Диссертация (Алгоритмы обработки сигналов в радиолокаторах предупреждения столкновений транспортных средств), страница 12

Проведена оценка погрешностей измерения азимутального угла и расстояния от носителя РПС до наблюдаемых объектов (в первую очередь, обочины),которая позволяет сформулировать рекомендации по выбору технических параметров РПС, а также предложить методы повышения точности измерения координат наблюдаемых в РПС объектов.885 Особенности формирования и отображения РЛИ в РПСОсновной задачей РПС является формирование панорамного РЛИ дорожнойобстановки впереди ТС на индикаторном устройстве.

При этом, вторичная обработка сформированных РЛИ позволяет определить расстояния от ТС до левой иправой обочины и, тем самым, оценить ширину дорожного полотна и в реальномвремени построить коридор безопасности (КБ) движения ТС [25,55].Таким образом, в РПС должны быть реализованы следующие взаимосвязанные функции:1.

Формирование панорамного РЛИ дорожного полотна (ДП), прилегающей местности и объектов, находящихся на ДП, в реальном масштабе времени.При этом, РЛИ должно отображаться в системе координат адекватной реальнойсцене и однозначно воспринимаемой водителем.2. Формирование и отображение на индикаторе РПС параметров, характеризующих:−положение ТС на дорожном полотне, в том числе расстояние до левой иправой обочины (т.е. ширину дорожного полотна);−угол между строительной осью ТС и направлением (осью) дорожногополотна;−границу дорожного полотна;−коридор безопасного движения (виртуальная разметка), свободный отпрепятствий, и критическую дальность, на которой формируется сигнал«опасности» наезда на препятствие.3.

Формирование РЛИ в полярной системе координат, которая являетсянаиболее предпочтительной, т.к. в этой системе координат отображение дорожного полотна на экране индикатора минимально подвержено геометрическим искажениям: прямые границы дорожного полотна так же отображается прямыми линиями [49, 50].На рисунке 5.1 приведён пример оптического изображения дорожной обстановки, а на рис.

5.2а – соответствующее этой сцене РЛИ в системе координат89(дальность – азимут) и на рис. 5.2б – РЛИ в прямоугольной системе координат(XOY), полученные в результате натурных испытаний экспериментального макета РПС.Рис. 5.1абРисунок 5.2. ОИ и РЛИ дорожной обстановки90Из этих примеров следует, что информативность РЛИ в координатах дальность – азимут, особенно в пределах дорожного полотна, существенно снижаетсяс увеличением дальности. Таким образом, для формирования информативногоРЛИ в РПС необходимо оценить эффективность визуализации наблюдаемых объектов с учётом геометрии их визирования, влияния различных дорожных покрытий и уточнить параметры ширины полосы, резервных зон и т.д.

В частности, становится актуальным вопрос увеличения масштаба по горизонтальной координатес целью увеличения информативности РЛИ.5.1 Особенности визуализации РЛИ в РПСИзвестные типы дорог можно условно классифицировать следующим образом:− однополосная асфальтовая дорога местного значения; ширина дорожногоасфальтного покрытия Ld ≈ 3м, прилегающие обочины: шириной 1,5+1,5м,представляющие собой песчаные или грунтовые поверхности, покрытыетравой (летом) или снежным бордюром (зимой).− двухполосная асфальтовая дорога Ld ≈ 6м, с аналогичными обочинами (каки у однополосной дороги). Наличие ограничений на участках с изгибами.− трёхполосное асфальтовое дорожное полотно, Ld ≈ 9м.− автострада с разделением встречных полос с помощью резервной зоны, покрытой травой (летом) или снежным бордюром (зимой): Ld ≈ 6м+2÷3м+6м =12+3 = 15м.Если принять в качестве первого приближения параметры дорожного полотна, то в этом случае можно определить особенности отраженных сигналов отдорожного полотна и сформулировать требования к характеристикам РПС.

Данный анализ позволит реализовать режим интерактивного управления ТС, в условиях отсутствия оптической видимости и определить необходимый набор измеряемых параметров для системы автоматического управления ТС.91Разрешающая способность РПС по азимуту имеет конечное значение, которое определяется эффективной шириной ДНА (∆θаз) в азимутальной плоскости исоставляет величину ∆θаз ≈ 0,70 ÷ 10.

