Диссертация (Радиолокационная система обеспечения безопасности движения наземных транспортных средств), страница 11

Разрешить эту задачу позволяет априорно парный характер обочин дороги.Предложенные ниже алгоритмы ограничены случаем прямого участка дороги илипологого поворота. Случаи сложных развязок и перекрёстков в диссертации нерассматривались.Диаграмма направленности АРЛС сканирует в азимутальной плоскости, последовательно облучая участки поверхности дорожного полотна и окружающейместности. Геометрические соотношения, поясняющие процедуры обзора пространства, представлены на рисунке 4.1.72yAy1R1ΔyBΔxy2R2θ1θ2pxα0x1 x2Рисунок 4.1.

Геометрия задачи. Расположение автомобиля на дороге.Узкий в азимутальной плоскости антенный луч, совершает сканирование,последовательно занимая положение, характеризуемое углом. Отсчетазимутальных углов осуществляется от оси ОУ слева направо к правой границедорожного полотна. Для последовательных положений лучаосущест-вляется измерение времени запаздывания сигнала, отражённого от границы перехода «дорожное полотно-обочина».Задачу определения ширины дорожного полотна в первом приближенииупростим, и будем искать алгоритм, позволяющий по данным, полученным отАРЛС, определить расстояния от автомобиля до обочины.

АРЛС проводитизмерения в системе координат (0ХУ), привязанной к строительным осямавтомобиля. Высокодетальное РЛИ, формируемое АРЛС [23], позволяетопределить не только расстояние до обочины, но и угол, характеризующийориентацию автомобиля относительно дорожного полотна.Будем полагать, что граница «дорожное полотно-обочина» может бытьаппроксимирована прямой линией, которая в системе координат РЛС (началосистемы координат привязано к ТС) характеризуется уравнением (4.1):,(4.1)73где - угол между границей дорожного полотна и осью ОУ, р -расстояние отграницы до начала системы координат, х и у - это координаты произвольнойточки на плоскости РЛИ.На рисунке 4.1 в системе координат, привязанной к строительным осям ТС,представлено положение автомобиля на дороге, граница которой показанапунктиром.АРЛС осуществляет сканирование пространства перед автомобилем иосуществляет измерение дальности R и угла , под которыми приходят сигналы,отражённые от границы «дорога - обочина».

Уравнение, характеризующее линиюОА в плоскости XOY можно записать в виде аналогичном (4.1):,(4.2)Знак «-» в выражении (4.2) связан с тем, что значения углаи углаберутся вразных направлениях.Координаты точки А - точки пересечения двух прямых, определяются изсовместного решения (4.1) и (4.2):;(4.3)и соответственно дальность от начала координат до точкиопределяетсяв виде:(4.4)В связи с тем, что в выражения (4.3 и 4.4) входят неизвестные величины р и ,необходимо еще одно измерение величини:(4.5)Таким образом для определения этих неизвестных параметров р инеобходимо совместное решение уравнений (4.4) и (4.5).74(4.6)Если взять отношение двух приращений:то выражение для вычисления искомого углазапишется в виде:(4.7)Тогда расстояние до обочины р находится из подстановки (4.7) в (4.4) и(4.5):(4.8)Таким образом, измерение в АРЛС двух дальностейсоответственно двух угловииипозволяет с помощью выражения (4.7)определить угол отклонения оси ТС от направления дорожного полотна, а поформуле (4.8) найти расстояние до обочины p [50].4.3 Оценка допустимой погрешности измерения расстояниядо обочиныРассмотрим погрешность измерения параметра р на больших дальностях.Полагаем, чтоизвестная величина (в частном случае ось ТС ориентированавдоль направления границы дорожного полотна).

В этих условиях при малыхзначениях углапараметр p определяется из выражения (4.8):(4.9)Тогда, с учётом (4.9) относительная ошибка измерения р определяетсяследующим выражением:где:относительные погрешности измерение дальности R и угла.В АРЛС в первом приближении погрешность измерения дальности дограницы раздела «дорожное полотно-обочина» определяется дальномернымразрешением АРЛС и составляет единицы метров ().

Относительная75ошибка измерения дальности длясоставит:%Относительная ошибка измерения угла при малой ширине ДНА вазимутальной плоскости определяется выражением:,где- эффективная ширина ДНА в азимутальной плоскости (),- величина измеряемого угла.Если считать, что автомобиль двигается в правой крайней полосе ирасстояние до обочины составляет 3 метра, то тогда на дальности R = 50 - 80 м,уголможет принимать значения:%Результаты данного анализа показывают, что в итоговой погрешностипреобладает ошибка, обусловленная низкой точностью измерения угловойкоординаты , поэтому можно считать:%При этом абсолютное значение ошибкипогрешностьпри величинедает, что можно считать приемлемой величиной.Можно организовать измерение расстояния до другой, правой (левой)обочины, а также использовать априорные сведения о ширине дорожногополотна, которое стандартизовано.

Так, если ширина дорожного полотнасоставляет величину 8 метров, то соответствующий измеряемый угол :%=Таким образом, относительна ошибка измерения уменьшается приувеличении , но абсолютная – остаётся неизменной.764.4 Алгоритм построения границ дорожного полотнаНа основе методов измерения расстояния до границы дороги и определенияугла отклонения движения автомобиля от направления дороги, рассмотренных вразделе 4.2, разработан многоканальный измеритель границ дорожного полотна,алгоритм которого представлен ниже.Каждый i-й канал обнаружителя представляет собой сечение РЛИ подальности (рис.4.2, 4.3, 4.4).Рисунок 4.2. ОптическоеизображениеРисунок 4.3.

