RU2679924C1 - Радиолокационный прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей - Google Patents

Радиолокационный прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей Download PDF

Info

Publication number
RU2679924C1
RU2679924C1 RU2018105724A RU2018105724A RU2679924C1 RU 2679924 C1 RU2679924 C1 RU 2679924C1 RU 2018105724 A RU2018105724 A RU 2018105724A RU 2018105724 A RU2018105724 A RU 2018105724A RU 2679924 C1 RU2679924 C1 RU 2679924C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radar
obstacle
visually impaired
blind people
sensors
Prior art date
Application number
RU2018105724A
Other languages
English (en)
Inventor
Павел Васильевич Куприянов
Сергей Александрович Перегонов
Сергей Александрович Петров
Захар Павлович Куприянов
Original Assignee
Павел Васильевич Куприянов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Васильевич Куприянов filed Critical Павел Васильевич Куприянов
Priority to RU2018105724A priority Critical patent/RU2679924C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2679924C1 publication Critical patent/RU2679924C1/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к носимым электронным устройствам, позволяющим облегчить слабовидящим и слепым людям процесс ориентирования в пространстве. Прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей содержит приемную и передающую части, два электрически связанных между собой идентичных радиолокационных датчика дальности до препятствия непрерывного режима, предназначенных для закрепления с правой и левой стороны головы человека, которые совместно образуют пространственно-разнесенную радиолокационную систему, при этом каждый радиолокационный датчик дальности до препятствия состоит из СВЧ антенны с широкой диаграммой направленности, приемо-передающего модуля и головного телефона, диаграммы направленности антенн радиолокационных датчиков дальности до препятствия имеют область пересечения в передней полусфере обзора, а приемо-передающие модули радиолокационных датчиков дальности до препятствия синхронизованы по частоте. Технический результат – повышение помехоустойчивости, уменьшение габаритов, упрощение конструкции и использования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к реабилитационной медицинской технике, а именно к носимым электронным устройствам, позволяющим облегчить слабовидящим и слепым людям процесс ориентирования в пространстве при перемещениях внутри зданий и на открытых пространствах.
В настоящее время уровень развития радиоэлектроники позволяет разрабатывать и производить различные устройства, которые дают возможность значительно улучшить качество жизни слабовидящих и слепых людей. При этом данные устройства являются компактными и удобными в использовании.
Известен ультразвуковой локатор для слепых (патент РФ №2040234, авторы: Баскакова Н.В., Голдовский В.З., Григорьев Б.П., Никифоров С.А., Скребнев Г.К., Цветков A.M.; опубликовано 25.07.1995) содержащий соединенные последовательно мультивибратор, передатчик, электроакустический преобразователь, приемник, блок селекции по дальности, индикаторный блок, а также звуковой сигнализатор, при этом в него введены модулятор, сигнальный вход которого подключен к выходу индикаторного блока, а выход к звуковому сигнализатору, и блок пеленгования, первый вход которого подключен к выходу приемника, второй вход к выходу мультивибратора, третья группа N входов к N выходам блока селекции по дальности, а выход блока пеленгования - к управляющему входу модулятора.
