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Die Erfindung betrifft ein System zur Ausrichtung eines Objekts im Raum sowie ein Verfahren dazu. Solche Systeme werden beispielsweise in der Vermessungstechnik benötigt, um ein Objekt, welches drehbar gelagert ist, auf einen im Raum beabstandeten anderen Teilnehmer auszurichten. Ebenso werden solche Systeme in der Militärtechnik und/oder von Rettungskräften benötigt.
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Schwierig ist eine solche Ausrichtung immer dann, wenn die Sicht auf den Teilnehmer, auf den ausgerichtet werden soll, versperrt ist und somit kein Sichtkontakt vom auszurichtenden Objekt auf den anderen Teilnehmer möglich ist.
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Um sich also ohne Sicht auf einen anderen Teilnehmer ausrichten zu können, muss ein Hilfsmittel vorgesehen sein, mittels dessen es dem Objekt ermöglicht wird, eine Referenzausrichtung in dem Raum einzunehmen, über welche nach erfolgter Winkelberechnung eine Ausrichtung auf den anderen Teilnehmer ermöglicht wird.
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Die
DE 10 2014 212 982 A1 beschreibt hierzu eine Lösung, bei dem Ortungssatelliten als Ortungssystem benutzt werden und die Ausrichtung des ersten Teilnehmers durch zwei Antennen mit Abstand voneinander dazu genutzt werden, eine Referenzrichtung zu detektieren (beispielsweise der Nordrichtung), von der aus der erste Teilnehmer sich ausrichten kann. Hierbei müssen die zwei Antennen jedoch einen relativ großen Abstand voneinander aufweisen, da die Ortung ungenauer wird, je näher die beiden Antennen zusammen positioniert sind.
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Eine zweite Möglichkeit beschreibt die
DE 10 2012 012 898 A1 , wobei allerdings das Objekt, dessen Ausrichtung bestimmt werden soll, hierbei in Bewegung sein muss.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein System zur Ausrichtung eines Objekts zu schaffen, bei dem die Ausrichtung des Objekts auf einen Teilnehmer möglichst genau möglich ist, selbst wenn vom Objekt aus der Teilnehmer nicht sichtbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch den ersten Anspruch sowie das Verfahren des Anspruchs 9 gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 ist ein Sender an einer Vorrichtung montiert, welcher sich auf einen ersten Teilnehmer im Raum ausrichten kann und über diese Ausrichtung und einer Ortungsmöglichkeit die Lage der Vorrichtung im Raum zum ersten Teilnehmer bestimmbar ist und durch Winkelberechnung danach ein Objekt der Vorrichtung auf einen zweiten Teilnehmer ausgerichtet werden kann.
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Erfindungsgemäß besteht das System aus einem drehbar und/oder neigbar gelagerten Objekt, welches an einer Vorrichtung entsprechend gelagert ist. Weiterhin ist ein von der Vorrichtung beabstandeter erster Teilnehmer und mindestens ein zweiter Teilnehmer, der ebenfalls beabstandet zur Vorrichtung positioniert ist und auf welchen das erfindungsgemäße Objekt geachtet werden soll, vorgesehen.
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Das erfindungsgemäße System besteht weiterhin aus einem Ortungssystem, durch welches mindestens der erste Teilnehmer und die Vorrichtung geortet werden kann, und einem an der Vorrichtung drehbar gelagerten Sender, welcher ein Signal aussendet.
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Dieses Signal enthält erfindungsgemäß eine Kennung des Senders zur eindeutigen Identifizierung und gegebenenfalls die Positionsdaten durch das Ortungssystem. Der Sender sendet dies in ständiger Wiederholung bzw. in periodischem Abstand.
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Der Sender kann hierbei ein Peilsender, ein Radarsender, ein Funksender oder ein Lasersender sein. Wichtig ist dabei, dass der Sender die oben genannten Informationen zielgerichtet aussenden kann.
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Das Ortungssystem ist in bevorzugter Weise ein satellitengeschütztes Ortungssystem, wie beispielsweise GPS, Glonass, Galileo und/oder Beidou. Zumindest der erfindungsgemäße erste Teilnehmer und die Vorrichtung weisen hierbei Mittel zum Empfang der Ortungssignale auf, um ihre Position im Raum eindeutig bestimmen zu können.
