DE19963794A1 - Anordnung und Verfahren zur hochgenauen Winkelmessung - Google Patents
Anordnung und Verfahren zur hochgenauen WinkelmessungInfo
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Abstract
Vorgesehen ist eine Anordnung zur Positionsmessung, mit einem geodätischen Gerät, das mit einer Einrichtung zur Abgabe eines definierten optischen Signals sowie einer Einrichtung zum Empfang eines optischen Signals versehen ist, sowie mit einer Einrichtung zur Reflektion des definierten optischen Signals des geodätischen Gerätes an der zu vermessenden Position, wobei die Einrichtung zur Reflektion des definierten optischen Signals durch eine reflektierende kugelspährische Reflektionsfläche gebildet ist, so daß die Reflektion des definierten optischen Signals für den Betrachter auf einen Punkt reduziert ist. Vorgesehen ist daneben eine Meßanordnung zur hochgenauen Ausrichtung/Positionierung und/oder Erfassung von elektromagnetischen Charakteristiken von Einrichtungen zur/mit Abgabe von gerichteten strahlungs- und/oder wellenförmige Signalen, wobei eine mit einer Meßsonde zur Erfassung des Signals versehene, vor der Abgabeeinrichtung schwebend zu plazierende Einrichtung vorgesehen ist, deren Position durch zumindest eine Anordnung nach Maßgabe der oben genannten Art erfaßbar ist, wobei der oder die sphärischen Reflektionsflächen in einer definierten Relativposition zur schwebenden Einrichtung vorgesehen sind.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur hochgenauen Winkelmessung
sowie eine Meßanordnung und ein Verfahren unter Einsatz der genannten Anordnung, wie
durch die unabhängigen Patentansprüche beschrieben.
Es ist bekannt, für die Bestimmung der Position von Zielpunkten geodätische Geräte, wie z. B.
Theodolite einzusetzen. Theodolite sind in unterschiedlichsten Variationen bekannt, wobei im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere die Gruppe der Lasertheodolite
von Interesse ist, bei denen ein von dem Lasertheodolit ausgehender Laserstrahl von einer
geeigneten Optik, z. B. einem Prisma, am zu vermessenden Punkt reflektiert wird und aus der
Art der Reflektion des Laserstrahles auf die Position des zu vermessenden Punktes geschlos
sen wird.
Herkömmliche Reflektoren, die beispielsweise die Form einer einfachen Brechungsebene,
z. B. an einem Prisma, haben können, weisen den Nachteil auf, daß das Reflektionsbild auf
grund der Divergenz des von dem geodätischen Gerät ausgehenden Laserstrahles der gefor
derten Präzision für hochgenaue Messungen nicht genügen kann, wie sie beispielsweise in der
Nahfeldmeßtechnik zur Ausrichtung/Positionierung von Parabolantennen notwendig ist. Fer
ner ist durch die Optik üblicherweise nur ein begrenzter Winkelbereich darstellbar, so daß
eine relativ genaue Verjustierung erforderlich ist.
Die Nahfeldmeßtechnik wird bevorzugt eingesetzt bei Antennen im Frequenzbereich von ca.
0,5 bis max. 20 GHz. Bei dieser Meßmethode wird das unmittelbare elektromagnetische Nah
feld einer Antenne vermessen und mit einer Nahfeld (NF) zu Fernfeld (FF) Transformation in
das Fernfeld mittels Fast Fourier Transformation (FFT) umgerechnet. Der Vorteil der Ver
messung des Nahfeldes einer Antenne liegt in den kompakten Abmessungen der notwendigen
Antennenmessanlagen, die auf diese Weise in Antennenmesskammern integriert werden kön
nen.
Im Gegensatz dazu sind Fernfeldmessanlagen aufgrund ihrer Abmessungen zwangsläufig
Außenanlagen, wobei diese durch Reflektionen aus der Umgebung, durch Geländeformatio
nen, Gebäude, etc. in wesentlich stärkerem Umfang fehlerbehaftet sind und meist über einen
geringeren Dynamikbereich verfügen.
Ein weiterer Vorteil der Nahfeldmeßtechnik ist, daß infolge einer Nahfeldaufnahme sämtliche
Fernfeldschnitte berechnet werden können, während die einmal gemessenen Fernfeldschnitte
fix sind und die Antenne für weitere Fernfeldschnitte zu einen späteren Zeitpunkt, wieder neu
vermessen werden muß.