В результате, можно определить максимальную дальность Rmax, на которой границы дорожного полотна не могут быть выделены на РЛИ, т.к. отраженные от левой и правой обочин сигналы визуально сливаются.Это условие может быть записано как:LdL= ∆θ аз , ⇒ R max = d ≈ 60 * Ld ,Rmax∆θ азгде: Ld – ширина ДП, ∆θаз Δθаз– эффективная ширина луча ДНА в горизонтальной плоскости.Для различных типов дорог величина Rmax составит:Rmax1 = 60 * Ld 1 = 60 * 3 м = 180мRmax2 = 60 * Ld 2 = 60 * 6 м = 360мRmax3 = 60 * Ld 3 = 60 * 9 м = 540мRmax4 = 60 * Ld 4 = 60 * 15 м = 900мВ результате можно констатировать, что для однополосной дороги Rmax ≤120м.Отображение РЛИ дорожного полотна на индикаторе РПСВ РПС для отображения РЛИ часто используется полярная система координат (R,θ), т.е.

система координат, совмещённая с системой координат обзора пространства. Ось ТС совмещена с центральным направлением сектора сканированияантенны. Если задаться максимальной дальностью Rmax = 300м (рис. 5.3), то количество азимутальных отсчётов при частоте модуляции Fм =10кГц, Тм = 100мкс иколичество азимутальных отсчётов в секторе сканирования ±450составит: 256 отсчётов. Таким образом, имеется порядка ≈ 3 отсчётов на 10 азимутальной шириныДНА.92Угол, под которым наблюдается обочина ДП: ∆θ ≈LdL 180 0[ рад ] = d, [ град ].R0R0 πТогда, ширина отображаемого участка местности в процентах будет равна:∆θ 0900100 =Ld 200[%] (таблица 5.1).R0 πРисунок 5.3. Геометрия визирования в РПСТаблица 5.1R0=100, [м]200300Ld, [м]∆θ , [град]∆θ 0100, [%]90031,721,963,443,895,165,7158,609,530,860,961,721,992,582,8154,304,730,570,661,151,309391,721,9152,873,2Таким образом, с увеличением дальности ширина отображаемого участкаДП уменьшается и экран РПС используется малоэффективно, т.к.

дорожное полотно занимает малую часть экранного пространства.Таблица 5.20,∆θ объекта[град]0∆θобъекта100, [%]90010.57320.636921.14651.273931.71971.910842.29302.547810.28660.318520.57320.636930.85990.955441.14651.2739d, [м]R0=100, [м]200Отображение РЛИ автомобилей на индикаторе РПС:Угол, под которым наблюдаются два автомобиля в РПС (см. рис.

5.3) составляет: ∆θ объекта ≈dd 180 0[ рад ] =[ град ].R0R0 πТогда ширина отображаемого участка0d 200местности будет равна: ∆θ объекта100 =[%] (таблица 5.2).090R0 πИз таблиц 5.1 и 5.2 следует, что при изменении масштаба, т.е. уменьшениимаксимальной отображаемой дальности, происходит линейное расширение масштаба по горизонтальной координате и ширина отображаемого участка двух машин занимает малую часть экранного пространства. Таким образом, в сервиснойпрограмме должна быть предусмотрена возможность изменять масштаб выводимого изображения с применением нелинейных масштабов.945.2 Метод нелинейного масштабирования РЛИ по азимутуДля того, чтобы повысить качество формирования и отображения РЛИ наэкране монитора системы РПС можно применить нелинейное масштабированиеРЛИ по углу для выводимого изображения. На рис.

5.4 приведены четыре варианта дорожного коридора.− первый вариант: Ld1 = Lправ +Lлев = 2+4 = 6м,− второй вариант: Ld2 = 4+6=10м,− третий вариант: Ld3 = 8+8=16м,− четвёртый вариант: Ld4 = 4+6 = 10м, R = 200м.Нетрудно показать, что использование операции lg10(θ) или lg2(θ) для азимутальной развёртки РЛИ позволяет более эффективно наблюдать дорожную ситуацию.Рисунок 5.4. Графическое изображение дорожных коридоровНа рис. 5.5 приведены результаты расчетов для 4-го варианта дорожногокоридора в полярной системе координат:95абвРисунок 5.5а - РЛИ в в полярной системе координат,б – РЛИ с изменением нелинейного масштаба: lg2(θ),в – РЛИ с изменением нелинейного масштаба: lg10(θ).Отображение РЛИ двух машин на индикаторе АРПСГеометрия задачи приведена на рисунке 5.3.Угол, под которым наблюдаются два автомобиля:θ1 = θ 3 ≈d13 / 2d / 2 1800d + d13 / 2d + d13 / 2 1800[ рад] = 13 .[ град].