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Der drehbar gelagerte Sender weist erfindungsgemäß Mittel zur schrittweisen Drehung und der erste Teilnehmer weist einen Reflektor auf. Die Mittel zur schrittweisen Drehung können hierbei beispielsweise ein Schrittmotor oder ein Servomotor sein. Wichtig ist, dass der Motor Mittel zur Drehwinkelbestimmung aufweist und definiert verschiedene Drehwinkel anfahren kann.
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Erfindungsgemäß wird nun der Sender über die Mittel zur schrittweisen Drehung in eine definierte Nulllage überführt. Diese Nulllage ist die Lage, in der der Sender in die gleiche Richtung ausgerichtet ist, in der auch in diesem Moment das auszurichtende Objekt sich befindet. Diese Überführung des Senders in die Nulllage kann dadurch geschehen, dass das Objekt wie auch der Sender eine bestimmte Position als Nulllage vorgegeben hat, in die Sender wie auch Objekt verschwenkt werden. In einem Ausführungsbeispiel ist ein weiterer Reflektor am Objekt vorgesehen, der das gesendete Signal vom Sender wieder auf den Sender zurück reflektiert. Der Sender ist in jedem Falle mit Mitteln ausgestattet, um ein reflektiertes Signal empfangen zu können und delektiert ein reflektiertes, zurückkommendes Signal. Hierdurch kann ebenfalls die Überführung in die Nulllage des Senders durchgeführt werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Drehachse des Senders koaxial zur Drehachse des Objektes angeordnet. In einigen Anwendungsgebieten kann diese Ausführungsform so nicht realisiert werden, wodurch die Drehachse des Senders beabstandet zur Drehachse des Subjektes angebracht ist. In diesem Falls muss bei der Nulllagenpositionierung sowie auch bei allen anschließenden Positionierungen der Abstand zwischen den beiden Drehachsen mitberechnet wird.
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Nach dieser Überführung in die Nulllage kann nun der Sender mittels der Mittel zur schrittweisen Drehung schrittweise um die Drehachse gedreht werden, wobei bei jedem Schritt feststeht, welchen Winkel der Sender zur Nulllage momentan aufweist.
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Nach jedem dieser Schritte werden Daten mit Hilfe des oben genannte Signal versendet und geprüft, ob die gesendeten Daten wieder zum Sender zurückreflektiert werden. Dies geschieht spätestens nach einer vollen Umdrehung bei Benutzung eines Reflektors am Objekt.
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Weiterhin ist in dem System der erste Teilnehmer mit einem Reflektor ausgestattet und, sobald der Sender so gedreht ist, dass das ausgesendete Signal von dem Reflektor am ersten Teilnehmer zum Sender zurückreflektiert wird, wird die schrittweise Drehung des Senders angehalten, da dieser nun in Richtung des ersten Teilnehmers ausgerichtet ist.
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Der Reflektor des ersten Teilnehmers ist wiederum so gestaltet, dass er ebenfalls das ausgesendete Signal vom Sender empfangen und auswerten kann, so dass durch die gesendete Erkennung der erste Teilnehmer feststellt, dass das Signal von der erfindungsgemäßen Vorrichtung stammt. Der erste Teilnehmer fügt daraufhin den Daten, welche im Signal enthalten sind, seinerseits eine Erkennung des ersten Teilnehmers sowie weitere mögliche Daten hinzu. Diese können die Uhrzeit der Signalerfassung, die Position des ersten Teilnehmers, welche durch das Ortungssystem geortet wurde und/oder weitere spezifische Daten des ersten Teilnehmers beinhalten.
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Diese hinzugefügten Daten können durch den Reflektor an den Sender zurückgesendet werden, so dass der Sender der Vorrichtung dann erkennen kann, dass ein reflektiertes Signal zurückkommt, von wem das reflektierte Signal zurückkommt und welche Dauer es für die Übertragung vom ersten Teilnehmer zur Vorrichtung benötigte. Durch diese Dauer kann die Entfernung der Vorrichtung zum ersten Teilnehmer berechnet werden. Ebenso kann die Entfernung durch die bekannten Positionsdaten vom ersten Teilnehmer und der Vorrichtung berechnet werden.
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Um mögliche Teilnehmer besser mit dem ausgesendeten Signal des Senders zu erreichen, kann der Sender hierzu neigbar gestaltet sein. Durch die Neigung der Drehachse können somit höher oder tiefer gelegene erste Teilnehmer besser erreicht werden.