Das Nahfeld wird entsprechend dem Abtasttheorem in < λ/2 Abständen abgescannt, wobei
die gesamte von der Antenne abgegebene elektromagnetische Strahlung bis auf ca. -45db
detektiert werden muß, da die Gesamtheit dieser Meßpunkte Einfluß auf jeden einzelnen er
rechneten Fernfeldpunkt hat.
Zur Vermessung von omnidirektionalen Antennen werden in der Regel sphärische Scanner
eingesetzt, die das Nahfeld der zu vermessenden Antenne auf einer Kugeloberfläche abscan
nen. Bei Richtantennen kann auf die aufwendigen sphärischen Scanner verzichtet werden,
solange sichergestellt ist, daß sämtliche Strahlungsanteile bis -45db auf einer Zylinderoberflä
che oder auf einer planaren Fläche detektiert werden können. Da z. B. in der Telekommunika
tion hauptsächlich Richtantennen (Parabolantennen) verwendet werden, fällt die Wahl in die
sem Bereich meistens auf zylindrische Nahfeldmeßanlagen oder Planaranlagen.
Da bei der NF zu FF Transformation neben den Amplitudenwerten der einzelnen Meßpunkte
auch ganz wesentlich die Phaseninformation mit eingeht, sollte ein Scanner, je nach Typ,
möglichst ideal entweder eine Kugeloberfläche, einen Zylinder oder eine planare Fläche mit
einer Meßsonde abscannen können, da die NF zu FF Transformation mathematisch von die
sem Idealfall ausgeht. Fehlerbeiträge durch den Scanner einer Nahfeldmeßanlage sollten eine
Abweichung von λ/50 von der Idealkontur nicht übersteigen.
Somit beträgt eine zu fordernde Scannergenauigkeit 3,0 mm, bei f = 2,0 GHz und λ/50. Soweit
Bodenstationsantennen mit z. B. 14 m Antennendurchmesser mit einer Planarmeßanlage ver
messen werden sollen, bedeutet dies, daß diese Genauigkeit auf einer Fläche von mindestens
20 m × 20 m erfüllt sein muß.
Nahfeldscanner sollten radartechnisch möglichst unsichtbar sein, was meist im Widerspruch
zu dem mechanischen Aufwand für solche Scanner steht und in der Regel nur durch entspre
chende Absorberverkleidungen erzielt werden kann.
Um ein Maximum an Phasengenauigkeit der Messung zu erhalten, sollte eine Datenaufnahme
sämtlicher Meßpunkte möglichst schnell erfolgen, um Phasendriften über die Zeit möglichst
gering zu halten.
Ausgehend von dem genannten Beispiel mit einer abzutastenden Fläche von 20 m × 20 m und
einem Meßpunktabstand von 75 mm ergeben sich bei einer Verteilung von 267 Meßpunkten in
der Breite und 267 über die Höhe der Antenne insgesamt zumindest 71.289 Meßpunkten. Aus
dieser Überschlagsrechnung ist ersichtlich, daß es einen nicht zu vertretenden Aufwand be
deuten würde, jeden einzelnen der Meßpunkte anzufahren, so daß die Messung während der
Fahrt beim Passieren der Meßposition erfolgen muß. Bei einer Scangeschwindigkeit von 100
mm/sek würde die Datenaufnahme dabei ca. 15 Stunden in Anspruch nehmen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur hochgenauen Win
kelmessung sowie eine Meßanordnung und ein Verfahren unter Einsatz der genannten Anord
nung vorzusehen, mit der sich eine sehr genaue Winkelmessung bzw. eine Ausrich
tung/Positionierung einer Abstrahleinrichtung, wie z. B. einer Antenne, bei verhältnismäßig
geringem Aufwand durchführen läßt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst, wobei
zweckmäßige Ausführungsformen durch die Merkmale der abhängigen Unteransprüche be
schrieben sind.
