received mixture of signal and noise, the formation of the corresponding number hypothesis and the accumulation of the generated numbers in the form of sums for each time discrete, at the end of a series of cycles in Allocate those time samples in which the accumulated sum exceeds a predetermined number, from these accumulated sums form an estimate of the distance to the target, characterized in that they pre-calibrate, during which the true value of the distance to the target is determined, the amplitude of the pulses reflected by the target is changed within the working dynamic range, for each value of the amplitude, an estimate of the range, its displacement relative to the true value and the sum of the accumulated sums in time discrete in the vicinity time samples with the maximum accumulated amount, and in the working range determination after the formation of the range, the sum of the accumulated sums in the time discs in the vicinity of the time samples with the maximum accumulated sum is determined, and, depending on this sum of the accumulated sums, a correction is introduced into the range estimate, equal in absolute value and opposite in sign to the corresponding bias of the estimate determined during calibration.
RU2007139553/28A 2007-10-26 2007-10-26 Method of optical location range finding RU2359227C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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