DE10124850C2 - Zielsimulationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zielsimulationssystem gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Ein derartiges System ist aus der DE 197 43 652 A1 zur Vermessung und Opti­ mierung von nicht-bildverarbeitenden Zielverfolgungseinrichtungen mit La­ ser-Suchkopf bekannt. Mittels eines als Scanner bezeichneten Ablenksystemes wird der Strahl eines Zielsimulationslasers auf eine Projektionsfläche gelenkt und dort als Punkt dargestellt, der über diese Fläche bewegbar ist. Außerdem wird der Strahl einer Trackinglichtquelle als Suchstrahlgeber über einen Zweiachsen- Spiegelscanner zur Abbildung eines weiteren Punktes auf die Projektionsfläche umgelenkt. Die Abweichungen zwischen den beiden z. B. farblich voneinander unterscheidbaren Punktespuren sind ein Maß für die Qualität des zu optimieren­ den Zielverfolgungsprogrammes. Allerdings ist es für einen solchen unmittelbaren Spurenvergleich anzustreben, daß beide Punkte identische Sollspuren ziehen. Wenn aber gegenseitige apparative Abschattungen vermieden werden sollen, ist das nur realisierbar, indem die beiden Punkte von einander gegenüberliegenden Seiten auf eine translucente Fläche projiziert werden. Das bedingt infolge zweifa­ cher Einbautiefe eine sehr großvolumige Installation, weil die Strahlquellen nicht zu dicht an der Projektionsfläche liegen dürfen, um unverträgliche Verzerrungen bei großen Auslenkungen auf der Projektionsfläche zu vermeiden; zumal eine gekrümmte Projektionsfläche zur Vermeidung solcher Verzerrungen nur für die konkave Seite realisierbar ist, während gegenüberliegend auf der konvexen Fläche die Verzerrungen noch verstärkt würden. Außerdem sind die Projektionssysteme schlecht über ihren ganzen Schwenkbereich harmonisierbar, wenn sie auf ver­ schiedenen Seiten der Projektionsfläche liegen.

Der Erfindung liegt in Erkenntnis dieser Gegebenheiten die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes System dahingehend weiterzubilden, daß die Arbeitsweise eines aktiven optronischen Zielsuchkopfes in raumsparendem und zuverlässig, insbesondere reproduzierbar kalibrierbarem Simulationsaufbau unmittelbar sta­ tisch und dynamisch vermessen werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Zielsimulationssystem gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorge­ gebene Koordinaten in der Projektionsfläche, mit punktförmigen individuellen Sensoren (oder Lichtleitfaserenden, die zu einem gemeinsamen Detektor führen) ausgestattet, sind als Strahlen-Kalibrierpunkte vorgesehen. Die werden einerseits vom Zielsimulationsstrahl und andererseits vom Suchstrahl des Suchkopfes nach­ einander angefahren, um die relative Position der Projektionsfläche bezüglich der Installationen einzumessen. Zugleich werden für die Raumrichtungen zu den nacheinander angepeilten Testkoordinaten die zugehörigen Steuerungsparameter für den in allen Raumrichtungen verschwenkbaren Drehtisch und für den Zielsi­ mulationslaser abgespeichert. Um am Drehtisch die Laserquelle des Suchkopfes nicht eigens in Betrieb nehmen zu müssen, kann für das Einmessen des Drehti­ sches ein Laserpointer oder besser noch en Laser-Entfernungsmesser im Dreh­ punkt montiert werden. Bezogen auf jene Koordinaten sind auf diese Weise so­ wohl die Punktbewegung des Zielsimulationsstrahles wie auch die Nachführbe­ wegung des Suchkopfes quantitativ erfaßbar geworden.

Der zu testende Suchkopf ist mit Detektoren zur Zielverfolgung, d. h. hier im Si­ mulationssystem zur Verfolgung des Projektionspunktes des Zielsimulations­ strahles auf der Projektionsfläche ausgestattet. Die Punktbewegung kann von ei­ ner die Projektionsfläche erfassenden Testkamera aufgenommen und von einem Auswerterechner mit der zur Punktnachführung vom Empfänger des Suchkopfes initiierten Drehtischbewegung verglichen werden.

