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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ortsbestimmung eines mit einem Reflektor und einem Detektor versehenen Objektes in einem Raumwinkelbereich und Übertragung von Informationen auf das betreffende Objekt, wie sie als Komponente in einem scannenden Schusssimulationssystem zur Anwendung kommen kann und wie sie gattungsgemäß aus der
DE 29 07 589 C2 bekannt ist.
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Scannende Schusssimulationssysteme bestehen aus einer ersten Komponente die mit der Waffe in Verbindung steht und einer zweiten am Ziel vorgesehenen Komponente. Die mit der Waffe verbundene Komponente scannt einen vorgegebenen Raumwinkel ab, ermittelt dabei die Ortslage von Zielobjekten, errechnet die Flugbahn und den Auftreffpunkt simulierter abgeschossener Munitionen und übermittelt Informationen an die Zielobjekte.
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Bekannte Einrichtungen haben gemeinsam, dass die Ortslage eines Objektes aus Reflexionssignalen eines ausgesandten und über den Raumwinkelbereich scannenden Laserstrahlenbündels gewonnen und die Informationen durch Modulation des Laserstrahlenbündels zur ermittelten Ortslage transportiert werden. Entsprechend weisen derartige Einrichtungen wenigstens eine Ablenkeinrichtung, eine Sendeeinheit und eine Empfängereinheit auf.
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Aus dieser
DE 29 207 589 C2 sind ein Verfahren und eine Einrichtung bekannt, mit der Informationen an ausgewählte Objekte in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich übermittelt werden können.
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Die Einrichtung umfasst eine um eine vertikale Achse in horizontaler Richtung schwenkbare Ablenkeinrichtung, die mit einer Sendeeinheit und einer Empfängereinheit fest verbunden ist.
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Die Sendeeinheit ist so ausgelegt, dass sie wenigstens zwei fächerförmige Strahlenbündel aussendet, die quer zur Aussenderichtung eine lange Dimension haben, deren Größe mit zunehmender Entfernung von der Sendeeinheit länger wird, und eine kurze Dimension, die sich quer zur langen Dimension erstreckt. Bei den Strahlenbündeln sind die entsprechend langen Dimensionen unterschiedlich orientiert, d. h. sie schließen einen Winkel miteinander ein.
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Die Strahlenbündel lassen sich in an sich bekannter Weise z. B. jeweils mit zwei Laserdioden oder auch nur mit einer einzigen Laserdiode im Zusammenhang mit Ablenkprismen erzeugen. (Sp. 7, Z. 45–60)
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Die zueinander fest angeordneten Strahlenbündel werden durch eine vorzugsweise periodische Schwenkbewegung der Ablenkeinrichtung um einen vorgegebenen Schwenkwinkel geschwenkt, womit ein vorgegebener Raumwinkelbereich, in dessen Scheitelpunkt sich die Ablenkeinrichtung befindet, abgetastet werden kann.