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Erfindungsgemäß ist eine Zentrale vorgesehen, welche in die erfindungsgemäße Vorrichtung selber integriert, aber auch als externe Zentrale ausgestaltet sein kann. Diese Zentrale ist mit Kommunikationsmitteln ausgestattet, ebenso wie der erste Teilnehmer und die Vorrichtung. Somit können der erste Teilnehmer, die Vorrichtung sowie auch die Zentrale Daten über die Kommunikationsmittel austauschen. Die Kommunikationsmittel können dabei kabelgebundene Signalwege sein. Es können aber auch Mittel zur drahtlosen Datenübertragung sein, wie beispielsweise WLAN oder GSM. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Kommunikationsmittel auch Empfangsgeräte für optische Laserübertragung umfassen. Damit ist es der Zentrale möglich, Daten zu empfangen, die beispielsweise vom Reflektor des ersten Teilnehmers gesendet werden.
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Die vom ersten Teilnehmer empfangenen Daten des Signals vom Sender und die vom Sender empfangenen Daten vom Reflektor des ersten Teilnehmers werden zur Zentrale gesendet, damit diese eine Auswertung der Daten vornehmen kann.
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So kann die Zentrale aus den georteten Positionen der Vorrichtung und des ersten Teilnehmers den Winkel zwischen dem Sender und der Nordrichtung berechnen. Da die Schritte der Mittel zur schrittweisen Drehung des Senders bekannt sind, kann auch der Winkel zwischen dem Sender und der Nulllage berechnet werden. Sind diese beiden Wert bekannt, ist die Ausrichtung im Raum in Bezug auf die Nordrichtung vom Sender sowie auch vom auszurichtenden Objekt bekannt. Damit ist es möglich, bei bekannter Position eines zweiten Teilnehmers das erfindungsgemäße Objekt auf den zweiten Teilnehmer auszurichten.
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Die Position des zweiten Teilnehmers kann ebenfalls durch das Ortungssystem bestimmt werden, ebenso aber auch durch Radarortung oder Vermessung bzw. Beobachtung im Raum.
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Steht die Position des zweiten Teilnehmers fest, kann die Zentrale den Winkel zwischen der Nordrichtung und dem zweiten Teilnehmer sowie den Winkel zwischen der Nulllage und dem zweiten Teilenehmer errechnen. Nachdem der Winkel zwischen der Nulllage und dem zweiten Teilnehmer feststeht, kann das Objekt um den bestimmten Winkel zwischen der Nulllage und dem zweiten Teilnehmer verschwenkt werden, damit das erfindungsgemäße Objekt auf den zweiten Teilnehmer ausgerichtet wird.
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In einem besonderen Ausführungsbeispiel sind weitere Sensoren an der Vorrichtung vorgesehen, um den Rotationswinkel des Senders und/oder den Rotationswinkel des Objektes zu messen. Ebenso können Sensoren vorgesehen, um den Neigungswinkel des Senders zu messen bzw. den Neigungswinkel des Objektes. Diese Messungen durch Sensoren stellen zusätzliche Kontrollmöglichkeiten zur Feststellung des Drehwinkels des Objekts bzw. des Senders dar. Damit können die Drehwinkel sicherer und genauer bestimmt werden.
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Eine weitere Überprüfungsmöglichkeit der Ausrichtung des Objekts besteht darin, dass bei Verwendung eines Reflektors am Objekt der Sender nach Ausrichtung durch die Mittel zur schrittweisen Drehung solange gedreht wird, bis das ausgesendete Signal vom Reflektor am Objekt zum Sender zurückreflektiert wird. Der Sender muss sich nun um den errechneten Winkel zwischen Nordrichtung und dem zweiten Teilnehmer sowie der Nordrichtung und dem ersten Teilnehmer gedreht haben. Ist dies nicht der Fall, muss eine Nachjustierung ausgeführt werden.
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Da das vorliegende System und Verfahren auch in Gefechtssituationen anwendbar ist, kann die Zentrale in einem weiteren Ausführungsbeispiel nach erfolgter Ausrichtung durch die physikalischen Daten des Objekts und den Verwendungszweck des Objekts die Neigung des Objekts ausrechnen, um die das Objekt geneigt werden muss, damit der zweite Teilnehmer in einer Gefechtssituation getroffen wird. Dies ist ebenfalls bei Anwendung durch Rettungskräfte hilfreich, da so beispielsweise die Neigung von Wasserwerfern bestimmt werden kann.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus der Zeichnung zur vorliegenden Erfindung. Es zeigt 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems.