Недостатком устройств, использующих ультразвуковое излучение, является высокая восприимчивость к помехам, особенно техногенного происхождения, например от транспортных средств и т.п., что делает затруднительным использование такого типа устройств в условиях города.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, выбранным в качестве прототипа, является устройство акустического представления пространственной информации для пользователей (патент РФ №2515089, авторы: Владыко Андрей Геннадьевич (RU), Доценко Ю.С., Фофанова И.В., Бескин Д.А., Сапрыкин А.В., опубликовано 10.05.2014), содержащее последовательно соединенные генератор сигналов, усилитель тракта излучения и передатчик, последовательно соединенные правый ультразвуковой преобразователь (УЗП), первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый блок памяти, последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), первый усилитель и правый головной телефон, последовательно соединенные второй УЗП, второй АЦП, второй блок памяти, последовательно соединенные второй ЦАП, второй усилитель и левый головной телефон, при этом выходы правого и левого головных телефонов являются соответственно первым и вторым выходами устройства, последовательно соединенные генератор синхронизирующих импульсов, первый делитель частоты, второй делитель частоты и блок задержки, первый и второй коммутаторы и счетчик, причем вторые входы первого и второго АЦП соединены соответственно с выходами первого и второго коммутаторов, первые входы которых соединены с выходом генератора синхронизирующих импульсов и первым входом счетчика, вторые входы первого и второго коммутаторов соединены со вторым входом счетчика и выходом блока задержки, а третьи входы первого и второго коммутаторов соединены с выходом счетчика, выход второго делителя частоты соединен со входом генератора сигналов, вторые входы первого и второго ЦАП соединены с выходом первого делителя частоты, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные первый набор масштабно-временных фильтров и первый сумматор, последовательно соединенные второй набор масштабно-временных фильтров и второй сумматор, причем выходы первого и второго блоков памяти подключены соответственно к информационным входам первого и второго наборов масштабно-временных фильтров, а выходы первого и второго сумматоров соединены с первыми входами соответственно первого и второго ЦАП, последовательно соединенные блок анализа слухового анализатора пользователя (БАСАП), третий блок памяти и мультиплексор, выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго наборов масштабно-временных фильтров, второй выход БАСАП соединен со вторым входом мультиплексора, а вход БАСАП подключен к выходу генератора синхронизирующих импульсов.
Данное устройство также функционирует на принципах сонаров, использующих ультразвуковое излучение, и ему присущи все недостатки такого вида устройств, связанные с низкой помехоустойчивостью в городских условиях эксплуатации. Помимо этого, сложность конструкции, обусловленная необходимостью обработки и преобразования ультразвукового сигнала в акустический, влечет за собой высокую стоимость таких устройств.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание миниатюрного устройства пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей, которое обладает высокой помехоустойчивостью, компактными габаритными размерами, а также простотой конструкции и использования.
Технический результат достигается тем, что предлагается прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей, содержащий два электрически связанных между собой идентичных радиолокационных датчика дальности до препятствия непрерывного режима, предназначенных для закрепления с правой и левой стороны головы человека, которые совместно образуют пространственно-разнесенную радиолокационную систему, при этом каждый радиолокационный датчик дальности до препятствия состоит из СВЧ антенны с широкой диаграммой направленности, приемо-передающего модуля и головного телефона, диаграммы направленности антенн радиолокационных датчиков дальности до препятствия имеют область пересечения в передней полусфере обзора, а приемо-передающие модули радиолокационных датчиков дальности до препятствия синхронизованы по частоте.
В предлагаемом изобретении антенны радиолокационных датчиков дальности до препятствия могут быть выполнены в виде плоских печатных антенн дипольного типа.
