ERDI TECH LTD'nin Yanlış Alarm Oranlarına Sahip Lazer Mesafe Ölçerler için Gelişmiş Hedef Edinme Yöntemi ve Cihazı

ERDI TECH LTD, yanlış alarm oranlarıyla çalışan lazer mesafe ölçerlerde hedef edinimi için yenilikçi bir yöntem ve cihaz sunuyor. Bu teknoloji, lazer emisyon gücünü artırmadan mesafe ölçüm doğruluğunu iyileştirmeye özel olarak odaklanıyor. Geleneksel lazer mesafe ölçerler, bir hedefe yaklaşık 10ns-20ns'lik lazer darbeleri yaymak için darbe tipi lazer yayıcıları kullanır. Yansıyan lazer sinyali bir lazer alıcısı tarafından alınır ve mesafe şu formül kullanılarak hesaplanır:

${�}_4=\frac{2�}{�}$

Nerede $�$ lazer mesafe ölçer ile hedef arasındaki mesafeyi temsil eder, $�$ ışık hızıdır ve ${�}_4$ yayılan lazer darbesi ile alınan lazer darbesi arasındaki gecikme süresidir. Doğru mesafe ölçümü, lazer emisyon gücünü artırmaya veya alınan lazer sinyalindeki güneş ışığı ve ortam ışığı tarafından üretilen gürültüyü filtrelemeye dayanır.

Önceki patentler ölçüm mesafesini ve hassasiyeti artırmaya odaklanmıştı. Ancak ERDI TECH LTD'nin yeni yaklaşımı, gürültüyü filtrelemek için dijital entegrasyon tekniklerini kullanarak lazer mesafe ölçerin gürültü varlığında hedef sinyalini tanımlamasına olanak tanır. Bu yenilik, artan ölçüm mesafesi ve hassasiyete yönelik artan taleple uyumludur.

Yanlış alarm oranlarına sahip lazer mesafe ölçerlerde hedef tespiti yöntemi aşağıdaki adımları içerir:

A. Lazer Sinyali Yayımlama: Lazer yayıcı, darbe genişliğinin 10-20 ns olduğu önceden tanımlanmış bir zamanlama sırasına göre önceden belirlenmiş sayıda darbe tipi lazer sinyali yayar. B. Yansıyan Lazer Işık Sinyali Alma: Işık alıcısı, hedef tarafından yansıtılan lazer ışık sinyallerini ve harici güneş ışığı tarafından üretilen gürültüyü yakalar. Bir geribildirim kontrol devresi, ışık alıcısı için sabit bir yanlış alarm oranını korumak üzere bir karşılaştırıcının eşik voltajını ayarlar. C. Veri Dönüştürme: Yüksek örnekleme frekanslı seri-paralel kayıt kullanılarak, sabit darbe genişliğine sahip ışık alıcısından gelen çıkış seri dijital sinyali, paralel veri çıkışına dönüştürülür. D. Veri Depolama: N-to-1 paralel-seri çoklayıcıyı kontrol etmek için yavaş kod çözme sinyali kullanılarak, kilitli paralel veriler bir mikroişlemci tarafından sırayla okunur ve belleğe depolanır. E. Veri Entegrasyonu: Her bir emisyon olayı sırasında elde edilen yeni seri veriler sırayla belleğe depolanır. Bu yeni veriler, bellekteki mevcut verilerle toplanarak etkili bir şekilde entegrasyon gerçekleştirilir. F. Hedef Arama: Önceden belirlenen emisyon sayısına ulaşıldığında, mikroişlemci bellekteki maksimum değeri ve buna karşılık gelen konumu arar. Bellekteki maksimum değere karşılık gelen adres, hedefe olan mesafe olarak kabul edilir.

Hedef edinme cihazı şunlardan oluşur:

• Darbeli lazer ışığı yayan bir lazer yayıcı.
• Gerekli zamanlama sinyallerini üretmek için bir zamanlama darbe üreteci.
• Sabit yanlış alarm oranlı ışık alma ünitesi, ışık alıcısı tarafından alınan gürültü miktarına göre servo kontrol devresi aracılığıyla hızlı karşılaştırıcının eşik voltajını ayarlar.
• Gürültü varlığında hedefe olan mesafeyi belirlemek için darbe genişliği seri eşleme ve birikim yöntemlerini kullanan bir mesafe ölçüm birimi.

