RU2390724C2 - Method for light-range finding - Google Patents
Method for light-range finding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390724C2 RU2390724C2 RU2007137273/28A RU2007137273A RU2390724C2 RU 2390724 C2 RU2390724 C2 RU 2390724C2 RU 2007137273/28 A RU2007137273/28 A RU 2007137273/28A RU 2007137273 A RU2007137273 A RU 2007137273A RU 2390724 C2 RU2390724 C2 RU 2390724C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time
- accumulation
- discrete
- target
- pulse
- 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 [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 позволяет обеспечить необходимую дальность действия при использовании полупроводниковых лазеров, предпочтительных для портативной аппаратуры.A known method of radar range determination [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 does not allow to provide the required range when using semiconductor lasers, preferred for portable equipment.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ светолокационного определения дальности методом некогерентного накопления, включающий серию циклов зондирования, в каждом из которых на цель посылают лазерный зондирующий импульс, после излучения зондирующего импульса 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 накопления выделяют те дискреты времени, где накопленная в течение серии циклов зондирования сумма превышает заданное число, и по этим накопленным суммам судят о дальности до цели [2].The closest in technical essence to the proposed method is a method of radar range determination by the method of incoherent accumulation, including a series of sensing cycles, in each of which a laser probe pulse is sent to the target, after the radiation of the probe pulse, time is quantized to discrete, receive the pulse reflected by the target, generate in each from the time discrete, the hypothesis of the absence or presence of a signal by threshold transformation of the received mixture of signal and noise, the formation corresponds present hypothesis and accumulation of generated numbers as sums for each sample time, the accumulation completion secrete those discrete unit of time where accumulated over a series of cycles sensing sum exceeds a predetermined number, and these accumulated sums are judged on the target range [2].
В указанном способе осуществляется процедура цифрового некогерентного накопления [3], реализующая метод статистической проверки гипотез [4]. Недостатком этого способа является необходимость в большом объеме быстродействующей цифровой регистрирующей аппаратуры, требуемой для его реализации. Так, при ширине дискреты времени ΔT=6,667 нс, что соответствует дискретности по дальности 1 м, тактовая частота дискретизации должна составлять 1/ΔТ=150 МГц, а количество статистически независимых каналов накопления К=2Rmax/cΔT, где Rmax - диапазон измеряемых дальностей; с - скорость света. Например, для приведенного примера при Rmax=5 км К=5000. Кроме того, в описанном способе длительность сигнала должна соответствовать длительности временной дискреты, что ограничивает энергию зондирующего сигнала, а следовательно, и максимальную измеряемую дальность.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 need for a large amount of high-speed digital recording equipment required for its implementation. So, with a time discrete width of ΔT = 6.667 ns, which corresponds to a range of 1 m, the sampling clock rate should be 1 / ΔТ = 150 MHz, and the number of statistically independent storage channels is K = 2R max / cΔT, where R max is the range of measured ranges; c is the speed of light. For example, for the given example at R max = 5 km K = 5000. In addition, in the described method, the duration of the signal must correspond to the duration of the time samples, which limits the energy of the probing signal, and therefore the maximum measured range.
Задачей изобретения является увеличение максимальной измеряемой дальности и точности измерения дальности без увеличения требуемой тактовой частоты и количества независимых каналов накопления с целью создания портативной аппаратуры с высокой дальностью действия.The objective of the invention is to increase the maximum measured range and accuracy of range measurement without increasing the required clock frequency and the number of independent accumulation channels in order to create portable equipment with a high range.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе светолокационного определения дальности методом некогерентного накопления, включающем серию циклов зондирования, в каждом из которых на цель посылают лазерный зондирующий импульс, после излучения зондирующего импульса 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 накопления выделяют те дискреты времени, где накопленная в течение серии циклов зондирования сумма превышает заданное число, и по этим накопленным суммам судят о дальности до цели, в каждом цикле зондирования лазерный зондирующий импульс излучают в течение длительности нескольких дискрет времени, по окончании накопления выделяют дискрету времени, в которой накопленная сумма максимальна, определяют задержку Т отраженного целью сигнала относительно момента посылки зондирующего импульса как первый начальный момент массива накопленных сумм в окрестности выделенной дискреты времени и по этой задержке определяют дальность до цели R по формуле R=с(Т-То)/2, где с - скорость света, То - аппаратурная константа.The problem is solved due to the fact that in the known method of radar range determination by the method of incoherent accumulation, which includes a series of sensing cycles, in each of which a laser probe pulse is sent to the target, after the radiation of the probe pulse, the time is quantized to discrete, the pulse reflected by the target is received, and the each time discrete 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 hypothesis h In the case of accumulation of generated numbers in the form of sums for each time discrete, at the end of the accumulation, those time discrete are selected where the accumulated amount during the series of sensing cycles exceeds the specified number, and the distance to the target is judged from these accumulated sums, in each sounding cycle the pulse is emitted for a duration of several time discrete, at the end of the accumulation, a time discrete is allocated in which the accumulated sum is maximum, the delay T of the signal reflected by the target is determined but the moment of sending the probe pulse as the first initial moment of the array of accumulated sums in the vicinity of the allocated time discrete and from this delay determine the distance to the target R by the formula R = c (T-T o ) / 2, where c is the speed of light, T about is the instrumental constant.