Предлагаемое изобретение дает слабовидящим и слепым людям возможность замены прямого зрительного восприятия слуховым восприятием. Функционирование радиолокационного прибора пространственной ориентации слабовидящего либо слепого человека основано на принципах разнесенной активной радиолокации ближнего радиуса действия с непрерывным зондирующим сигналом. Использование радиолокации позволяет обеспечить лучшую помехоустойчивость устройства, по сравнению с ультразвуковым сонаром. При этом в предлагаемом изобретении используются два разнесенных в пространстве радиолокационных датчика дальности до препятствия, которые закреплены с правой и левой стороны головы человека, например по аналогии с конструкцией наушников, или дужек очков. Оба датчика представляют собой одинаковые миниатюрные радиолокаторы непрерывного режима, функционирующие на основе линейного частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала, при этом в состав каждого датчика входит СВЧ-антенна, приемопередающий модуль и головной телефон, выполняющий функцию акустического интерфейса, позволяющего человеку воспринимать сигнал с приемо-передающего модуля. Широкие диаграммы направленности СВЧ антенн обоих радиолокационных датчиков, близкие к диаграмме направленности человеческого уха, симметричны относительно оси визирования и имеют область пересечения в передней полусфере обзора. Антенны с диаграммами направленности такого типа могут быть реализованы на основе конструкции простейших плоских печатных антенн дипольного типа.
Каждая из СВЧ антенн соединена с соответствующим приемопередающим модулем, имеющим в своем составе, передающую часть, задающий генератор, и приемную часть. Приемо-передающий модуль осуществляет излучение ЛЧМ радиолокационного сигнала посредством СВЧ антенны, прием отраженного от препятствия сигнала, и последующее его преобразование в звуковой сигнал. Сигнал с приемо-передающего модуля подается на акустический интерфейс, в качестве которого может выступать миниатюрный звуковой динамик (головной телефон). При этом дальность до препятствия пропорциональна частоте звукового сигнала, а направление на препятствие можно оценить по разнице звуковых тонов датчиков и уточнить посредством поворота головы в направлении на препятствие до совпадения тонов.
Предлагаемое устройство пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей рассчитано на работу в диапазоне дальностей до 5 метров. Это подтверждается нижеприведенным расчетом.
Исходные данные:
- П - радиолокационный потенциал простейшего гомодинного СВЧ-приемопередатчика;
Figure 00000001
- коэффициент направленного действия (усиление) антенны по линии визирования, в максимуме диаграммы направленности
G=10отн. ед;
- уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенны Gбок-0,1 отн. ед;
- уровень заднего лепестка диаграммы направленности антенны Gзад-0,01 отн.ед;
- рабочая длина волны λ=0,1 м;
- эффективная поверхность рассеяния препятствия а от 0,01 до 0,1 м2;
Формула расчета дальности:
Figure 00000002
Результаты расчетов дальности действия радиолокационных датчиков сведены в таблицу №1.
Figure 00000003
Таким образом, дальность действия в передней полусфере, в направлении оси визирования существенно, на порядок превышает дальность действия в противоположном направлении, что важно для удобства пользования прибором. Боковое «зрение» также присутствует.
Принцип действия прибора основан на пространственным разнесении правого и левого радиолокационных датчиков, что обуславливает разницу расстояний до препятствия, находящегося вне оси визирования. При этом в правое и левое ухо поступают сигналы с соответствующих радиолокационных датчиков, несколько различающиеся по тону. Направление на препятствие человек может оценить по соотношению тонов. Совмещение оси визирования с направлением на препятствие, которое человек может осуществить поворотом головы в известном ему направлении, сопровождается уменьшением разности тонов в правом и левом ухе вплоть до их совпадения. Совпадение звуковых тонов означает, что человек смотрит точно на препятствие, по крайней мере, в горизонтальной плоскости.
Локализация препятствия в вертикальной плоскости возможна по тому же принципу путем наклона головы.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена структурная схема радиолокационного СВЧ-датчика дальности до препятствия непрерывного режима на основе ЛЧМ-сигнала.