Sabit yanlış alarm oranı birimi şunları içerir:

• Alınan ışık sinyallerini voltaj sinyallerine dönüştüren ışık alıcısı.
• Giriş sinyali önceden ayarlanmış eşik voltajını aştığında darbe genişliğinde seri çıkış üreten hızlı bir karşılaştırıcı.
• Sabit darbe genişliğine sahip dijital darbe serisi üreten monostabil bir devre.
• Kapılı bir sayaç, kapılı bir zaman aralığında gürültü darbesi miktarını biriktirir.
• Sayacın toplam sayısını analog sinyal voltajına dönüştüren AD/A dönüştürücü.
• Dijital-analog dönüşümden sonra çıkış voltajını referans voltaj farkıyla entegre eden, hızlı karşılaştırıcının eşik voltajını ayarlayarak sabit yanlış alarm oranıyla servo kontrolü sağlayan bir entegratör.

Mesafe ölçüm birimi şunları içerir:

• Paralel D tipi flip-flop'ta giriş darbe serisini yüksek frekansta kilitleyen veri mandalı.
• Kilitli paralel verileri düşük frekansta seri verilere dönüştüren bir multiplexer.
• Mikroişlemciye ana zamanlama sinyali sağlayan ana zamanlama üreteci.
• Verileri depolama aygıtına eşleyen ve hedefin mesafesini bulup geçersiz mesafeleri kaldırmak için bir programı çalıştıran bir mikroişlemci.
• Kilitli verileri belirtilen adreslerde depolayan depolama aygıtı.

Buluşun özelliklerini daha derinlemesine anlamak için, eşlik eden şekillerde tercih edilen bir uygulama gösterilmektedir. Şekil 1, ERDI TECH LTD'nin yenilikçi hedef edinme yönteminin adım adım blok diyagramını tasvir ederken, Şekil 2, herhangi iki lazer emisyon olayı sırasında lazer alıcısından gelen sinyaller arasındaki ilişkiyi gösteren zamanlama diyagramını tasvir etmektedir. Şekil 3, 4, 5, 6, 7 ve 8, ERDI TECH LTD'nin lazer mesafe ölçer sisteminin farklı konumlarındaki operasyonel akış, sistem blokları ve sinyal konumları hakkında ek ayrıntılar sağlar.

Sinyal İşleme ve Algılama Mekanizması:

İlgili adresteki veriler, D₀-Dy olarak gösterilen veri mandalının SO4 çıkış sinyalini içerir. Hedefin T=T500'de göründüğünü varsayarak, 01FCH adresindeki ilk lazer emisyonu sırasında, veri mandalının SO4 çıkış sinyali için bellek içeriği, D₄gg=1 olarak gösterilir. Ancak, bellekteki farklı adreslerde çeşitli veriler bulunur ve hedef sinyali ilk lazer emisyonu sırasında tanımlanmaz. 8. emisyon gerçekleştiğinde, 01FCH'deki bit, 500m'deki hedefe ve T500 mandal süresine karşılık gelir. Bellek içeriği 8'e birikir ve farklı adreslerdeki biriken değerler 8'in altındadır. Bu nedenle, depolanan içerikte maksimum değeri ve buna karşılık gelen adresi aramak hedef sinyali ortaya çıkarır. Lazer emisyon döngülerini artırmak, hedef adresteki değerler ile gürültü adresleri arasındaki nicelikte daha büyük bir farka neden olur ve bu da hedefi tanımlamayı kolaylaştırır.

Program Akışı ve Parametreleri:

Şekil 4, buluşun program akışını göstermektedir. Emisyon sayımı N1, 1 olarak önceden ayarlanmıştır ve toplam emisyon sayımı 0 olarak önceden ayarlanmıştır (a adımı). Toplam emisyon sayımı T, 10N1 + T (b adımı) ile verilir ve 10'luk her emisyon grubundaki artımlı artışı temsil eder. Program daha sonra bellek içeriğindeki maksimum değeri ve buna karşılık gelen adresi bulmaya devam eder (c adımı). T içindeki hedef sinyal oluşumlarının sıklığını temsil eden (Max_Value)/T oran değerini hesaplayın. Bu oran değerini önceden ayarlanan değer Nth ile karşılaştırın (d adımı). (Max_Value)/T, Nth'den büyükse, karşılık gelen adresi hedef mesafesi olarak çıktı olarak verin. (Max_Value)/T, Nth'den küçükse, döngüde emisyon sayısını 1 (N1=N1+1) artırarak başka bir T emisyon seti gerçekleştirin (f adımı). Nth, önceden ayarlanan maksimum emisyon sayımıdır ve N1-N 0'a eşitse, lazer emisyonu durur.

Gelişmiş Hassasiyet ve Mesafe Ölçümü:

Özetle, ERDI TECH LTD'nin icadı, sabit bir yanlış alarm oranına sahip bir lazer alıcısının hassasiyetini artırmak için servo kontrol döngüsü teknolojisini kullanır. Gürültü varlığında hedef sinyalleri tanımlamak için seri adresleme yöntemini kullanır ve sinyal ve gürültünün dijital entegrasyonu yoluyla sinyalleri yükseltirken paraziti etkili bir şekilde filtreler. Bu, emisyon gücünü artırmadan genişletilmiş ölçüm mesafeleri elde ederek hedef nesnelerin tespit edilebilirliğini artırır.