Vorgesehen ist eine Anordnung zur Positionsmessung, mit einem geodätischen Gerät, das mit
einer Einrichtung zur Abgabe eines definierten optischen Signals sowie einer Einrichtung zum
Empfang eines optischen Signals versehen ist, sowie mit einer Einrichtung zur Reflektion des
definierten optischen Signals des geodätischen Gerätes an der zu vermessenden Position, wo
bei sich diese Anordnung nach Maßgabe der Erfindung dadurch auszeichnet, daß die Ein
richtung zur Reflektion des definierten optischen Signals durch eine reflektierende kugelsphä
rische Reflektionsfläche gebildet ist, so daß die Reflektion des definierten optischen Signals
für den Betrachter auf einen Punkt reduziert ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann dabei derart ausgebildet sein, daß die Reflektionsflä
che Teil einer verspiegelten Kugel ist.
Die Anordnung ist darüber hinaus vorzugsweise derart ausgebildet, daß die geodätische Ein
richtung zum Empfang eines optischen Signals mit einem konkaven Primärspiegel, einem
konvexen Sekundärspiegel sowie einer in zwei Dimensionen sensitiven Positionsdiode zur
Erzeugung eines Ablesesignals versehen ist. Alternativ zu den Spiegeln sind auch andere opti
sche Systeme wie Reflektoren einsetzbar.
Weiterhin kann die Anordnung derart ausgebildet sein, daß der Sekundärspiegel im wesentli
chen im Brennpunkt des Primärspiegels und die Positionsdiode dem Sekundärspiegel gegen
über im Bereich des Primärspiegels plaziert ist, wobei die Positionsdiode vorzugsweise hinter
einer Öffnung im Primärspiegel plaziert ist, durch die das im Sekundärspiegel fokussierte,
reflektierte optische Signal hindurchgeht.
Ebenso bevorzugt sind jeder Reflektionseinrichtung zwei geodätische Geräte zugeordnet, so
daß eine Kreuzpeilung ermöglicht ist.
Das von dem geodätischen Gerät abgegebene optische Signal ist vorzugsweise ein Laser
strahl, insbesondere ein leistungseinstellbarer und/oder modulierbarer Laserstrahl, wobei das
geodätische Gerät mit hochgenauen Winkelencodern in Azimut und Elevation versehen sein
kann, zur dyamisch genauen Erfassung der Anpeilwinkel zu dem jeweiligen Reflektor. Bei
spielhaft können beim Einsatz von zwei Laserstrahlen diese mit unterschiedlicher Frequenz
moduliert werden, so daß eine Identifikation des reflektierten Signals möglich ist. Ferner ist
bei einer insbesonders bevorzugten Ausführungsform möglich, die Leistungseinstellungs
möglichkeit abhängig von der Entfernung zwischen Laserquellereflektor und Positionsdiode,
wodurch sich eine Beschädigung der Diode durch übermäßige Lasereinstrahlung vermeiden
läßt. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt für den Laserstrahl einen Halbleiterla
ser einzusetzen, wobei die Modulation alternativ oder unterstützend auch durch Frequenzfilter
dargestellt werden kann.
Ebenfalls vorgesehen ist eine Meßanordnung zur hochgenauen Ausrichtung/Positionierung
und/oder Erfassung von elektromagnetischen Charakteristiken von Einrichtungen zur/mit Ab
gabe von gerichteten strahlungs- und/oder wellenförmige Signalen, die sich nach Maßgabe
der Erfindung dadurch auszeichnet, daß eine mit einer Meßsonde zur Erfassung des Signals
versehene, vor der Abgabeeinrichtung schwebend zu plazierende Einrichtung vorgesehen ist,
deren relative momentane Meßposition durch zumindest eine Anordnung zur Positionsmes
sung, wie weiter oben beschrieben, erfaßbar ist, wobei der oder die sphärischen Reflektions
flächen in einer definierten Relativposition zur schwebenden Einrichtung vorgesehen sind.
Diese Meßanordnung ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, daß drei der genannten An
ordnungen vorgesehen sind, mit drei an der schwebenden Einrichtung in definierter Relativ
position vorgesehenen Reflektionsflächen.