На фиг. 2 схематически показаны диаграммы направленности антенн обоих радиолокационных датчиков дальности до препятствия в горизонтальной и вертикальной плоскости.
На фиг. 3 приведен график зависимости частоты излучаемого СВЧ-сигнала от времени, поясняющий принцип действия радиолокационного СВЧ-датчика дальности до препятствия непрерывного режима на основе ЛЧМ-сигнала.
В приведенной на фиг. 1 структурной схеме радиолокационного датчика дальности до препятствия введены следующие обозначения. ЛС - логическая схема, ОКГ - опорный кварцевый генератор, СЧ ЛЧМ - синтезатор частоты линейного частотно-модулированного сигнала, HO1 - первый направленный ответвитель, НО2 - второй направленный ответвитель, ППФ - полосно-пропускающий фильтр, С - смеситель, УЗЧ - усилитель звуковой частоты.
На фиг. 2 схематически показаны диаграммы направленности антенн обоих радиолокационных датчиков дальности до препятствия в горизонтальной и вертикальной плоскости. Для наглядности показана фигура человека. G - коэффициент направленного действия антенны.
На фиг. 3 приведен эпюр, поясняющий принцип действия ЛЧМ-локатора.
Figure 00000004
где:
rП - расстояние до препятствия;
с - скорость света;
Figure 00000005
где: Δf=FЗЧ - частота звукового сигнала на выходе ЛЧМ - локатора;
Δf=F2-F1 - девиация ЛЧМ-сигнала;
Т - длительность ЛЧМ-сигнала;
Задавшись технически достижимыми для ЛЧМ-локатора 10 см диапазона длин волн параметрами:
Δf=300МГц;
rп=0,5÷5 м;
Т=0,005 с.
Получаем FЗЧ=0,2÷2кГц;
То есть частота звукового сигнала на выходе такого локатора лежит в пределах комфортной слышимости человека.
Оценим погрешность σr определения дальности до препятствия, исходя из селективных возможностей органов слуха человека, составляющих величину около 1% от несущей частоты. Пренебрегая аппаратной погрешностью самого ЛЧМ- локатора получаем погрешность от 5 до 50 мм в зависимости от дальности до препятствия.
На основе предлагаемого изобретения был изготовлен прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей, который функционирует следующим образом. Для корректной работы прибора необходима синхронизация его радиолокационных датчиков дальности до препятствия. При включении прибора, опорный сигнал задающего генератора каждого из радиолокационных датчиков дальности до препятствия подается через логическую схему, которая отключает собственный задающий генератор при подключении к активному задающему генератору второго датчика. Таким образом, при функционировании прибора, синхронизация осуществляется по первому или второму радиолокационному датчику дальности до препятствия. Задающие генераторы реализованы на микросхеме кварцевого генератора SG-800DC/PHM. Сигнал 16 МГц от задающего генератора используется для синхронизации работы синтезатора частоты ЛЧМ сигнала (СЧ ЛЧМ), выполненного на микросхемах ADF4153A и RS2983AM. СЧ ЛЧМ нагружен через два соединенных последовательно направленных ответвителя (НО) на приемо-передающую СВЧ-антенну. СВЧ-сигнал, отраженный от препятствия через второй направленный ответвитель и полосно-пропускающий фильтр, реализованный на микросхеме BFCN-3010+, поступает на вход смесителя, выполненного на микросхеме SIM-73L+, где взаимодействуя с сигналом гетеродина, образует промежуточную частоту, пропорциональную дальности до препятствия и лежащую в звуковом диапазоне частот. Далее этот сигнал усиливается усилителем звуковой частоты, выполненным на микросхеме SSM2019, поступает на головной телефон 26CR08FF и воспринимается органами слуха человека. Прибор осуществляет только преобразование радиолокационного сигнала дальности на звуковую частоту. Функции интерпретации окружающей действительности посредством анализа звуковых сигналов с радиолокационных датчиков полностью возлагается на интеллект человека.
Таким образом, при реализации предлагаемого изобретения, удалось создать миниатюрное устройство пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей, которое обладает высокой помехоустойчивостью, компактными габаритными размерами, а также простотой конструкции и использования.

