NL9401912A - Werkwijze voor het bepalen van de positie van een voorwerp. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het bepalen van de positie van een voorwerp.

TECHNISCH GEBIED:

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor hetbepalen van posities van een voorwerp volgens de aanhef vanconclusie l.

STAND VAN DE TECHNIEK:

Voor het bepalen van de afstand tussen vaste of mobielemeetplaatsen en vaste en mobiele meetvoorwerpen is een aantalverschillende methoden bekend welke zijn aangepast aan ver¬schillende typen meetapparatuur. Bepaalde methoden kunnenactief worden genoemd in die zin dat de meetapparatuur het temeten voorwerp verlicht, bijvoorbeeld door middel van laser¬licht of radiofrequentiesignalen zoals radarpulsen. Anderemethoden kunnen passief worden genoemd omdat voor de meting deeigen uitstraling van het te meten voorwerp wordt gebruikt. Indeze gevallen wordt de afstandsbepaling vrijwel uitsluitendindirect uitgevoerd door middel van hoekmetingen. De eigen¬schappen van het te meten voorwerp binnen het bereik vanzichtbaar licht worden dus gebruikt voor het met behulp vanoptische methoden bepalen van de richting tot het te metenvoorwerp, de warmtestraling van het te meten voorwerp doormiddel van metingen met infrarood-gevoelige apparatuur, of,indien het te meten voorwerp zelf geluid- of radiofrequentie-straling uitzendt, door middel van ontvangapparatuur voor dezefrequenties, bijvoorbeeld een sonar of respectievelijk "luis¬ter "radar .

De passieve methoden voor het bepalen van de afstand (enderhalve tevens de positie) van een te meten voorwerp, hebbende eigenschap het te meten voorwerp niet te verstoren, hetgeenin vele toepassingen een voordeel is, echter anderzijds kan depositie van een te meten voorwerp niet worden bepaald doormetingen vanaf een enkele positie. Indien het te meten voor¬werp mobiel is, is er tevens een tijdsfactor en moeten metin¬gen van verschillende meetposities in de tijd worden gecoördi¬neerd.

Er zijn verschillende passieve methoden bekend voorafstandsbepaling door middel van hoekmetingen. Een methode dietegenwoordig TMA (Target Motion Analysis) wordt genoemd isbekend uit de Tweede Wereldoorlog, gedurende welke deze werdgebruikt door onderzeeboten voor het bepalen van de afstand ende koers van een doel. De methode is gebaseerd op het doormiddel van passieve sonarapparatuur bepalen van de richtingnaar het doel terwijl de onderzeeboot op een bepaalde wijzebeweegt. Daarbij wordt eerst een koers gevolgd van de doel-richting af en daarna naar de oorspronkelijke doelrichtingtoe. Tijdens deze twee slagen worden steeds metingen gedaanvan de richting naar het doel. Door ervan uit te gaan dat desnelheid en de koers van het doel constant blijven kan depositie van het doel worden berekend uit de hoekmetingen enbekende algoritmen.

De problemen van deze methoden zijn in de eerste plaatshet bepalen van de lengte van de slagen en de bepaling van demeest gunstige koersrichting. Lange slagen (een grote meetba-sis) zijn nodig om een grote meetnauwkeurigheid te verkrijgenindien de afstand tot het doel groot is. indien de afstandkort is er echter geen tijd en ook geen behoefte aan langeslagen. Het probleem is dat er geen basis is voor beslissingenten aanzien van de lengte van de slagen tot op zij vroegst,het begin van de tweede slag. Het probleem is bijzonder ern¬stig indien de eerste slag was gekozen in de richting dieslechts een kleine, of in het slechtste geval, in het geheelgeen verandering geeft van de richting tot het te meten voor¬werp.

Het doel van de uitvinding is derhalve een meetmethode teverschaffen met behulp waarvan het mogelijk is de positie vaneen te meten voorwerp op een snellere wijze te bepalen doormiddel van hoekmetingen en met een grotere meetnauwkeurigheiddan bij eerder bekende methoden.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING:

Dit doel wordt bereikt door middel van de werkwijze vol¬gens de uitvinding, waarvan de kenmerkende maatregelen zijnbeschreven in het kenmerkende deel van conclusie 1.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENING:

Fig. 1 toont een van de verschillen tussen een bekendewerkwijze voor positiebepaling van een te meten voorwerp en dewerkwijze volgens de uitvinding.

Fig. 2 toont de uitgangspositie voor het bepalen vande positie van een te meten voorwerp met de werkwijze volgensde uitvinding.

Fig 3-7 tonen vervolgmetingen met de werkwijze volgensde uitvinding.