θ 2 ≈ 12[ рад] = 12.[ град].R0R0πR0R0πШирина отображаемого участка местности будет равна:ϑ13 =ϑ12 =lg 10 (θ 1 )lg (θ )100 , [%] или ϑ13∗ = 2 1 100,[%]lg 2 (45)lg 10 (45 )lg 10 (θ 2 ) − lg 10 (θ 1 )lg (θ ) − lg 2 (θ1 )100,[%]100 , [%] или ϑ12* = 2 22 lg 2 (45)2 lg 10 (45 )Сравнение результатов расчёта, приведённых в таблицах 5.1, 5.2 и 5.4 позволяет сделать вывод, что применение алгоритма изменения нелинейных масштабов при формировании РЛИ позволяет повысить эффективность наблюдения дорожной ситуации. Однако необходимо отметить, что применение изменения не-96линейных масштабов РЛИ приводит к геометрическим искажениям лоцируемойповерхности, что может существенно осложнить восприятие обстановки.Таблица 5.4d13, [м]ϑ13 , [%]d12, [м]ϑ12 , [%]R0=100,16,620528,3689[м]211,9039411,8101316,3006613,7532420,0658815,014613,518335,337926,620548,368939,3948610,3722411,9039811,8101200Алгоритм формирования РЛИ с применением нелинейного масштабированияпо азимуту построен следующим образом:1) Параметры ( Nθ , N R - размер кадра по азимуту и дальности, N θ = 0 oазиму-тальный угол соответственно с направлением оси автомобиля) первого кадрабудет записан в массив “A”,2) Размер ( N o , N R - размер кадра по азимуту и дальности) формирования РЛИ(кадр) в нелинейном масштабе по азимуту выбран,3) Распределение яркостей I (i, j ) кадра, записанного в массиве “A” построенои записанo в массив “B” соответственно I (k , j ) в нелинейном масштабе поазимуту.97NRNR1NθNoNoNoNoРис.

5.6. Описание принципа работы алгоритма формирования РЛИс применением нелинейного масштабирования по азимутуИнтенсивность двух последовательных пикселей в массиве “A” I 1 (i, j ), I 2 (i + 1, j ) по азимутальному углу, в массиве “B” получим соответственноераспределение их яркостей - I 1 (k , j), k = k i −1 ÷ k i +1 и I 2 (k , j ), k = k i ÷ k i + 2 , описанное нарисунке 5.6.Здесь,k i −1 = round(log 2 (i − 1) * 100), k i = round (log 2 (i ) * 100)k i +1 = round(log 2 (i + 1) * 100), k i + 2 = round (log 2 (i + 2) * 100).В качестве данного алгоритма получим распределение яркостей I 1 (i, j ), I 2 (i + 1, j ) в массиве “B” следующим образом:I B (k , j ) = I 1 (k , j ) + I 2 (k , j ),k i ≤ k ≤ k i +1 .98Используя экспериментальные данные, в качестве алгоритма формированияРЛИ с применением нелинейного масштабирования по азимуту при отображенииРЛИ, на рис. 5.7 и 5.8 приведены результаты обработки РЛИ, полученного в РПС,того же участка местности в полярной системе координат и XOY.абвРисунок 5.7.

Результаты обработки экспериментальных РЛИ,в полярной системе координатздесь, а - оптическое изображение наблюдаемой сцены, б – простое РЛИ, в - формирование РЛИ с применением изменения нелинейных масштабов по азимуту.99абРисунок 5.8. Результаты обработки экспериментальных РЛИ,в системе координат XOYздесь, а – простое РЛИ, б - формирование РЛИ с применением изменения нелинейных масштабов по азимуту.Выводы к главе 51. Разработаны алгоритмы повышения качества визуализации РЛИ наэкране монитора РПС, основанные на применении линейного и нелинейногомасштабирования при формировании и обработке панорамных РЛИ в РПС.2. Показано, что применение данных алгоритмов позволяет повысить качество визуализации радиолокационного изображения, особенно, когда автомобили,двигаются на узком участке дороги и в присутствии других объектов.3. Установлено, что применение указанных алгоритмов позволяет существенно повысить вероятность правильной идентификации участников движенияи значительно повысить максимальную дальность этой идентификации.100ЗаключениеОсновные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:1.