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Der Raumwinkelbereich wird in der in horizontaler Richtung durch den Schwenkwinkel und in vertikaler Richtung durch die auf sie projizierte Divergenz der Strahlenbündel in Richtung ihrer langen Dimension begrenzt. Die Schwenkbewegungen der Strahlenbündel können entweder nacheinander oder gleichzeitig erfolgen. (Sp. 7, Z.61–Sp. 8, Z. 12)
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Die sich im Raumwinkelbereich befindenden Objekte sind mit wenigstens einem Reflektor versehen, der eine von der Sendeeinheit kommende Strahlung in sich selbst reflektiert, (Sp. 8, Z. 24–34) sodass diese auf die Empfängereinheit der Einrichtung auftrifft und die Entfernung des Objektes bestimmbar ist sowie einem vorzugsweise neben dem Reflektor angeordnetem Strahlungsdetektor, welcher Strahlung empfängt, aus welcher Informationen abgeleitet werden können. (Sp. 9, Z. 25–27)
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Die Empfängereinheit der Einrichtung kann nur einen Empfänger aufweisen, wenn die Strahlenbündel nacheinander geschwenkt werden, d. h. pro Schwenk nur ein Strahlenbündel ausgesendet wird. Wenn dagegen die Strahlenbündel gleichzeitig geschwenkt werden, d. h. beide Strahlenbündel gleichzeitig ausgesendet werden, kann die Empfängereinheit für jedes Strahlenbündel einen gesonderten, vorzugsweise richtungsabhängig arbeitenden Empfänger aufweisen, damit dieser nur auf das ihm zugeordnete Strahlenbündel anspricht. Es ist auch möglich bei gleichzeitig schwenkenden Strahlenbündeln zwischen deren reflektierter Strahlung zu unterscheiden, indem man die entsprechenden Strahlenbündel zu verschiedenen Zeiten pulst und den Empfänger entfernungsmäßig (range gating) so beschränkt, dass man das zu einem reflektierten Puls gehörige Strahlenbündel aufgrund der Pulszeit identifizieren kann. (Sp. 8, Z. 35–54)
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Wenn eine reflektierte Strahlung an einem Empfänger eintrifft, erzeugt diese ein Signal aus dem in einem Rechner die Entfernung des reflektierenden Objektes errechnet wird.
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Liegt diese Entfernung in einem vorbestimmten Entfernungsintervall, für welches eine spezielle Information in einem Informationsspeicher abgelegt ist, sorgt eine Steuervorrichtung, die auch die Auslenkung der Strahlenbündel koordiniert, dafür, dass die spezielle Information einem Kodierer zugeführt wird, der dann seinerseits dafür sorgt, dass das ausgesendete Strahlungsbündel entsprechend dieser Information gepulst oder moduliert wird, (Sp. 8, Z. 55–Sp. 9, Z. 7) d. h. die spezielle Information auf das Strahlenbündel übertragen wird. Die Übertragung dauert solange an, wie die Reflektion des Objektes, genauer dessen Reflektors andauert und von der Empfängereinheit erfasst wird.
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Die Information wird grundsätzlich nur von den Objekten angenommen, die innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls von allen Strahlenbündeln, das müssen mindestens zwei sein, die Informationen empfangen (Sp. 11, Z. 29–36).
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Damit wird sicher gestellt, dass ausschließlich ein ausgewähltes Objekt einer möglichen Mehrzahl von Objekten im Raumwinkelbereich die Information erhält. (Sp. 16, Z. 29–41)
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Obwohl nicht explizit erwähnt, ließt der Fachmann mit, dass er aus der Entfernung der Winkelstellung der Ablenkeinrichtung bei Erfassung der betreffenden Entfernung durch Reflexion der einzelnen Strahlenbündel und der Winkelstellung den die Strahlenbündel miteinander einschließen, sowie der Schwenkgeschwindigkeit auf die Lage des reflektierenden Objektes im Raumwinkel schließen könnte.
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Von dieser Möglichkeit macht, mit der
DE 29 07 588 C2 , das taggleich angemeldete Verfahren zur Bestimmung der Lage von entgegengesetzt zur Strahleinfallsrichtung reflektierenden Reflektoren Gebrauch. Als eine besonders wichtige Anwendung hierfür wird die Zielvermessung bei Auswertesystemen von Schießübungen mit simuliertem Feuer gesehen. (Sp. 4, Z. 8–11)
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Eine hier beschriebene Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens entspricht im Wesentlichen einer in der
DE 29 07 589 C2 offenbarten und bereits erläuterten Einrichtung. Besonderheiten werden nachfolgend erwähnt.
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Vorteilhaft sollen die langen Querschnittsabmessungen zweier Strahlenbündel gleichgroße Winkel bezüglich der Vertikalen einschließen. Die lange Querschnittsabmessung eines dritten Strahlenbündels soll gegebenenfalls bei horizontaler Schwenkrichtung vertikal ausgerichtet sein (Sp. 7, Z. 20–29).