Количество дискрет времени в окрестности выделенной дискреты слева и справа от нее может соответствовать длительности переднего и заднего фронтов лазерного зондирующего импульса. При этом эффективность накопления, то есть степень улучшения отношения сигнал/шум, близка к максимальному значению.The number of time samples in the vicinity of the selected samples to the left and to the right of it can correspond to the duration of the leading and trailing edges of the laser probe pulse. Moreover, the accumulation efficiency, that is, the degree of improvement of the signal-to-noise ratio, is close to the maximum value.
Длительность дискреты времени устанавливают в пределах от 0,1 до 0,5 от длительности лазерного зондирующего импульса по уровню 0,1. При меньшей длительности дискреты повышаются требования к объему и быстродействию аппаратуры, а при большей утрачиваются преимущества предлагаемого способа.The duration of the time samples is set in the range from 0.1 to 0.5 of the duration of the laser probe pulse at a level of 0.1. With a shorter duration, the discrete requirements for the volume and speed of the equipment increase, and with a greater duration, the advantages of the proposed method are lost.
На фиг.1а и 1б приведены примеры заполнения массива данных после накопления соответственно при отношении сигнал/шум 1 и 10.On figa and 1b are examples of filling the data array after accumulation, respectively, with a signal to noise ratio of 1 and 10.
На фиг.2 показаны два примера заполнения массива данных при отсутствии сигнала.Figure 2 shows two examples of filling the data array in the absence of a signal.
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.The duration of the signal at the base of t and = 6ΔT.
Длительность переднего фронта сигнала tфр=2ΔТ.The duration of the leading edge of the signal t fr = 2ΔT.
Задержку отраженного сигнала Тз определяют по формуле первого начального момента [5], в общем случае с весовыми коэффициентами при значениях накопленных суммThe delay of the reflected signal T s is determined by the formula of the first initial moment [5], in the general case, with weight coefficients for the values of the accumulated sums
гдеWhere
j - номер временной дискреты, в которой накопленная сумма максимальна;j is the number of time discretes in which the accumulated sum is maximum;
К(а) - накопленная сумма в (а)-й дискрете;K (a) is the accumulated amount in the (a) -th discrete;
k(а) - весовой коэффициент (а)-й дискреты;k (a) is the weight coefficient of the (a) -th discrete;
m=tфр/ΔТ - количество дискрет, соответствующих длительности переднего фронта лазерного импульса;m = t fr / ΔТ is the number of discretes corresponding to the duration of the leading edge of the laser pulse;
tфр - длительность переднего фронта лазерного импульса;t fr - the duration of the leading edge of the laser pulse;
q=tи/ΔT - количество дискрет, соответствующих длительности импульса;q = t and / ΔT is the number of discretes corresponding to the pulse duration;
tи - длительность лазерного импульса;t and is the duration of the laser pulse;
р - поправочное число, характеризующее точку временной привязки сигнала;p is the correction number characterizing the time point of the signal;
ΔT - длительность дискреты.ΔT is the duration of the samples.
В рассмотренном варианте длина анализируемого массива принята равной длительности импульса, то есть 6 дискретам, весовые коэффициенты дискрет k(а)=1, поправочное число р=3. Длительность дискреты условно принята равной ΔT=1. Таким образом, оценка задержки импульса проводится в соответствии с алгоритмомIn the considered variant, the length of the analyzed array is taken equal to the pulse duration, i.e. 6 discrete discrete weights, discrete weight coefficients k (a) = 1, correction number p = 3. The duration of the discrete is conventionally taken equal to ΔT = 1. Thus, the evaluation of the pulse delay is carried out in accordance with the algorithm
В рассмотренном примере ΔT=1 численно соответствует дискрете дальности 1 м, поэтому оценка задержки Тз≡R, где ≡ - знак численного равенства, R - оценка дальности. Оценку дальности формируют по формуле R=сТз/2, где с - скорость света.In the considered example, ΔT = 1 numerically corresponds to a range discrete of 1 m, therefore, the delay estimate T s ≡ R, where ≡ is the sign of numerical equality, R is the range estimate. The range estimate is formed by the formula R = cT s / 2, where c is the speed of light.