Die Meßanordnung selbst ist in der Lage in an und für sich bekannter Weise elektromagneti
sche Charakteristiken zu erfassen, wobei zu diesem Zweck üblicherweise eine Meßsonde zum
Einsatz kommt. Somit kann eine wechselseitige Beziehung zwischen elektromagnetischer
Messung, Meßort und/oder Position der abstrahlenden Einrichtung erzielt werden. Durch die
hoch genaue relative Bestimmung der drei Parameter: Position, Feld und Felderzeugung, ist
es in einfacher Weise möglich, eine Vielzahl von hoch genauen Messungen durchzuführen,
wobei die Meßsonde beispielhaft unter Einsatz der eingangs beschriebenen Nahfeldmeßtech
nik betrieben werden kann.
Die Größe und Masse der schwebenden Einrichtung im Verhältnis zu der zu positionierenden
Abgabeeinrichtung ist dabei vorzugsweise klein gewählt, da Objekte in einem zu vermessen
den elektromagnetisches Feld zu erheblichen Meßfehlern führen können. Um dieser Forde
rung gerecht zu werden, bietet es sich an z. B. einen Miniaturhubschrauber als schwebende
Einrichtung vorzusehen, wobei aber auch andere Alternativen, wie gesteuerte Ballone, Zep
peline, o. ä. denkbar sind, die vorzugsweise funkferngesteuert sind.
Weiterhin bevorzugt ist, daß eine der sphärischen Reflektionsflächen an der Meßsonde ange
ordnet ist. Um eine möglichst exakte Übereinstimmung zwischen der elektromagnetischen
Messung und der Positionsbestimmung bzw. -ausrichtung der abstrahlenden Einrichtung zu
erhalten, sollte das. Phasenzentrum der Meßsonde so nah als möglich bei dem Mittelpunkt der
sphärischen Reflektionsfläche liegen, wobei ein Optimum an Genauigkeit erhalten wird, wenn
Kugelmittelpunkt und Phasenzentrum übereinstimmen. Bei der Abgabeeinrichtung handelt es
sich darüber hinaus vorzugsweise um eine Antenne und im spezielleren um eine Parabolan
tenne oder eine Array-Antenne.
Vorgesehen ist des weiteren ein Verfahren zur hochgenauen Ausrichtung/Positionierung
und/oder Erfassung von elektromagentischen Charakteristiken von Einrichtungen zur/mit Ab
gabe von gerichteten strahlungs- und/oder wellenförmige Signalen, gekennzeichnet durch:
- - die schwebende Anordnung einer mit einer Meßsonde zur Erfassung des Signals sowie mit zumindest drei Laserreflektoren versehenen, insbesondere ferngesteuerten Einrich tung vor der Abstrahleinrichtung;
- - die Bestimmung der Position eines jeden Laserreflektors jeweils mit hochgenauen Winkelmeßgeräten in Azimut und Elevation;
- - die automatische Zielverfolgung eines jeden Laserreflektors durch einen von dem Winkelmessgerät ausgehenden Laserstrahl;
- - die Reflektion dieses Laserstrahls an dem jeweiligen an der schwebenden Einrichtung montierten Laserreflektor auf das Winkelmessgerät;
- - die Abbildung des reflektierten Laserstrahles durch ein im Winkelmessgerät befindli ches optisches Teleskop auf einer in zwei Dimensionen sensitiven Positionsdiode; und
- - die Erzeugung eines Ablagesignals und Einspeisung in einen Regelkreis, der die Ab strahleinrichtung in Azimut und Elevation nachführt.
Jeder Laserreflektor wird dabei vorzugsweise durch zwei Winkelmeßgeräte angepeilt, wobei
die Koordinaten des jeweiligen Laserreflektors in den drei Raumdimensionen bestimmt wer
den und aus den Koordinaten der Laserreflektoren dynamisch die Ist-Position und die Ist-
Lage aller sechs Freiheitsgrade der schwebenden Einrichtung insbesondere in Echtzeit be
stimmt wird.