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Neben der permanenten Entfernungsmessung gemäß dieser
DE 29 07 589 C2 werden bei dem Verfahren gemäß der
DE 29 07 588 C2 durch die Ablenkeinrichtung Signale erzeugt, die jedem Augenblick der momentanen Winkellage eines jeden Strahlenbündels auf deren Schwenkweg entsprechen. Die Steuervorrichtung sorgt dafür, dass dieses Signal im Rechner abgelegt wird; der Rechner kann dann aus allen Signalen die Lage des reflektierenden Objektes zur Einrichtung definieren (Sp. 8, Z. 12–27).
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Diese
DE 29 07 588 C2 beschränkt sich auf das Problem der Ortserkennung, weshalb es keinen Hinweis zur möglichen Informationsübertragung gibt.
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Entsprechend dem beschriebenen gattungsgemäßen Stand der Technik, wie er mit der
DE 29 07 589 C2 gegeben ist, erfolgt die Ortserfassung und die Informationsübertragung mit den gleichen Strahlenbündeln. Da zur Ortserfassung auch die Entfernungsmessung gehört und diese auf einer Pulslaufzeitmessung basiert die das Aussenden definiert gepulster Laserstrahlung verlangt, sind Informationsübertragung und Entfernungsmessung miteinander verknüpft. Da die übertragene Information im zeitlichen Abstand der Laserimpulse codiert ist, sind der Wertebereich der Information und der messbare Entfernungsbereich voneinander abhängig und beeinflussen sich gegenseitig.
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Damit die Komponenten eines Schusssimulationssystems betreffend die Informationsübertragung zueinender kompatibel sind, ist die Wellenlänge, die eine entscheidende Schnittstelle bildet, vorgeschrieben. Nachteilig ist dabei, dass durch die vorgeschriebene Wellenlänge der Laserstrahlung auch die Reichweite der Einrichtung bestimmt ist. Die für den augensicheren Betrieb des Simulationssystems maximal mögliche Sendeleistung stellt bezüglich der Entfernungsmessung bei bestehenden Systemen eine Einschränkung dar.
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Nachteilig ist weiterhin, dass die Pulsfrequenz zur Entfernungsmessung wegen Überschneidungen mit dem Wertebereich der Informationen nicht beliebig verändert werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zu schaffen, die von Schnittstellenbedingungen zur Informationsübertragung unabhängig eine höhere Reichweite aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhaft sind die beiden Sendeeinheiten so ausgelegt und zueinander angeordnet, dass die Strahlenbündel der zweiten Sendeeinheit eine gleiche Dimension und Raumausrichtung haben wie die Strahlenbündel der ersten Sendeeinheit.
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Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn die beiden Sendeeinheiten so ausgelegt und zueinander angeordnet sind, dass die Strahlenbündel der zweiten Sendeeinheit und die Strahlenbündel der ersten Sendeeinheit jeweils einen Winkel von 90° miteinander einschließen.
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Noch vorteilhafter sind die beiden Sendeeinheiten so ausgelegt und zueinander angeordnet sind, dass die Strahlenbündel der zweiten Sendeeinheit zwischen den Strahlenbündeln der ersten Sendeeinheit angeordnet sind und die erste Sendeeinheit so ausgelegt ist, dass sie ein drittes Strahlenbündel aussendet, welches sich mit den Strahlenbündeln der zweiten Sendeeinheit überlagert.
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Es ist optimal, wenn die Strahlenbündel der ersten Sendeeinheit eine Wellenlänge von 905 nm und die Strahlenbündel der zweiten Sendeeinheit eine Wellenlänge von 1550 nm aufweisen.