Beim Vergleich der momentanen Positionskoordinaten der räumlichen Ausrich­ tung des Simulationsstrahlgebers und des Drehtisches mit dem Suchkopf auf die Projektionsfläche ist zu berücksichtigen, daß die von diesen beiden Quellen aus unter verschiedenen Winkeln angepeilte Projektionsfläche weit vor der physikali­ schen Zielebene liegt, in der sich deren beiden Blickrichtungen kreuzen. Der tat­ sächliche Projektionspunkt des Simulationsgebers und der imaginäre Projektions­ punkt der Suchkopf-Achse fallen also nicht zusammen, wenn von beiden Geräten aus ein Zielpunkt hinter der Projektionsfläche angepeilt wird. Um das zu berück­ sichtigen, erfolgt eine trigonometrische Positionstransformation über die defi­ nierten sensorbestückten Ortskoordinaten in der Projektionsfläche.

Ein elektrisch ansteuerbares Filter zur Strahlschwächung für die Darstellung des Zielsimulationspunktes kann unterschiedliche Entfernungen zwischen dem Such­ kopf und der imaginären physikalischen Position des den Suchstrahl reflektieren­ den Zielpunktes imitieren.

Zur zusätzlichen Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile, auch hinsichtlich zweckmäßiger Weiterbildungen, wird außer auf die weiteren Ansprüche auch auf nachstehende Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche abstrahiert aber angenähert maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung Bezug genommen. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt die strahlengeometrischen Verhältnisse zwi­ schen Suchkopf bzw. Zielsimulationsstrahlgeber, Projektionsfläche und physikali­ scher (imaginärer) Zielbewegungsebene.

Das erfindungsgemäße Zielsimulationssystem für den statischen und dynamischen Funktionstest und die Vermessung eines aktiven optronischen Zielverfolgungssy­ stems arbeitet mit einem dreidimensional verschwenkbaren Drehtisch 11, auf den der hinsichtlich seiner Zielverfolgungsgenauigkeit zu testende aktive optronische Zielsuchkopf 12 montiert ist. Letzterer ist mit einem Laser-Suchstrahlgeber 13 zum Anstrahlen des Zieles 16 und mit den Detektoren eines richtungsempfindli­ chen optronischen Empfängers 14 für die Zielreflexionen ausgestattet. Der Such­ strahl 15 des Gebers 13 wird für die Simulation aber nicht benötigt.

Das hier nur imaginäre Zielobjekt 16 bewegt sich in einer vom Drehtisch 11 weit entfernten physikalischen Zielebene 17 hinter der Projektionsfläche 18. Die befin­ det sich dagegen vergleichsweise dicht beim Suchkopf 12. Auf dieser ruft der räumlich verschwenkbare Simulationsstrahl 22 einen entsprechend wandernden Suchpunkt 23 hervor. Diese Punktbewegung wird von einer Testkamera 20 erfaßt, die in der näheren Umgebung des Drehtisches 11 raumfest installiert auf die Pro­ jektionsfläche 18 gerichtet ist, und von einem Rechner 29 koordinatenmäßig ana­ lysiert.

In der Nähe der Kamera 20 ist abseits des Suchstrahlgebers 13 aber auf der selben Seite der Projektionsfläche 18 ein Zielsimulationsstrahlgeber 21 installiert, dessen Simulationsstrahl 22, wenn er auf das imaginäre Zielobjekt 16 gerichtet ist, die Projektionsfläche 18 beim Zielsimulationspunkt 23 und somit an einer anderen Stelle durchdringt, als die Achse des Suchkopfes 12 entsprechend seinem Such­ strahl 15, weil beide Strahlen von unterschiedlichen Ausgangspunkten auf einer Seite der Projektionsfläche 18 auf den selben Punkt 16 jenseits der Projektions­ fläche 18 gerichtet sind. Die Richtungskoordinaten der Ausrichtung des Drehti­ sches 11 fallen deshalb nicht mit denjenigen des Zielsimulationsstrahlgebers für die Momentanposition, des Punktes 23 zusammen, obgleich beide auf den identi­ schen Zielpunkt 16 gerichtet sind. Deshalb erfolgt in einem Rechner 29 eine Koor­ dinatentransformation für die Beurteilung der Zielverfolgungsgenauigkeit des vom Suchkopf 12 dem Projektionspunkt 23 nachgesteuerten Drehtisches 11.

