SE515200C2 - Förfarande för avståndsbestämning - Google Patents

Description

20 25 30 , . : = e; 5-15 200 2 en tidsfaktor' - mätningar från olika, mätplatser måste tidsamordnas.

Olika passiva metoder att bestämma lägen med hjälp av vinkelmätningar är kända. En metod som numera kallas TMA (Target Motion Analysis) är känd från andra världskriget då den utnyttjades av ubåtar för att bestämma målets avstånd och kurs. Metoden bygger på att man med passiv sonarutrust- ning bestämmer riktningen till målet under det att ubåten rör sig på ett bestämt sätt. Man styr således först på en kurs som för bort från målriktningen och därefter tillbaka mot den ursprungliga målriktningen. Under dessa två ben görs upprepade mätningar av riktningen till målet. Genom att anta att målets fart och kurs är konstanta kan man med hjälp av vinkelmätningarna och kända algoritmer beräkna målets läge och rörelse.

Svårigheterna med metoden är främst att avgöra hur långa benen skall vara och att avgöra åt vilket håll som det är fördelaktigast att först styra. Man behöver långa ben (stor mätbas) för att få god mätnoggrannhet då avståndet till mätföremålet är stort. Är avståndet litet har man emellertid inte tid eller behov av långa ben. Problemet är att man inte har underlag för beslut om benlängd förrän tidigast i början av andra benet. Problemet är särskilt besvärligt om man råkar välja det första benet åt det håll som ger liten eller i värsta fall ingen förändring av riktningen till mätföremålet.

Syftet med föreliggande uppfinning är därför att anvisa en mätmetod genom vilket det blir möjligt att genom vinkelmät- ningar bestämma ett mätföremåls läge snabbare och med högre mätnoggrannhet än med tidigare kända metoder. 10 15 20 25 .. :ms 515 200 3 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ovannämnda syfte uppnås genom ett förfarande enligt föreliggande uppfinning, vars kännetecken framgår av efterföljande patentkrav 1.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en av skillnaderna mellan ett känt för- farande för att bestämma ett mätföremåls läge och förfarandet enligt uppfinningen.

Figur 2 visar utgångsläget för bestämning av ett mät- föremåls läge enligt förfarandet enligt upp- finningen.

Figur 3-7 visar efterföljande mätningar enligt förfarandet enligt uppfinningen.

FÖREDRAGEN UTFöRINcsFoRM Uppfinningen skall nu i form av ett exempel närmare beskrivas i anslutning till figur 1-7.

Figur l visar en mätstation 1 och ett mätföremål 2.

Mätföremålet antas röra sig i en riktning 3. Referensnumret 4 anger syftlinjen mellan mätstationen och mätföremålet i ett utgångsläge. Om den tidigare nämnda TMA-metoden använts, skulle mätstationen t.ex. förflyttas i en bana bestående av två ben 5 och 6. Under förflyttningen längs benen görs upprepade vinkelmätningar mot mätföremålet, med hjälp av vilka mätningar mätföremålets läge kan bestämmas.

Förfarandet enligt uppfinningen. är baserat på, att. man utnyttjar två mätstationer. Dessa förflyttas samtidigt längs banorna 7 och 8, det vill säga de avlägsnar sig från den ursprungliga syftlinjen på motsatta sidor av denna.

Under förflyttningen längs banorna 7 och 8 görs vinkelmät- 10 15 20 25 30 515 200 il ningar mot mätföremålet varvid resultatet av mätningarna från de båda mätstationerna sammanställs på ett sätt som beskrivs i det följande.

Figur 2 visar utgångsläget för mätförfarandet enligt uppfinningen. De två mätstationerna 10 och 11 har inled- ningsvis samma läge men rör sig efter mätningens början längs banorna 12 respektive 13 och fjärmar sig därigenom från varandra. Mätföremålet 14 befinner sig i utgångsläget på syftlinjen 15 och antas röra sig längs banan 16. På banorna 12, 13 och 16 är indikeringar gjorda vid bokstäver- na a, b och c. Indikeringarna anger mätstationernas respektive mätföremålets läge vid tidpunkterna a, b och c.

I det följande kommer kombinationen av banans referensnum- mer och någon av bokstäverna a, b och c att användas för att beteckna en mätstations eller mätföremålets läge på banan vid en viss tidpunkt. Beteckningen 12b anger således mätstationens 10 läge på banan 12 vid tidpunkten b.