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Anhand der Zeichnungen wird die Einrichtung im Folgenden beispielhaft näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Einrichtung
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2 eine Darstellung der Lage der Strahlenbündel und der Empfängerfläche im Fernfeld
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Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst eine horizontal schwenkbare Ablenkeinrichtung 1 mit einer ersten Sendeeinheit 2 und einer zweiten Sendeeinheit 3 sowie einer Empfängereinheit 4. Die Sendeeinheiten 2, 3 und die Empfängereinheit 4 sind fest mit der Ablenkeinrichtung 1 verbunden und haben zueinander parallel oder koaxial verlaufende optische Achsen.
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Beide Sendeeinheiten 2, 3 sind so ausgelegt, dass sie wenigstens zwei fächerförmige Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2 aussenden, die quer zur Aussenderichtung eine Längsachse langer Dimension, deren Größe mit zunehmender Entfernung von der Sendeeinheit 2, 3 länger wird und eine Querachse kurzer Dimension haben.
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Die Längsachsen zweier Strahlenbündel 2.1, 2.3 und 3.1, 3.2 einer Sendeeinheit 2, 3 schließen jeweils zwingend einen Winkel miteinander ein. Sie bilden damit ein geradliniges Koordinatensystem, welches über den Raumwinkel horizontal geschwenkt wird, sodass jedes überstrichene Objekt innerhalb eines Schwenks, durch zwei Zeitpunkte, zu denen es ein Reflexsignal erzeugt, mit seiner Ortslage in einer vertikalen Ebene definiert ist, bzw. umgekehrt zwei Zeitpunkte innerhalb eines Schwenks eine Ortslage definieren können.
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Die erste Sendeeinheit 2 hat die Aufgabe, Informationen an ein ausgewähltes Objekt zu senden. Die Wirkungsweise dieser ersten Sendeeinheit 2, d. h. insbesondere die Dimensionierung und Relativlage der ausgesendeten Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 zueinander, die Wellenlänge der Laserstrahlung und die Kodierung zur Übertragung spezifischer Informationen sind als optische Schnittstellenbedingungen vorgegeben. Üblicherweise ist eine Wellenlänge von 905 nm vorgeschrieben. Hierfür verwendete Laserdioden schwanken mit ihrer Emissionswellenlänge im Bereich von 900 bis 915 nm.
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Die erste Sendeeinheit 2 kann entweder nur einen Lasersender aufweisen, dessen emittierende Laserstrahlung auf mehrere Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 aufgeteilt wird oder eine gleiche Anzahl von Lasersendern umfassen, wie Strahlbündel 2.1, 2.2, 2.3 gesendet werden können. Die Geometrie und Dimension der Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3 kann in bekannter Weise bereits durch die Lasersender so erzeugt oder aber durch eine nachgeordnete Strahlformung realisiert werden.
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Die zweite Sendeeinheit 3 hat die Aufgabe, die Ortslage im Raumwinkelbereich, d. h. die Entfernung und die Ortslage in einer vertikalen Ebene zu bestimmen.
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Auch die zweite Sendeeinheit 3 erzeugt wenigstens zwei Laserstrahlenbündel 3.1, 3.2 und weist einen oder mehrere Lasersender auf. Sie emittieren Pulse einer für eine Entfernungsmessung optimale Wellenlänge, z. B. 1550 nm. Hierfür verwendete Laserdioden schwanken mit ihrer Emissionswellenlänge im Bereich von 1500 bis 1560 nm. Der Pulsabstand ist dabei so gewählt, dass ein von einem möglichst weit entfernten Objekt reflektierter Puls eintrifft, bevor der nächste Puls gesendet wird. Damit können die reflektierten Pulse sicher den ausgesendeten Pulsen und damit jeweils einem Strahlenbündel 3.1, 3.2 zugeordnet werden, auch wenn sie von ein und derselben Empfängereinheit 4 detektiert werden.
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Vorteilhaft erzeugt die zweite Sendeeinheit 3 zwei Laserstrahlenbündel 3.1, 3.2, die eine gleiche Dimension und Raumausrichtung haben wie zwei Laserstrahlenbündel der ersten Sendeeinheit 2.1, 2.3. Damit entstehen zwei gleiche, sich überlagernde Koordinatensysteme und eine Koordinatentransformation, was einen erhöhten Rechenaufwand bedeuten würde, erübrigt sich. Es entsteht damit kein rechentechnischer Mehraufwand, verursacht durch die Verwendung von zwei Sendeeinheiten 2, 3, im Vergleich zum Stand der Technik.