Für diese Umrechnung sind die als Suchstrahl 15 dargestellte Suchkopf-Achse und der Simulationsstrahl 22 sowie das Bild der Testkamera 20 in Bezug auf die Projektionsfläche 18 koordinatenmäßig zu kalibrieren. Dafür ist die Projektions­ fläche 18 an bestimmten Ortskoordinaten, die bestimmten räumlichen Richtungen in Bezug auf den Drehtisch 11 und in Bezug auf den Zielsimulationsgeber 21 so­ wie in Bezug auf die Ausrichtung der Testkamera 20 entsprechen, kleinflächige Sensoren 25 eingebaut. Die werden über den Scanner 24 des Zielsimulationsge­ bers 21 der Reihe nach von dem Laserstrahl einer ortsfesten Pilotstrahlenquelle 26 angesteuert, um die räumliche Lage (nämlich Entfernung und Neigung) der Pro­ jektionsfläche 18 in Bezug auf die Orte des Drehtisches 11, der Zielkamera 17 sowie des Zielsimulationsstrahlgebers 21 einzumessen. Damit sind die Montage­ punkte der Sensoren 25 im Raum definiert, nun können die Richtungssteuerung des auf den Drehtisch 11 montierten Suchkopfes 12 mit seinem Suchstrahlgeber 13, der Simulationsstrahlgeber 21 sowie die Ortsauflösung im Bild der Testkame­ ra 20 in Bezug auf diese Punkte kalibriert werden.

Um variable Abstände der Zielebene 17, also unterschiedliche Entfernungen des Zielobjektes 16 imitieren zu können, ist im Simulationsstrahl 22 ein Filter 28 mit einstellbarer Dämpfung angeordnet. Wenn also der imaginäre geometrische Kreu­ zungspunkt von Simulationsstrahl 22 und Suchstrahl 15 in eine größere Entfer­ nung hinter der Projektionsfläche 18 verlegt wird, erfolgt eine Bedämpfung des Simulationsstrahles 22, um die exponentieller Entfernungsabhängigkeit der am Ziel reflektierten Energie durch entsprechende Helligkeitsänderung des Zielsimu­ lationspunktes 23 darzustellen, der vom Suchkopf-Empfänger 14 aufgenommen wird.

Beim erfindungsgemäßen Zielsimulationssystem für die Vermessung und den Funktionstest eines aktiven optronischen Zielverfolgungssystemes sind also des­ sen auf einen Drehtisch 11 montierter Suchkopf 12, eine Pilotstrahlquelle 26, ein Zielsimulationsstrahlgeber 21 und eine Testkamera 20 auf die selbe Seite einer Projektionsfläche 18 gerichtet. Mittels eines Pilotstrahles 27 werden definierte, mit Sensoren 25 bestückte Punkte der Projektionsfläche 18 relativ zur Gerätein­ stallation und außerdem die Richtungssteuerung des Drehtisches 11 vermessen. Der Suchkopf-Empfänger 14 steuert die Verfolgung eines über die Projektionsflä­ che 18 wandernden Zielsimulationspunktes 23, dessen Bewegung von der Kamera 20 koordinatenmäßig erfaßt wird, um sie mit der Suchkopfbewegung zu verglei­ chen. Für diesen Vergleich erfolgt eine Koordinatentransformation, weil die auf den selben imaginären Zielpunkt 16 hinter der Projektionsfläche 18 gerichteten Achsen des Zielsimulationsstrahlgebers 21 und des Suchkopfes 12 die Fläche 18 an unterschiedlichen Punkten 19, 23 durchdringen.

Claims (4)

1. Zielsimulationssystem für die Vermessung und den Funktionstest eines ak­ tiven optronischen Zielverfolgungssystemes mittels einer Projektionsfläche (18), auf welche die Bewegung eines imaginären Zielobjektes (16), der ein Suchkopf (12) zu folgen hat, von einem Zielsimulationsstrahlgeber (21) über einen Scanner (24) projeziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (18) von einer Testkamera (20) erfaßt ist und an definierten Punkten mit Sensoren (25) für den Pilotstrahl (27) einer Pilot­ strahlquelle (26) ausgestattet ist, der zum Einmessen der Lage der Projekti­ onsfläche (18) auf die Projektionsfläche (18) gerichtet ist, und daß der Ziel­ suchkopf (12) mit etwa gleicher Blickrichtung wie die Testkamera (20) und der Zielsimulationsstrahlgeber (21) auf die Projektionsfläche (18) gerichtet ist.

2. Zielsimulationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (25) die Enden von Lichtleitfasern sind, die auf einen ge­ meinsamen Detektor führen.

3. Zielsimulationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zielsimulationsstrahlgeber (21) ein in seiner Dämpfung steuerbares Filter (28) nachgeschaltet ist.

4. Zielsimulationssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Rechner (29) eine Koordinatenumwandlung für die Durchtrittspunkte der Strahlrichtungen vom Simulationsstrahlgeber (22) und vom Suchkopf (12) durch die Projektionsfläche (18) zum dahinter gelegenen imaginären Zielpunkt (16) im Schnittpunkt jener Strahlrichtungen erfolgt.