Längs syftlinjen 15 har ett antal ellipser (i-2)-(i+2) placerats. Dessa utgörs av områden inom vilka mätföremålet kan antas befinna sig. Dessa antagna områden - hypoteser - utgör grunden för det fortsatta mätförfarandet.

Hypoteserna utgörs av en position (ellipsens mittpunkt) i den inmätta riktningen och på ett avstånd.I§ som är av- ståndet mellan mätstationerna och den izte hypotesen.

Mätstationerna antas kunna mäta riktningen till mätföre- målet med vinkelnoggrannheten ioå. Det för en viss hypotes tillhörande osäkerhetsområdet beskrivs av ellipsen vars lillaxel har längden 2~R;o¿ och vars storaxel har längden Z-am. R, och an, väljs lämpligen så att oki/R, = konstant.

Detta innebär att ellipserna sedda något från sidan upptar ungefär samma vinkel. Det är också lämpligt att anta att mätföremålet kan röra sig i en godtycklig riktning men med en viss högsta möjliga hastighet. 10 15 20 25 30 ., an: 515 200 5 Om inga ytterligare mätningar görs kommer ellipserna att växa med tiden beroende på att mätföremålet kan förflytta sig.

Enligt uppfinningen görs emellertid upprepade vinkelmät- ningar med mätstationerna. Figurerna 3 - 7 illustrerar ett antal sådana mätningar. Figur 3 visar således den tidpunkt då mätstationen 10 vid tidpunkten a gör en vinkelmätning mot mätföremålet som då befinner sig i punkten 16a.

Hypotesernas mittpunkter kommer därvid att flyttas till syftlinjen 17. Hypotesens (i+2) mittpunkt befinner sig således i punkten 18, hypotesens (i) mittpunkt i punkten 19 och hypotesens (i-2) mittpunkt. i punkten 20. För att underlätta läsbarheten har i figur 3-7 endast tre hypoteser angivits - övriga behandlas på motsvarande sätt.

Figur 4 anger förhållandena då mätstationen 11 utför en vinkelmätning från punkten 13b då mätföremålet befinner sig i punkten 16 b. Hypotesernas mittpunkter befinner sig nu på syftlinjen 21 i punkterna 22, 23 respektive 24.

Figurerna 5-7 visar på motsvarande sätt mätningar från punkterna 12c, 13d respektive 12e. Som framgår av figur 7 ger hypotesen (i+2) en bana genom punkterna 18, 22, 26, 30 och 34, hypotesen (i) en bana genom punkterna 19, 23, 27, 31 och 35 samt hypotesen (i-2) en bana genom punkterna 20, 24, 28, 32 och 36.

Med utnyttjande av rekursiva filter beräknas det framtida läget för varje hypotes. När en vinkelmätning genomförts jämförs hypotesernas beräknade lägen med de uppmätta.

Eventuella skillnader mellan beräknade och uppmätta lägen tillförs beräkningarna varigenom dessa successivt för- bättras. De olika hypotesernas uppträdande utvärderas dessutom kontinuerligt för att man skall kunna avgöra vilken hypotes som bäst svarar mot mätföremålet. Under 10 15 20 25 30 .; asus I 515 200 tiden som antalet mätningar ökar kommer säkerheten i utvärderingen att förbättras och någon eller några hypote- ser kommer att framstå som de mest sannolika. I det visade exemplet är hypotesen (i) den mest sannolika medan hypote- serna (i+2) och (i-2) är mindre sannolika. Hypotesen (i) antages därför ange mätföremålets läge.

Vid utvärderingen sammanställs hypotesernas lägen varvid de därur erhållna uppgifterna jämföras med mätföremålets förväntade lägen och uppträdande. Dessutom kan hastigheter, hastighetsförändringar, rörelseriktningar och förändringar i rörelseriktningar m m, jämföras. Genom att dessutom jäm- föra de från hypoteserna erhållna uppgifterna med vissa antaganden om mätföremålet, exempelvis högsta och lägsta kan hastighet och manövreringsförmåga (accelerationer) säkerheten i utvärderingen ytterligare förbättras.