Vorzugsweise wird die Ist-Position und die Ist-Lage aller sechs Freiheitsgrade der schweben
den Einrichtung mit der vorgegebenen Soll-Position und Soll-Lage verglichen und in einer
Regelschleife mit der Steuerung der schwebenden Einrichtung ausgeregelt, wobei gegebenen
falls auch die Stabilisierung oder Positionierung der Meßsonde/Reflektor berücksichtigt wer
den kann. Die Anordnung aus Laserreflektoren und/oder Meßsonde kann vorteilhafterweise
an der schwebenden Einrichtung in solch einer Weise vorgesehen sein, daß eine winkelmäßi
ge Einstellung, ein Verschwenken oder auch eine Stabilisierung möglich ist um zum Beispiel
auch bei starkem Wind eine gewünschte Ausrichtung unabhängig von einer Schräglage der
schwebenden Einrichtung, zum Beispiel einem Helikopter, zu gewährleisten. Insbesondere
kann sowohl eine Stabilisierung für kleine Winkelausschläge vorgesehen sein, wie auch eine
Positioniermöglichkeit, die der Relativposition zu der Abgabeeinrichtung Rechnung tragen
kann. Diese Stabilisierung und/oder Positionierung kann vorteilhafterweise auch mit dem
Meßregelkreis zusammenwirken, so daß ein entsprechendes Nachführen dargestellt werden
kann. Hierdurch läßt sich somit ein Toleranzenausgleich und somit eine Beschleunigung der
einzelnen Messungen erzielen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind u. a.:
- - Hohe Positioniergenauigkeit von ca. 2,0 mm auf 50 m
- - Große Positionierbereiche bis zu 100 m Kantenlänge eines Würfels
- - Hohe Positioniergeschwindigkeit < 1,0 min über 100 m Positionierstrecke
- - Hochgenaue Erfassung aller 6 Freiheitsgrade von 0,5 mm und 1,0 Winkelminuten auf 50 m Entfernung
- - Geeignet für Anwendungen im Außenbereich
- - Mobilität
- - Geringerer Installationsaufwand
- - Breites Anwendungsspektrum (Antennenvermessungen, Radar-Rückstreumessung, EMV- Messungen, Umweltmessungen, etc.)
Neben den oben aufgeführten Merkmalen kann es bei der vorliegenden Erfindung von Vorteil
sein, wenn man bei der Abbildung des reflektierten Laserstrahls eine Autofokusiereinrichtung
vorsieht, wobei dies die schnelle Erfassung von einzelnen Meßpunkten und die Genauigkeit
derselben unterstützt. Ferner ist zu erwähnen, daß auch die Relativposition der Diode im An
zeigebereich ausgewertet werden kann, um die Meßgenauigkeit noch weiter zu erhöhen.
Schließlich sollte der Fachmann erkennen, daß obwohl in der vorliegenden Anmeldung von
einer abstrahlenden Einrichtung gesprochen wird, die Erfindung selbstverständlich in Umkeh
rung/Ergänzung auch auf den Fall einer Empfangsanlage oder auch einer feldverändernden,
insbesondere reflektierenden, Einrichtung Anwendung finden kann, wobei entsprechend die
Meßsonde durch einen Signalsender zu ersetzen/ergänzen wäre.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei
bung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, mit Bezug auf die beigefügten Zeich
nungen; darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Anordnung zur Positions
messung;
Fig. 2 die schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der Meßanordnung zur Posi
tionierung;
Fig. 3 bis 5 die Ansicht einer Ausfihihrungsform der schwebenden Einrichtung gemäß der
Ausführung nach Fig. 2
Fig. 6 die Meßanordnung nach Fig. 2 in der Draufsicht;
Fig. 7 die Meßanordnung nach Fig. 2 in der Vorderansicht; und
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Regelungs- und Steuerungskonzeptes.
Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung zur Positionsmessung, mit zwei geo
dätischen Geräten 2, hier optischen Theodoliten, die jeweils mit einer Einrichtung 4 zur Ab
gabe eines definierten optischen Signals 6, hier ein Laserstrahl, sowie einer Einrichtung zum
Empfang eines optischen Signals 8 versehen ist, sowie mit einer Einrichtung 10 zur Reflekti
on des definierten optischen Signals 6 des geodätischen Gerätes 2 an der zu vermessenden
Position, wobei die Einrichtung 10 zur Reflektion des definierten optischen Signals 6 hier
durch eine reflektierende bzw. verspiegelte Kugel 10 gebildet ist, so daß die Reflektion des
definierten optischen Signals 6 für den Betrachter auf einen Punkt 12 reduziert ist.