РадиолокационноеизображениеНа рисунке 4.2 представлено оптическое изображение, а на рисунке 4.3синхронное ему РЛИ, сформированное на выходе АРЛС. На рисунке 4.4приведено сечение РЛИ по дальности, которое показано вертикальной линией нарис. 4.3.77Рисунок 4.4. Сечение РЛИ по дальностиЗадача построения границ дорожного полотна сводится к определениюдальности до обочины во всех направлениях, в которых происходитзондирование, и последующим статистическом расчете искомых параметрахи. Данную задачу можно разбить на следующие этапы:м1. Задаётся диапазон допустимых значений величинып пм. Данный диапазон выбирается исходя из априорных сведений отипах дороги, ширины полосы движения.2. Уголвыражается через технические параметры АРЛС, где- сектор сканирования,- количество пе-риодов зондирований ЛЧМ сигнала за время наблюдения сектора,- номерсечения РЛИ по азимуту.3.

Границы зоны поиска по дальности зависят от номера канала4. Азимутальный сектор обзора разделяется на сектор поиска левой и правойобочины78– сектор поиска левой обочины– сектор поиска правойскобочиныВ итоге на радиолокационном изображении выбирается область, где происходит измерение расстояния до обочины (рис.4.5)Рисунок 4.5. Границы поиска обочины.(Пунктирной линией показана ближняя граница зоны поиска, сплошной линией –дальняя граница)5. Вычисление значений pL, pR,осуществляется, используя оценки дально-стей до границы дорожного полотна в каналах (R)зизи6. вычисление средних значенийоценочных значений p и .и среднеквадратических отклоненийдля797.

Фильтрация аномальных точек.Так как ширина дороги постоянна, то можно из массива R получить выборку R’, по следующему критерию8. Определение экстраполированных значений р идля формирования оце-нок этих величин в следующем кадре РЛИ:Таким образом, в АРЛС в результате обработки РЛИ можно измерять расстояние до обочины дороги, ширину дороги и угол ориентации автомобиля относительно границы дороги, что позволяет обеспечить не только безопасное движение, но и управление ТС в условиях ограниченной или отсутствия оптической видимости.4.5 Программная реализация алгоритма измерения расстояния дограниц дороги и определения ориентации автомобиля на дорогеПрограмма измерения расстояния до границ дороги реализована как последовательное выполнение ряда операций.

Первым реализуется алгоритм поискаграниц дороги (рис 4.6).В данном алгоритме анализируется массив радиолокационных данных(RLDP), который содержит амплитуды модулей отражённых сигналов, представляющий собой радиояркостное изображение местности.80началоОбъявление начальных условийнетдаState = 1Граница поиска ширины дороги := удвоенное среднее значение ширины дорогиГраница поиска ширины дороги := 30текущаякоордината Y< 255данетFor I := 0 to Граница усредненияУсреднение в пределах заданной границыk := 0даRLDP[cenret-k,Y]>threshold+overshootingk < границыпоиска дорогинетдаcurrentX := center – k;нетk := 0k := k+1k < границыпоиска дорогинетдаRLDP[cenret+ k,Y]>threshold+overshootingдаШиринадороги > 3нетk := k+1даMassXY_left[m,0]:= currentX;MassXY_left[m,1]:= currentY;MassXY_right[m,0]:= center+k;MassXY_right[m,1] := currentY;Mass_oc[m,0]:=center;Mass_oc[m,1]:=cyrrentY;нетm>0der1_left :=0;der1_right:=0даder1_left:= (MassXY_left[m,0]-MassXY_left[m-1,0])/(MassXY_left[m,1] - MassXY_left[m-1,1]);der1_right:= (MassXY_right[m,0]-MassXY_right[m-1,0])/(MassXY_right[m,1] - MassXY_right[m-1,1])данетabs(der1_left - der1_right) < 0.5) and (abs(der1_left) < 0.5) and (abs(der1_right) < 0.5center := Trunc((currentX + center + k)/2);mean_average[0] := mean_average[0] + MassXY_right[m,0] - MassXY_left[m,0]mean_center[0] := center;m := m+1;currentY := currentY + stepYконецРисунок 4.6.

Алгоритм нахождения границы дороги81Под объявлением начальных условий понимается выставление значенийвсех констант, участвующих в обработке, таких, как координата центра дорогиперед машиной, граница поиска дороги и граница усреднения отражённого сигнала, шаг выбора сечений и номер отсчёта дальности, по которому берётся первоеазимутальное сечение.Результатом работы данного алгоритма являются найденные координатыцентра и среднее значение ширины дороги.Поиск границ обочины происходит «снизу вверх», т.е. сначала рассматривается сечение по дальности, соответствующее области пространства, расположенной перед АРЛС. Учитывая, что автомобиль двигается по дороге, а дорога не меняет значение мгновенно, то в центре сечения выбранной области расположенапроезжая часть, принимаемая за центр дороги.Далее слева и справа от центра дороги на расстоянии, соответствующемширине дороги ведётся усреднение.

К полученному результату прибавляем некоторое значение (подобрано с учётом мощности шумов на соответствующей дальности) и получаем значение порога, превышение которого будет указывать награницу проезжей части. Порог сравнивается с передним фронтом азимутальногосечения РЛИ.Граница дороги в данном сечении считается найденной только в случае нахождения как левой, так и правой границы. Например, в случае узкой дороги, если в выбранную область попадает автомобиль, то в выбранной области границадороги не будет найдена, т.к. в область усреднения попадёт значение отражённогосигнала от автомобиля, имеющего значительно большее значение ЭПР, чем обочина и порог будет выбран таким, что не найдётся координат, в которых сигналпревышает этот порог.Ширина дороги в пределах кадра считается величиной постоянной, поэтомуведётся усреднение ширины дороги, найденной в каждом сечении, по всему кадру.