VOORKEURSUITVOERING:

De uitvinding zal thans meer in detail aan de hand vaneen uitvoeringsvoorbeeld en verwijzend naar Fign. 1-7 wordenbeschreven.

Fig. l toont een meetstation 1 een te meten voorwerp 2.Het te meten voorwerp wordt verondersteld te bewegen in derichting 3. Met het verwijzingscijfer 4 is de zichtlijn tussenhet meetstation en het te meten voorwerp aangegeven in eeninitiële positie. Indien de in het voorgaande genoemde TMAmethode zou worden toegepast zou het meetstation bijvoorbeeldworden bewogen volgens een baan bestaande uit twee slagen 5 en6. Tijdens deze beweging worden herhaald hoekmetingen uitge¬voerd met betrekking tot het te meten voorwerp, met welkemetingen de positie van het te meten voorwerp kan wordenbepaald.

De werkwijze volgens de uitvinding is gebaseerd op hetgebruik van twee meetstations. Deze worden tegelijkertijdbewogen langs de banen 7 en 8, d.w.z. dat zij naar weerszijdenvan de oorspronkelijke zichtlijn af bewegen. Tijdens de bewe¬gingen langs de banen 7 en 8 worden hoekmetingen naar het temeten voorwerp uitgevoerd waarbij de uitkomsten van de metin¬gen van de twee meetstations op de volgende wijze worden ver¬werkt .

Fig. 2 toont de uitgangspositie van de meetmethode vol¬gens de uitvinding. Aanvankelijk zullen de twee meetstations10 en 11 dezelfde positie innemen echter nadat de meting isbegonnen bewegen zij volgens de banen 12, respectievelijk 13en bewegen dus van elkaar af. Het te meten voorwerp bevindtzich aanvankelijk op de zichtlijn 15 en aangenomen wordt dathet beweegt langs de baan 16. Op de banen 12, 13 en 16 zijn tekens aangebracht met letters a, b en c. De tekens geven delocaties aan van het meetstation, respectievelijk van het temeten voorwerp aan op tijdstippen a, b en c. In het hiernavol¬gende zal de combinatie van het verwijzingscijfer van de baanen een van de letters a, b en c worden gebruikt om op eenbepaald tijdstip de positie aan te geven van een meetstationof van een te meten voorwerp langs de baan. Aldus geeft ver¬wijzingscijfer 12b de positie aan van het meetstation 10 op debaan 12 op het tijdstip b.

Een aantal ellipsen (i-2)-(i+2) is op de zichtlijn 15aangegeven. Deze worden gevormd door zones waarin het te metenvoorwerp wordt verondersteld zich te bevinden. De veronder¬stelde zones - hypothesen - vormen de basis van de continuemeetmethode.

De hypothesen zijn gevormd vanaf een positie (het middel¬punt van de ellips) in de gemeten richting en op een afstandRi welke de afstand is tussen de meetstations en de hypothese(i). De meetstations worden verondersteld in staat te zijn derichting naar het te meten voorwerp te meten met een bepaaldehoeknauwkeurigheid ± σψ. Het onzekerheidsgebied behorend bij een bepaalde hypothese kan worden beschreven als een ellipswaarvan de kleine as een lengte heeft van 2. aRi .Ri, en aRiwordt bij voorkeur zodanig gekozen dat aRi/Ri = constant. Ditbetekent dat de ellipsen, van opzij gezien, in hoofdzaakdezelfde hoek omvatten. Eveneens kan worden verondersteld dathet te meten voorwerp in een willekeurige richting beweegtechter met een bepaalde maximum snelheid.

Indien geen verdere metingen worden verricht zullen deellipsen in de loop van de tijd groeien doordat het te metenvoorwerp kan bewegen.

Volgens de uitvinding worden echter herhaald hoekmetingenuitgevoerd met de meetstations. Fign. 3-7 illustreren een aan¬tal van dergelijke metingen. Fig. 3 toont het tijdstip wanneerhet meetstation 10, op het tijdstip a, een hoekmeting uitvoertnaar het te meten voorwerp dat zich dan op het punt 16abevindt. De middelpunten van de hypothesen zullen dan naar dezichtlijn 17 zijn bewogen. Het middelpunt van de hypothese(i+2) bevindt zich dan op het punt 18, het middelpunt van de hypothese (i) op het punt 19 en het middelpunt van de hypo¬these (i-2) op het punt 20. Eenvoudigheidshalve zijn in deFign, 3-7 slechts drie hypothesen geïllustreerd - de andereworden op dezelfde wijze beschouwd.

Fig. 4 toont de situatie waarin het meetstation 11 eenhoekmeting uitvoert vanaf het punt 13b terwijl het te metenvoorwerp zich bevindt op het punt 16b. De middelpunten van dehypothesen bevinden zich thans op de zichtlijn 21 op de punten22, resp. 23 en 24.