Wie der Fig. 1 weiterhin zu entnehmen ist, ist die geodätische Einrichtung 2 zum Empfang
des reflektierten optischen Signals 8 mit einem konkaven Primärspiegel 14, einem konvexen
Sekundärspiegel 16 sowie einer in zwei Dimensionen sensitiven Positionsdiode 18 zur Erzeu
gung eines Ablesesignals versehen. Der Sekundärspiegel 16 ist dabei im Brennpunkt des Pri
märspiegels 14 angeordnet, wobei die Positionsdiode 18 dem Sekundärspiegel 16 gegenüber
im Bereich des Primärspiegels 14 hinter einer Öffnung 20 im Primärspiegel plaziert ist, durch
die das im Sekundärspiegel 16 fokussierte, reflektierte optische Signal 8 hindurchgeht. Das
geodätische Gerät 2 ist in der dargestellten Ausführungsform mit hochgenauen Winkelen
codern und Nachführantriebe in Azimut und Elevation versehen, zur dyamisch genauen Er
fassung/Nachführung der Anpeilwinkel zu dem jeweiligen Reflektor, mit Hilfe der Positions
dioden 18.
Die Fig. 2 zeigt die Ausführungsform einer Meßanordnung zur hochgenauen Ausrich
tung/Positionierung einer Einrichtung zur Abgabe von gerichteten strahlungs- und/oder wel
lenförmigen Signalen, hier einer Parabolantenne 22, wobei bei der Meßanordnung der darge
stellten Ausführungsform eine mit einer Meßsonde zur Erfassung des Signals der Antennen
22 versehene, vor derselben schwebende Einrichtung 24 vorgesehen ist, deren Position durch
eine Anzahl von Anordnungen zur Positionsmessung, wie in der Fig. 1 dargestellt, erfaßbar ist.
Der Fig. 2 sind dabei sechs optische Theodoliten 2 zu entnehmen, wobei die von diesen aus
gehenden Laserstrahlen 6 auf an der vor der Antenne 22 schwebenden Einrichtung 24 befesti
ge Reflektoren gerichtet sind.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen die schwebende Einrichtung 24 der Ausführungsform nach Fig. 2
in größerem Detail. Zu erkennen ist dabei, daß hier ein, vorzugsweise miniaturisierter, Hub
schrauber Verwendung findet, der mit drei verspiegelten Kugeln 10, wie mit Bezug auf Fig. 1
beschrieben, versehen ist, die an Auslegern 26 bzw. an der Meßsonde 28 zur Erfassung des
Antennensignales, in einer definierten Position zu dem Hubschrauber befestigt sind. Der Mi
niaturhubschrauber kommt bei der dargestellten Ausführungsform daher zum Einsatz, da er
geeignet ist, eine stabile schwebende Position vor der zu vermessenden Antenne 22 einzu
nehmen, dieser gegenüber eine geringe Masse hat, so daß praktisch keine Meßfehler durch
den Hubschrauber zu erwarten sind, und sich mit einfacher und jederzeit verfügbarer Technik
steuern läßt.
Um den Meßfehler noch weiter zu reduzieren, kann eine nicht dargestellte Positionier-
und/oder Stabilisiereinrichtung vorgesehen sein, die eine gewisse Entkopplung bezüglich des
Hubschraubers darstellt und eine nahezu willkürliche Position desselben mit Bezug auf die
abstrahlende Einrichtung ermöglicht. Wenn zum Beispiel der Hubschrauber über der abstrah
lenden Einrichtung vorliegt, so sollte die Meßsonde im wesentlichen nach unten ausgerichtet
vorliegen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen die Ausführungsform der Fig. 2 in Draufsicht und Vorderansicht,
wobei gleiche Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind.
Die Messanordnung nach Maßgabe der Fig. 2 bis 7 arbeitet derart, daß die Positionen der
Laserreflektoren 10, die an dem Hubschrauber befestigt sind, jeweils mit zwei der hochge
nauen Winkelmeßgeräte 2 in Azimut und Elevation bestimmt werden. Eine automatische
Zielverfolgnng erfolgt dabei durch den aus dem jeweiligen Winkelmessgerät bzw. optischen
Theodoliten 2 ausgesandten Laserstrahl 6.
Beim Einsatz von mehreren Laserstrahlen sollten diese voneinander unterscheidbar sein. Zu
diesem Zweck können zum Beispiel modulierbare Halbleiterlaser oder auch Laser mit nach
geschalteten Frequenzfiltern zum Einsatz kommen, so daß jeder Laserstrahl über spezifische
eigene Charakteristiken verfügt, die dessen Identifikation erlauben.