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In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 als Geschütz gezeigt. An der Vorrichtung 10 drehbar und neigbar gelagert ist ein Objekt 11, hier als Rohr des Geschützes gezeigt. Ebenfalls zur Vorrichtung 10 gehörend ist ein Sender 20, welcher drehbar und neigbar gelagert ist und an der Vorrichtung 10 so positioniert ist, dass die Drehachse des Senders 20 koaxial zur Drehachse des Objekts 11 positioniert ist.
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Ein erster Teilnehmer 1 mit einem Reflektor 3 sowie ein zweiter Teilnehmer 2, ebenfalls mit einem Reflektor 4, sind um die Vorrichtung 10 herum im Raum positioniert, ebenso wie eine Zentrale 30.
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Das erfindungsgemäße System wird dazu verwendet, das Objekt 11 auf den zweiten Teilnehmer 2 auszurichten, so dass das Objekt 11 mit einer gedachten Linie von der Vorrichtung 10 zum zweiten Teilnehmer 2 fluchtend verläuft.
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Zunächst wird dazu der Sender 20 in eine Nulllage überführt, welche mit der Lage des Objektes 11 übereinstimmt. Dazu wird der Sender 20 schrittweise gedreht, wobei der Sender 20 nach jedem Schritt Daten versendet und den Empfang zurückkommender Daten überprüft.
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Die Drehung des Senders 20 geschieht durch Mittel zur schrittweisen Drehung. Am Objekt 11 ist ein Reflektor 21 angebracht, welcher ein gesendetes Signal des Senders 20 zurückreflektieren kann. Wenn der Sender nun ein von dem Reflektor 21 zurückreflektiertes Signal empfängt, ist der Sender 20 fluchtend zu dem Objekt 11 ausgerichtet. Dies ist erfindungsgemäß als Nulllage definiert.
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Die Nulllage kann nicht nur durch das reflektierte Signal detektiert werden, sondern auch durch eine vordefinierte Nulllage, in die dann zu Anfang des erfindungsgemäßen Verfahrens das Objekt 11 sowie auch der Sender 20 überführt werden müssen.
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Nach Überführung des Senders 20 in diese Nulllage wird der Sender 20 schrittweise gedreht, wobei der Sender 20 nach jedem Schritt Daten versendet und den Empfang zurückgesendeter Daten prüft.
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Der Reflektor 3 des ersten Teilnehmers 1 besitzt nicht nur die Möglichkeit, Signale des Senders 20 zu reflektieren, sondern auch die Signale des Senders 20 zu empfangen und gegebenenfalls Daten hinzuzufügen, bevor sie zurückreflektiert werden. Da erfindungsgemäß ein Ortungssystem zur Ortung des ersten Teilnehmers 1 und der Vorrichtung 10, optional aber auch des zweiten Teilnehmers 2, vorgesehen ist, kann beispielsweise die geortete Position des ersten Teilnehmers 1 dem Signal hinzugefügt werden sowie die aktuelle Uhrzeit. Diese Daten können durch den Reflektor 3 wieder versendet werden, beispielsweise an den ersten Teilnehmer 1 und/oder an die Zentrale 30.
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Sobald durch die schrittweise Drehung des Senders 20 dieser auf den ersten Teilnehmer 1 ausgerichtet ist, empfängt der Sender 20 das zurückreflektierte Signal des Reflektors 3 des ersten Teilnehmers 1. Durch Kennungen des ersten Teilnehmers 1 sowie der Vorrichtung 10 kann erkannt werden, von wem jeweils die empfangenen Signale stammen.
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Durch Kommunikationsmittel der Zentrale 30 sowie des ersten Teilnehmers 1 und der Vorrichtung 10 können die empfangenen Signale bzw. die Daten der empfangenen Signale der Zentrale 30 mitgeteilt werden. Diese beinhalten beispielsweise den Zeitpunkt des empfangenen Signals, die gesendete Kennung und/oder die Position des Senders 20 der Vorrichtung 10 bzw. des Reflektors 3 des ersten Teilnehmers 1.
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Da die Gradzahl des Senders 20 zur jetzigen Position, von der Nulllage aus, bestimmbar ist, kann die Zentrale 30 den Winkel zwischen dem Objekt 11 und dem ersten Teilnehmer 1 bestimmen. Dies kann ggf. auch die Vorrichtung 10 selbst bestimmen, je nachdem, welcher Antrieb bzw. welche zusätzlichen Messmittel eingesetzt wurden.