Claims (2)

1. Прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей, содержащий приемную и передающую части, отличающийся тем, что прибор содержит два электрически связанных между собой идентичных радиолокационных датчика дальности до препятствия непрерывного режима, предназначенных для закрепления с правой и левой стороны головы человека, которые совместно образуют пространственно-разнесенную радиолокационную систему, при этом каждый радиолокационный датчик дальности до препятствия состоит из СВЧ антенны с широкой диаграммой направленности, приемо-передающего модуля и головного телефона, диаграммы направленности антенн радиолокационных датчиков дальности до препятствия имеют область пересечения в передней полусфере обзора, а приемо-передающие модули радиолокационных датчиков дальности до препятствия синхронизованы по частоте.
2. Прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей по п. 1, отличающийся тем, что антенны радиолокационных датчиков дальности до препятствия выполнены в виде плоских печатных антенн дипольного типа.
RU2018105724A 2018-02-15 2018-02-15 Радиолокационный прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей RU2679924C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105724A RU2679924C1 (ru) 2018-02-15 2018-02-15 Радиолокационный прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018105724A RU2679924C1 (ru) 2018-02-15 2018-02-15 Радиолокационный прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2679924C1 true RU2679924C1 (ru) 2019-02-14

Family

ID=65442739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105724A RU2679924C1 (ru) 2018-02-15 2018-02-15 Радиолокационный прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2679924C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94039639A (ru) * 1994-10-28 1996-08-27 Акционерное общество "Балстар" Устройство для ориентации человека в условиях плохой видимости
US5936528A (en) * 1996-05-20 1999-08-10 Sunny Sealing Co., Ltd. Visually handicapped person guidance and support
RU43161U1 (ru) * 2004-09-23 2005-01-10 Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "РАСТР" Устройство для ориентации слепых
US20090032590A1 (en) * 2007-08-02 2009-02-05 Hopkins Billy D Location, orientation, product and color identification apparatus, system and method for the blind or visually impaired
RU2515089C1 (ru) * 2012-11-22 2014-05-10 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Устройство акустического представления пространственной информации для пользователей

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94039639A (ru) * 1994-10-28 1996-08-27 Акционерное общество "Балстар" Устройство для ориентации человека в условиях плохой видимости
US5936528A (en) * 1996-05-20 1999-08-10 Sunny Sealing Co., Ltd. Visually handicapped person guidance and support
RU43161U1 (ru) * 2004-09-23 2005-01-10 Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "РАСТР" Устройство для ориентации слепых
US20090032590A1 (en) * 2007-08-02 2009-02-05 Hopkins Billy D Location, orientation, product and color identification apparatus, system and method for the blind or visually impaired
RU2515089C1 (ru) * 2012-11-22 2014-05-10 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" Устройство акустического представления пространственной информации для пользователей

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210401307A1 (en) Use of body-worn radar for biometric measurements, contextual awareness and identification
JP6786384B2 (ja) 統合された画像能力を伴うポータブル電子装置
US3366922A (en) Blind aid
EP3253078B1 (en) Wearable electronic device and virtual reality system
Wang et al. UWHear: Through-wall extraction and separation of audio vibrations using wireless signals
US3383682A (en) Radar glasses for the blind
CN108780642A (zh) 触觉***中的校准和检测技术
US7542375B2 (en) Method for simultaneous transmission of soundwaves and, in particular, sonar pulses, without interference
US7957224B2 (en) Human echolocation system
EP0008455A1 (en) Method of and apparatus for providing information as to the existence or position of objects
JP2015035657A (ja) 報知装置及び入力装置
JP2019513456A5 (ru)
JPH0430862B2 (ru)
US2496639A (en) Aid for the blind
US9390713B2 (en) Systems and methods for filtering sound in a defined space
US4052977A (en) Methods of and apparatus for ascertaining the characteristics of motion of inaccessible moving elements
RU2679924C1 (ru) Радиолокационный прибор пространственной ориентации для слабовидящих и слепых людей
JP2014143480A (ja) 超指向性スピーカ
US20230273309A1 (en) Electronic apparatus and operating method thereof
US3626416A (en) Direction finding receiver
JP2018034221A (ja) ロボットシステム
JPH03264883A (ja) 報知装置
RU2085162C1 (ru) Способ акустического представления пространственной информации для инвалидов по зрению
JP2013046156A (ja) 知覚システム
JP2017143459A (ja) 伝搬遅延特性の測定方法および装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200216