Jämfört med tidigare kända metoder att uppskatta avstånd och bestämma lägen med vinkelmätningar har det nu beskrivna förfarandet ett flertal fördelar. görs således genom att mätningar från två ben genomförs En avsevärd tidsvinst samtidigt. Vidare erhålles på ett tidigt stadium de första uppskattningarna av mätobjektets sannolika läge, uppgifter vars säkerhet kontinuerligt ökar allteftersom mätningarna fortskrider. En ytterligare stor fördel med förfarandet är dessutom att ingen exakt tidssynkronisering mellan de två mätstationernas mätningar erfordras. Däremot är det en fördel att behandla mätningarna utfördes. mätresultaten i. samma. ordning' som I ett specialfall av förfarandet utnyttjas så kallad symmetrisk inmätning. Detta innebär att mätstationerna rör sig spegelsymmetriskt med avseende på den ursprungliga syftlinjen 15. Beräkningsarbetet förenklas i detta fall avsevärt genom att hypotesernas data inte påverkas av mätutrustningarnas rörelser. 10 15 5-15 200 % I det beskrivna exemplet har två mätstationer antagits.

Inget hindrar emellertid att förfarandet tillämpas på fall då flera :nätstationer utnyttjas. Genom det därigenom ökande anta1et.mätningax'kommer förfarandets snabbhet och säkerhet att öka ytterligare.

Valet av ellipser för att beskriva hypoteserna innebär vissa fördelar vid beräkningsarbetet. Förfarandet kan dock tillämpas på andra hypotesformer, exempelvis rektangulära, rombiska, triangulära etc.

Det är givetvis också möjligt att tillämpa förfarandet på mer än ett mätföremål samtidigt. Varje mätföremål behandlas därvid för sig genom att ett antal hypoteser upprättas och följs för varje mätföremål. Under de fortsatta mätningarna jämförs såsom tidigare beskrivits hypotesernas lägen med motsvarande mätföremåls förväntade uppträdande.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan nämnda utförings- exemplen utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (7)

10 15 20 25 30 515 200 i " ' " . K 'and cout PATENTKRAV

1. Förfarande för att bestämma läget för ett mätföremâl (14) genom ett antal vid olika tidpunkter (a - e) utförda mätningar av riktningarna (15, 17, 21, 25, 29, 33) till mätföremålet (14), kännetecknat därav, att - vid den första mätningen av riktningen (15) till mät- föremålet (14) placeras ett antal antagna områden - hypoteser ((i-2)-(i+2)) - inom vilka mätföremålet antas kunna befinna sig, längs riktningen till mätföremålet; - efterföljande mätningar av riktningarna (17, 21, 25, 29, 33) till mätföremålet görs från minst två olika mätstationer (10, 11) som mellan tidpunkterna (a - e) förflyttas längs olika banor (12, 13); - i anslutning till mätningarna av riktningen till mätföremålet jämförs den uppmätta riktningen med mätföremålets förväntade lägen varvid dessa för varje hypotes beräknas genom antaganden om mätföremålets rörelse och genom att eventuella skillnader mellan beräknade och uppmätta lägen tillförs beräkningarna; - den hypotes (i) som uppvisar bäst överensstämmelse med motsvarande mätföremåls förväntade lägen, antages ange mätföremålets läge.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att hypoteserna ((i-2) - (i+2)) utgörs av områden begränsade av ellipser.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat därav, att vid den första mätningen väljs den halva längden av ellipsernas lillaxlar lika med den mätnoggrannhet med vilken riktningen till mätföremålet mäts (ofi multiplicerad 10 15 20 25 515 200 7 count! 0 o cnouuo med avståndet (RQ mellan mätstationerna (10, 11) och respektive ellips mittpunkt och att halva längden av ellipsernas storaxlar (om), vilka storaxlar är placerade längs riktningen (15) till mätföremålet (14), väljs så att förhållandet mellan storaxlarnas längd och avståndet mellan mätstationerna (10, ll) och respektive ellips mittpunkt är konstant.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat därav, att ur jämförelsen mellan den uppmätta riktningen och mätföre- målets förväntade lägen beräknas hastigheter som jämförs med för mätföremålet antagna högsta och/eller lägsta hastigheter.

5. Förfarande enligt något av patentkrav 1 - 4, känneteck- nat därav, att mätningarna av riktningarna till mätföre- målet görs från två mätstationer (10, ll), som längs banor (12, 13) på motsatta sidor av en av de ursprungliga riktningarna (15) till mätföremålet (14), förflyttas bort från nämnda riktning (15).

6. Förfarande enligt patentkrav 5, kännetecknat därav, att I banorna (12, 13) på motsatta sidor av en av de ursprungliga riktningarna (15) till mätföremålet (14) är spegelsymmet- riskt placerade med avseende på nämnda riktning (15).

7. Förfarande enligt patentkrav 5 eller 6, kännetecknat därav, att två.mätstationer (10, ll) inledningsvis befinner sig i samma läge.