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Durch die feststehende Position der Vorrichtung 10 sowie des ersten Teilnehmers 1 durch das Ortungssystem kann die Entfernung der Vorrichtung 10 zum ersten Teilnehmer 1 berechnet werden, ebenso wie der Winkel 7 zwischen dem ersten Teilnehmer und der Nordrichtung. Auch diese Berechnungen werden durch die Zentrale 30 durchgeführt. Alternativ können diese Berechnungen auch in der Vorrichtung 10 stattfinden.
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Wenn die Position des zweiten Teilnehmers 2 feststeht, können danach auch der Winkel 13 zwischen dem zweiten Teilnehmer und der Nordrichtung sowie der Winkel 12 zwischen dem Objekt 11 und der Nordrichtung bestimmt werden. Hierdurch kann die Zentrale 30 letztendlich den Winkel 14 zwischen dem Objekt 11 und dem zweiten Teilnehmer 2 berechnen, um die das Objekt 11 verschwenkt werden muss, um auf den zweiten Teilnehmer 2 ausgerichtet zu sein.
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Zur Kontrolle, ob die Ausrichtung richtig durchgeführt wurde, kann der zweite Teilnehmer 2 ebenfalls mit einem Reflektor 4 versehen sein, der ein vom Sender 20 ausgesendetes Signal zurückreflektieren kann. Der Sender 20 wird dann um so viel Schritte gedreht, wie es den Winkeln 7 und 13 zwischen der Ausrichtung zum ersten Teilnehmer 1 und der Ausrichtung zum zweiten Teilnehmer 2 entspricht. Danach muss das Signal bei korrekt ausgeführter Ausrichtung vom Reflektor 4 des zweiten Teilnehmers 2 vom Sender 20 detektierbar sein. Alternativ kann der Reflektor 21 am Objekt 11 genutzt werden, um die korrekte Ausrichtung zu überprüfen.
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Bei bekannter physischer Eigenschaft des Geschützes sowie des Flugkörpers, welcher durch das Geschütz verschossen werden soll, kann dann ebenfalls durch die Zentrale 30 die Neigung des Objekts 11 berechnet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben genannten Merkmale beschränkt, vielmehr sind weitere Ausführungsformen denkbar. So können beispielsweise Sensoren vorgesehen sein, die eine Windrichtung und Windstärke detektieren, welche mit in die Berechnung der Ausrichtung mit einfließen. Ebenso können verschiedene Koordinatensysteme verwendet werden, insbesondere nicht-kartesische Systeme, um zum Beispiel die Erdkrümmung mit in die Berechnung einzubeziehen.
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Die Erfindung ist bei Vermessungen anwendbar, wenn ein erster Teilnehmer sich zur Vermessung bzw. Entfernungsbestimmung auf einen zweiten Teilnehmer ausrichten muss. Durch das erfindungsgemäße System und das Verfahren kann eine solche Ausrichtung weitgehend automatisch erfolgen.
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Die Erfindung ist in der Militärtechnik und/oder der Simulation von Gefechtssituationen anwendbar, wenn ein Gefechtsfahrzeug als erster Teilnehmer seine Waffe auf ein Ziel als zweiten Teilnehmer ausrichten muss.
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Ebenso ist die Erfindung durch Rettungskräfte anwendbar, wenn Wasserwerfer, und/oder andere Objekte, die Material unter Druck in eine Richtung werfen und/oder schießen. Rettungskräfte im Sinne dieser Erfindung umfassen ebenfalls Sicherheitskräfte, wie beispielsweise die Polizei.
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Beispielhafte militärische und/oder zivile Einsatzmöglichkeiten sind Ausrichtungen von stationären Objekten an Land, aber auch von mobilen Objekten auf Landfahrzeugen, Schiffen und/oder Flugobjekten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Teilnehmer
- 2
- zweiter Teilnehmer
- 3
- Reflektor des ersten Teilnehmers
- 4
- Reflektor des zweiten Teilnehmers
- 5
- Horizontale Entfernung
- 6
- Vertikale Entfernung
- 7
- Winkel zwischen erstem Teilnehmer und Nordrichtung
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Objekt
- 12
- Winkel zwischen Objekt und Nordrichtung
- 13
- Winkel zwischen zweitem Teilnehmer und Nordrichtung
- 14
- Winkel zwischen Objekt und zweitem Teilnehmer
- 15
- Winkel zwischen Objekt und erstem Teilnehmer
- 20
- Sender
- 21
- Reflektor am Objekt
- 30
- Zentrale
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014212982 A1 [0004]
- DE 102012012898 A1 [0005]