Fign. 5-7 tonen op overeenkomstige wijze metingen vanafde punten 12c, resp. I3d en 12e. Zoals blijkt uit Fig. 7beschrijft de hypothese (i+2) een baan door de punten 18, 22,26, 30 en 34, de hypothese (i) beschrijft een baan door depunten 19, 23, 27, 31 en 35 en de hypothese (i-2) beschrijfteen baan door de punten 20, 24, 28, 32 en 36.

Door het gebruik van recursieve filters wordt de toekom¬stige positie van elke hypothese berekend. Wanneer een hoekme¬ting is uitgevoerd worden de berekende posities van de hypo¬thesen vergeleken met de gemeten posities. Alle verschillentussen de berekende en de gemeten posities worden in de bere¬keningen verwerkt die daardoor geleidelijk worden verbeterd.Verder wordt de verschijning van de verschillende hypothesencontinu geëvalueerd zodat een beslissing mogelijk is ten aan¬zien van welke hypothese het best correspondeert met het temeten voorwerp. Gedurende de periode dat het aantal metingentoeneemt wordt de nauwkeurigheid van de evaluatie verbeterd eneen of meerdere hypothesen zullen als de meest waarschijnlijketevoorschijn komen, in het afgebeelde voorbeeld is de hypo¬these (i) de meest waarschijnlijke terwijl de hypothesen (i+2)en (i-2) minder waarschijnlijk zijn. Derhalve wordt veronder¬steld dat hypothese (i) de plaats van het te meten voorwerpweergeeft.

Tijdens de evaluatie worden de hypothesen gecompileerd,waarbij de verkregen informatie wordt vergeleken met de ver¬wachte posities en het gedrag van het te meten voorwerp. Ver¬der kunnen snelheden, snelheidsveranderingen, bewegingsrich¬tingen en richtingsveranderingen, etc. worden vergeleken. Doortevens de informatie die door de hypothesen wordt verschaft te vergelijken met bepaalde veronderstellingen ten aanzien vanhet te meten voorwerp, bijvoorbeeld de hoogste en de laagstesnelheid en het manoeuvreervermogen (versnellingen), kan denauwkeurigheid van de schatting verder worden verbeterd.

Vergeleken met eerdere bekende methoden voor afstands-schatting en positiebepaling door hoekmetingen heeft de onder¬havige methode een aantal voordelen, een aanzienlijke tijd¬winst wordt reeds verkregen door metingen tegelijkertijd uitte voeren vanuit twee slagen. Verder worden de eerste schat¬tingen van de waarschijnlijke positie van het te meten voor¬werp in een vroeg stadium verkregen, waarbij de nauwkeurigheidbij voortgezette metingen steeds toeneemt. Een ander grootvoordeel van de werkwijze is dat geen precieze tijdsynchroni-satie tussen de twee meetstations is vereist. Het heeft echtervoordelen de meetresultaten in dezelfde volgorde te behandelenals het uitvoeren van de metingen.

Volgens een bepaalde uitvoeringsvorm van de werkwijzewordt een zogenaamde symmetrische meting toegepast. Dit bete¬kent dat de meetstations spiegelsymmetrisch ten opzichte vande oorspronkelijke zichtlijn 15 bewegen. Het rekenwerk wordtin dat geval aanzienlijk vereenvoudigd doordat de gegevens vande hypothesen niet door de bewegingen van de meetstations wor¬den beïnvloed.

In de beschreven uitvoeringsvorm is ervan uitgegaan dattwee meetstations worden toegepast. Er is echter niets optegen de werkwijze uit te voeren met meerdere meetstations.Door het toenemend aantal metingen die daardoor worden uitge¬voerd zal de snelheid en de nauwkeurigheid van de werkwijzeverder toenemen.

Ook is het niet nodig dat de meetstations in de aanvangs¬fase dezelfde positie innemen. De richtingen naar het te metenvoorwerp kunnen niettemin, gezien vanuit de meetstations,ongeveer dezelfde zijn. Bijvoorbeeld kan, zonder de werkwijzein enig ander opzicht te beïnvloeden, een van de meetstationszich op of nabij het verlengde van de zichtlijn bevinden, ach¬ter het andere meetstation, d.w.z. op een grotere afstand totde veronderstelde plaats van het te meten voorwerp.

De keuze van ellipsen voor het beschrijven van de hypo¬thesen verschaft bepaalde voordelen bij het rekenwerk. Dewerkwijze kan echter worden toegepast voor andere vormen vanhypothesen, bijvoorbeeld rechthoekig, ruitvormig, driehoekig,etc.