Как следует из фиг.1а и 1б, оценка задержки принимаемого сигнала по предлагаемому способу (показана индексом на временной оси) примерно соответствует максимуму сигнала и сохраняет свое положение в широком диапазоне амплитуд принимаемого сигнала (при отношении сигнал/шум от порогового до уровня переполнения сумматоров в каналах накопителя).As follows from figa and 1b, the estimate of the delay of the received signal by the proposed method (shown by the index on the time axis) approximately corresponds to the maximum of the signal and maintains its position in a wide range of amplitudes of the received signal (when the signal to noise ratio is from the threshold to the level of overflow adders in drive channels).
На фиг.2 показаны примеры заполнения накопителя в отсутствие сигнала, когда суммы, накопленные в дискретах дальности, не превышают порогового значения 20-25. Учитывая, что при отношении сигнал/шум = 1, максимальная накопленная сумма равна 140, в этом случае имеется запас по амплитуде около 6 раз, т.е. пороговое отношение сигнал/шум на входе накопителя составляет 0,15. При этом, как показало моделирование, среднеквадратическая ошибка оценки задержки не превышает 0,4 дискреты при асинхронном старте (когда момент излучения зондирующего лазерного импульса не привязан к тактовой частоте дискретизации) и не превышает 0,25 дискреты при синхронном старте, когда зондирующий импульс излучают при поступлении очередного тактового импульса. Это позволяет производить измерения при меньшей тактовой частоте по сравнению с известными решениями.Figure 2 shows examples of filling the drive in the absence of a signal when the sums accumulated in the range discretes do not exceed the threshold value of 20-25. Given that with a signal-to-noise ratio = 1, the maximum accumulated sum is 140, in this case there is a margin of amplitude about 6 times, i.e. the threshold signal-to-noise ratio at the drive input is 0.15. Moreover, as the simulation showed, the root-mean-square error of the delay estimate does not exceed 0.4 discretes at asynchronous start (when the moment of emission of the probe laser pulse is not tied to the sampling clock frequency) and does not exceed 0.25 discretes during synchronous start, when the probe pulse is emitted at the arrival of the next clock pulse. This allows measurements at a lower clock speed compared with known solutions.
По сравнению со способами светолокационного определения дальности, в которых длительность зондирующего импульса соответствует длительности временной дискреты, предлагаемый способ позволяет в несколько раз увеличить эффективно используемую энергию зондирующего лазерного импульса, увеличивая ее за счет существенного увеличения длительности импульса. В рассмотренном выше примере это позволяет увеличить эффективное отношение сигнал/шум примерно в два раза, благодаря чему реально измеряемая дальность возрастет в 1,3-1,5 раза.Compared with the methods of radar range determination, in which the duration of the probe pulse corresponds to the duration of the time discrete, the proposed method allows several times to increase the effectively used energy of the probe laser pulse, increasing it due to a significant increase in the pulse duration. In the above example, this allows you to increase the effective signal-to-noise ratio by about two times, due to which the actually measured range will increase by 1.3-1.5 times.
Таким образом, предлагаемый способ светолокационного измерения дальности позволяет увеличить максимальную измеряемую дальность и точность измерения дальности без увеличения требуемой тактовой частоты и количества независимых каналов накопления, что позволяет создать портативную аппаратуру с высокой дальностью действия.Thus, the proposed method of radar range measurement allows you to increase the maximum measured range and accuracy of range measurement without increasing the required clock frequency and the number of independent storage channels, which allows you to create portable equipment with a high range.
Источники информацииInformation sources
1. В.А.Волохатюк, В.М.Кочетков, P.P.Красовский «Вопросы оптической локации». Изд. «Советское радио», М., 1971 г., стр.177.1. V.A. Volokhatyuk, V.M. Kochetkov, P.P. Krasovsky "Issues of optical location". Ed. "Soviet Radio", Moscow, 1971, p. 177.