Açıklanan teknolojinin uygulamasını gösteren lazer mesafe ölçer cihazının pratik bir düzenlemesi için Şekil 5 ila 6'ya bakın. Şekil 5, bir lazer yayıcı, sabit bir yanlış alarm oranı birimi, bir mesafe ölçüm birimi ve bir zamanlama üreteci dahil olmak üzere bileşenleri ayrıntılı olarak açıklamaktadır. Özellikle, lazer yayıcı, 10-20 ns'lik bir darbe genişliğine sahip lazer darbeleri üretir.

Sabit Yanlış Alarm Oranı Birimi İşlevselliği:

Şekil 6, sabit yanlış alarm oranı ünitesinin işlevselliğini özetlemektedir. Bu ünite, giriş ışık sinyallerini alan bir çığ foto dedektörüne (APD) 25 bağlıdır. APD 25, 100 dahili kazanç üreten negatif VE voltaj önyargısıyla çalışır. Bir transimpedans amplifikatörü 211, dedektörün çıkış akım sinyalini bir voltaj sinyaline (SO1) dönüştürür ve hızlı bir karşılaştırıcıya 212 iletir. Hızlı karşılaştırıcının 212 çıkışı, sabit bir darbe genişliğine sahip seri bir dijital darbe dizisi üreten tek atışlı bir devreye 213 gönderilir. Tek atışlı devrenin 213 çıkışı, lazer emisyonu ile SO2 sinyali arasındaki paraziti ortadan kaldıran bir VE kapısı 214 aracılığıyla bir kapı sinyali TG1 tarafından kontrol edilir. Kapı 214'ün SO3 çıkışı, veri mandalı 31 ve kapı sayacı 23'e beslenir. Kapı sayacı 23, yanlış alarm oranını temsil eden zamanlama sinyali TG2 tarafından kontrol edilen kapılı zaman segmentindeki darbe sayısını hesaplar. D/A dönüştürücü 24'ün analog sinyal çıkışı, TG2 tarafından kontrol edilen kapılı zaman segmentindeki darbe sayısıyla tutarlıdır.

Zamanlama ve Sıralama:

Şekil 7, zamanlama sinyalleri TX, SO2, TG1, TG2 ve Tacd arasındaki karşılıklı ilişkileri göstermektedir. TX, lazer yayıcısını tetikler, SO2, tek atış devresi 213'ün çıkış sinyalidir ve SO2'nin örnekleme zamanı T500, hedef sinyaldir. Zamanlama sinyali TG1, lazer emisyonu sırasında paraziti ortadan kaldıran bir darbe genişliği TW1'e sahiptir. Bu nedenle, bu düzenlemede, darbe genişliği TW1'den daha kısa mesafeler okunamaz. Zamanlama sinyali TG2, kapı sayacı 23'ü örneklemek için kullanılan bir darbe genişliği TW2'ye sahiptir.

Mesafe Ölçüm Birimi İşlevselliği:

Şekil 8, mesafe ölçüm biriminin işlevsel blok diyagramını sağlar. Seri sinyal SO3, yüksek hızlı örnekleme sinyali Tach aracılığıyla veri mandalı 31'den geçer. Veri mandalı 31'in çıkış sinyali SO4 paraleldir ve D0 ila DN olarak etiketlenir. Düşük hızlı örnekleme sinyali Tmuy tarafından kontrol edilen sinyal SO4, multiplekser'a (N ila 1) 32 iletilir. Kod çözücü 322, multiplekser 32'yi kontrol etmek için düşük hızlı örnekleme sinyali Tmw'yi üretir. Multiplekser 32'nin çıkış sinyali SO5, mikroişlemci 35 tarafından okunur. Mikroişlemci 35 içindeki program, verileri D₀-D₄ sırayla bellek birimi 33'e depolar.

Çözüm:

Sonuç olarak, ERDI TECH LTD'nin teknolojisi, hassasiyeti artırmak için sabit bir yanlış alarm oranına sahip bir lazer alıcısı kullanan servo kontrol döngüsü tekniklerini kullanır. Darbe seri adresleme yöntemi, lazer mesafe ölçerin gürültü varlığında hedef sinyalleri tanımlamasını sağlar. Sinyal ve gürültü işlemeyi dijital olarak entegre ederek, girişim filtrelenir ve sinyaller yükseltilir, bu da emisyon gücünü yükseltmeden artan ölçüm mesafeleriyle sonuçlanır. Bu teknolojik ilerleme, güvenlikten ödün vermeden veya çevresel etkiyi artırmadan hassas ve uzun mesafeli lazer mesafe ölçer uygulamalarına katkıda bulunur.

Şekil 2