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Vorteilhaft schließen zwei Strahlbündel 3.1, 3.2 einen Winkel von 90° miteinander ein, wodurch sie ein kartesisches Koordinatensystem bilden, was eine Umrechnung in ein Koordinatensystem im Raumwinkelbereich, bestimmt durch die Höhe in vertikaler Richtung, sowie die Breite und Tiefe (Entfernung) in einer horizontalen Ebene, vereinfacht.
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Sofern die Ablenkung der Strahlenbündel der unterschiedlichen Wellenlängen über refraktive Optikbauteile erfolgt, kommt es zu unterschiedlichen Ablenkwinkeln, die dann einer Umrechnung des Koordinatensystems der zweiten Sendeeinheit 3 in das der ersten Sendeeinheit 1 erfordert. Dieses Problem entsteht nicht bei einer mit reflektiven Optikbauteilen arbeitenden Ablenkeinrichtung 1.
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Die Empfängereinheit 4 umfasst einen Empfänger mit einer Empfängerfläche 4.0.
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Die beiden Sendeeinheiten 2, 3 und die Empfängereinheit 4 können zueinander koaxial angeordnet sein oder aber als parallele Kanäle ausgebildet sein. Dies umzusetzen liegt im Rahmen des fachmännischen Ermessens.
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In 2 ist die Lage der Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2 im Fernfeld und eine in das Fernfeld abgebildete Empfängerfläche 4.0 dargestellt. Die Strahlenbündel 2.1 und 2.3 spannen gemeinsam ein als Strichlinie dargestelltes Scannfeld auf, welches horizontal in einen vorgegebenen Raumwinkelbereich geschwenkt werden kann.
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Gleich dem Stand der Technik umfasst die Einrichtung eine Rechen- und Speichereinheit 5, die mit der Empfängereinheit 4 verbunden ist, um insbesondere erhaltende Signale abzuspeichern und zu verwerten. Mit der Rechen- und Speichereinheit 5 ist eine Steuereinheit 6 verbunden, welche die Ablenkeinrichtung 1, die zweite Sendeeinheit 3 und in Abhängigkeit der detektierten Signale die erste Sendeeinheit 2 ansteuert.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der Entkopplung der Aufgaben Ortserfassung und Informationsübertragung. Unter Beachtung der Abnahme der Intensität in Abhängigkeit vom Quadrat der Entfernung kann die Sendeleistung der Lasersender an den jeweils maximalen Laufweg der Strahlenbündel 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2 angepasst werden, der für die Ortsbestimmung doppelt so groß ist, wie bei der Informationsübertragung. Es können insbesondere die Laserparameter, Wellenlänge und Pulsfrequenz für die Ortserfassung von vorgegebenen Schnittstellenbedingungen unabhängig optimal ausgewählt werden. Die an den Objekten vorgesehenen Detektoren, die für die Wellenlänge der Strahlungsbündel der ersten Sendeeinheit 2 ausgelegt sind, detektieren dann nur noch die für sie bestimmten Strahlenbündel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ablenkeinrichtung
- 2
- erste Sendeeinheit
- 2.1
- Strahlenbündel der ersten Sendeeinheit
- 2.2
- Strahlenbündel der ersten Sendeeinheit
- 2.3
- Strahlenbündel der ersten Sendeeinheit
- 3
- zweite Sendeeinheit
- 3.1
- Strahlenbündel der zweiten Sendeeinheit
- 3.2
- Strahlenbündel der zweiten Sendeeinheit
- 4
- Empfängereinheit
- 4.0
- Empfängerfläche
- 5
- Rechen- und Speichereinheit
- 6
- Steuereinheit