2. Патент WO 2005/006016 A1 "Laser rangefinder and method thereof - прототип.2. Patent WO 2005/006016 A1 "Laser rangefinder and method thereof - prototype.
3. Я.Д.Ширман, В.Н.Манжос «Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех». Изд. «Радио и связь», М., 1981 г., стр.81-83.3. Ya. D. Shirman, VN Manzhos “Theory and technique of processing radar information against the background of interference”. Ed. “Radio and communications”, M., 1981, pp. 81-83.
4. В.Е.Гмурман «Теория вероятностей и математическая статистика». Изд. «Высшая школа», М., 1977 г., стр.281.4. V.E. Gmurman "Probability Theory and Mathematical Statistics." Ed. "Higher School", Moscow, 1977, p. 281.
5. И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев «Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов», Изд. «Наука», М., 1986 г., стр.446.5. I. N. Bronstein, K. A. Semendyaev, “A Handbook of Mathematics for Engineers and Students of Technical Universities,” Ed. "Science", Moscow, 1986, p. 466.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007137273/28A RU2390724C2 (en) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | Method for light-range finding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007137273/28A RU2390724C2 (en) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | Method for light-range finding |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007137273A RU2007137273A (en) | 2009-04-20 |
RU2390724C2 true RU2390724C2 (en) | 2010-05-27 |
Family
ID=41017276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007137273/28A RU2390724C2 (en) | 2007-10-10 | 2007-10-10 | Method for light-range finding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2390724C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451950C1 (en) * | 2011-01-18 | 2012-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for timing pulsed optical location signal |
RU2538432C1 (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (ОАО "НПК "СПП") | Laser ranging method |
RU2811387C1 (en) * | 2023-10-11 | 2024-01-11 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for receiving light-screen signals |
-
2007
- 2007-10-10 RU RU2007137273/28A patent/RU2390724C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВИЛЬНЕР В.Г. 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 (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451950C1 (en) * | 2011-01-18 | 2012-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for timing pulsed optical location signal |
RU2538432C1 (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (ОАО "НПК "СПП") | Laser ranging method |
RU2811387C1 (en) * | 2023-10-11 | 2024-01-11 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for receiving light-screen signals |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007137273A (en) | 2009-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0654682B1 (en) | Light-wave distance meter based on light pulses | |
CN102176004B (en) | Laser time-of-flight measurement device based on multi-channel time delay estimation and method thereof | |
US6836317B1 (en) | Method for optically measuring distance | |
EP2912406B1 (en) | Ultrasonic measurement apparatus and method | |
CN113238246A (en) | Method and device for simultaneously measuring distance and speed based on pulse sequence and storage medium | |
US20130038485A1 (en) | Data analysis method and apparatus for estimating time-axis positions of peak values within a signal based on a series of sample values of the signal | |
CN104122538A (en) | Method for determining noise power of wind profile radar | |
CN104483668A (en) | High-accuracy radar signal detecting and tracking system and method | |
CN108828602A (en) | A kind of pulsion phase dry method tests the speed the fuzzy signal processing method of middle release rate | |
Wang et al. | Online multi-target laser ranging using waveform decomposition on FPGA | |
RU2390724C2 (en) | Method for light-range finding | |
RU2518009C1 (en) | Correlation method of improving velocity and range resolution for pulsed doppler systems with intrapulse coherent processing | |
CN105549027A (en) | Range finding method based on laser pulse shape leading edge detection and system thereof | |
TW201411166A (en) | Laser rangefinder for distance measurement, distance computation method and distance measurement method | |
RU2359227C1 (en) | Method of optical location range finding | |
RU2003101179A (en) | METHOD FOR AUTOMATIC SUPPORT OF A MANEUVERING GOAL IN THE ACTIVE LOCATION OF A HYDROACOUSTIC OR RADAR COMPLEX | |
CN111352119A (en) | Target ranging method and device based on single photon velocity accumulation | |
CN110726995B (en) | Laser radar high-precision ranging method and system | |
CN113359145B (en) | Target accurate positioning method in pulse laser ranging and application thereof | |
CN111189912B (en) | Emission reference ultrasonic detection method, device and storage medium | |
CN116224352A (en) | Wide dynamic pulse laser ranging method and system for neural network | |
CN113433563B (en) | Distance measuring method and distance measuring device | |
RU2359228C1 (en) | Method of optical location range finding | |
WO2022016341A1 (en) | Signal processing method and apparatus | |
RU2515419C1 (en) | Method of measuring change in course angle of probing signal source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101011 |