Teneinde de beschrijving niet onnodig gecompliceerd temaken is deze beperkt tot een tweedimensionaal geval waarbijde meetstations en de meten voorwerpen worden verondersteldzich in hetzelfde vlak te bevinden. Afgezien daarvan dat deonderliggende berekeningen meer arbeidsintensief zullen zijn,kan de werkwijze volgens de uitvinding eveneens worden toege¬past in een driedimensionaal geval. De zones van de hypothesendie door ellipsen zijn begrensd, zullen in dat geval eenellipsoïde vorm hebben.

Verder kan de werkwijze natuurlijk worden toegepast ophet tegelijkertijd meten van meer dan een te meten voorwerp.Elk te meten voorwerp wordt daarbij afzonderlijk behandelddoor voor elk te meten voorwerp een aantal hypothesen te vor¬men en te volgen. Tijdens de voortgezette metingen worden deposities van de hypothesen, zoals in het voorgaande beschre¬ven, vergeleken met de verwachte verschijning van het corres¬ponderende te meten voorwerp, welke zijn gebaseerd op veron¬derstellingen ten aanzien van de eigenschappen van te metenvoorwerpen ten aanzien van snelheid, manoeuvreerbaarheid, etc.

De uitvinding is niet beperkt tot de in het voorgaandebeschreven uitvoeringsvormen en kan binnen het raam van debijgaande conclusies vrijelijk worden gevarieerd.

Claims (8)

1. Werkwijze voor het bepalen van de positie van een te me¬ten voorwerp (14) door middel van een aantal metingen van derichtingen (15, 17, 21, 25, 29, 31) naar het te meten voorwerp(14) vanaf separate tijdstippen (a - e), gekenmerkt doordat: voor de initiële meting van de richtingen (15) naar hette meten voorwerp (14) een aantal veronderstellingsgébieden - hypothesen ((i-2( - (i+2)) -waarin het te meten voorwerp wordt verondersteld zich tebevinden, langs de richting naar het te meten voorwerpwordt geplaatst; opeenvolgende metingen van de richtingen (17, 21, 25, 29,33) naar het te meten voorwerp worden uitgevoerd vanafverschillende meetstations (10, 11) tussen de tijdstippen(a - e); gekoppeld aan de metingen van de richting naar het temeten voorwerp de gemeten richtingen worden vergeleken metde verwachte positie van het te meten voorwerpen, waarbijdeze, voor elke hypothese, worden berekend met behulp vanveronderstellingen ten aanzien van de beweging van het temeten voorwerpen doordat mogelijke verschillen tussenberekende en gemeten posities in de berekeningen wordeningevoerd; de hypothese (i) die het best correspondeert met deverwachte positie van de corresponderende gemeten voor¬werpen wordt verondersteld de positie van het te metenvoorwerp weer te geven.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dehypothesen ((i-2) - (i+2)) worden begrensd door ellipsen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat gedu¬rende de initiële meting de halve lengte van de korte assenvan de ellipsen gelijk wordt gekozen aan de meetnauwkeurigheidwaarmee de richting van het te meten voorwerp (14) wordt geme¬ten (σψ) vermenigvuldigd met de afstand (Ri) tussen de meet¬stations (10, ll) en het middelpunt van de betreffende ellipsen dat de halve lengte van de lange assen van de ellipsen(cRi), welke lange assen zich bevinden langs de richting (15) naar het te meten voorwerp (14), zodanig wordt gekozen dat derelatie tussen de lengte van de lange assen en de afstand tus¬sen de meetstations (10, 11) en het middelpunt van de respec¬tieve ellips, constant is.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat desnelheden worden berekend uit de vergelijking tussen de geme¬ten richting en de verwachte positie van het te meten voor¬werp, welke snelheden worden vergeleken met de hoogste en/ofde laagste veronderstelde snelheid van het gemeten voorwerp.

5. Werkwijze volgens een van de conclusie 1-4, met het ken¬merk dat de metingen van de richtingen naar de te meten voor¬werpen worden uitgevoerd vanaf twee meetstations (10, ll) dieworden bewogen langs banen (12, 13) aan weerszijden van eenvan de oorspronkelijke richtingen (15) naar de te meten voor¬werpen (14), zich verwijderend van de genoemde richting (15).

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat debanen (12, 13) aan weerszijden van een van de oorspronkelijkerichtingen (15) naar de te meten voorwerpen (14) spiegelsymme-trisch zijn ten opzichte van de genoemde richting (15).

7. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, datde twee meetstations (10, 11) zich aanvankelijk op dezelfdepositie bevinden.

8. Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, datde richtingen vanaf de twee meetstations naar het te metenvoorwerp aanvankelijk in hoofdzaak dezelfde zijn.