Dieser Laserstrahl 6 wird an einem der am Hubschrauber montierten Laserreflektoren 10 re
flektiert und durch das im jeweiligen Winkelmeßgerät 2 befindliche optische Teleskop 14, 16
auf der in zwei Dimensionen sensitiven Positionsdiode 18 abgebildet. Durch eine Bewegung
des Hubschraubers und somit der Laserreflektoren 10, wird ein Ablagesignal erzeugt und in
einen Regelkreis eingespeist, der eine Nachführung mittels nicht dargestellter Nachführan
triebe in Azimut und Elevation veranlaßt. Hochgenaue Winkelencoder in Azimut und Eleva
tion (nicht dargestellt) liefern dyamisch genau die Anpeilwinkel zu dem jeweiligen Laserre
flektor 10. Da, wie in den Fig. 2, 6 und 7 dargestellt, jeweils zwei Winkelmeßgeräte 2 den
selben Laserreflektor 10 anpeilen, können die Koordinaten des jeweiligen Laserreflektors 10
in den drei Raumdimensionen bestimmt werden. Aus den Koordinaten der drei Laserreflekto
ren 10 wird sodann dynamisch die Ist-Position und die Ist-Lage aller sechs Freiheitsgrade des
Hubschraubers 24 bestimmt. Diese Information wird mit der vorgegebenen Soll-Position und
Soll-Lage verglichen und in einer Regelschleife mit der Hubschraubersteuerung ausgeregelt.
Durch dieses Verfahren kann der Hubschrauber bzw. die an diesem montierte Meßsonde 28
zur Erfassung des gerichteten Signals der Antenne 22 in allen 6 Freiheitsgraden in Höhen bis
100 m mit größter Genauigkeit positioniert werden. Der Downlink von dem Hubschrauber 24
als schwebender Einrichtung erfolgt nach bekannten Konzepten, wobei die Kopplung über
eine dehnungsfehlerbereinigte Glasfaseranordnung bevorzugt ist. Es ist jedoch in jedem Fall
darauf zu achten, daß hierdurch kein Fehler, wie z. B. eine Phasenverschiebung auftritt.
In der Fig. 8 ist das Regelungs- und Steuerkonzept der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Winkelmeßgeräte 2 sind mit Positionsrechnern 30 verbunden, die die jeweilige Position
eines Reflektors 10 in Real Time berechnen. Die derart ermittelten Positionsdaten werden an
den Positionsrechner 32 der schwebenden Einrichtung 24 übermittelt. An dem Punkt 34 wer
den die Ist-Werte für Position und Lage eingespeißt, woraufhin bei 36 ein Soll/Ist-Vergleich
bezüglich Position und Lage der unter Berücksichtigung der aus der Anwendung stammenden
Soll-Werte 38 für Position und Lage erfolgt und auf der Basis dieses Vergleiches Stellgrößen
für die Hubschraubersteuerung 40 erzeugt werden, die über eine Fernsteuerung 42 an den
Hubschrauber 24 übermittelt werden.
Mit der Anordnung nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung läßt sich in einfacher und
vorteilhafter Weise eine hohe Positioniergenauigkeit auch bei großen Positionierbereichen
auch in Echtzeit erzielen, wobei gleichzeitig hohe Positioniergeschwindigkeiten und eine
hochgenaue Erfassung aller 6 Freiheitsgrade sowie von elektromagnetischen Charakteristiken
möglich ist. Die Anordnung und das Verfahren sind dabei geeignet für Anwendungen im Au
ßenbereich, gewährleisten Mobilität, benötigen einen geringen Installationsaufwand und ha
ben ein breites Anwendungsspektrum (Antennenvermessungen, Radar-Rückstreumessung,
EMV-Messungen, Umweltmessungen, etc.).
Claims (20)
1. Anordnung zur Positionsmessung, mit einem geodätischen Gerät (2), das mit einer Ein
richtung (4) zur Abgabe eines definierten optischen Signals (6) sowie einer Einrichtung
zum Empfang eines optischen Signals (8) versehen ist, sowie mit einer Einrichtung (10)
zur Reflektion des definierten optischen Signals (6) des geodätischen Gerätes (2) an der zu
vermessenden Position, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Reflektion des
definierten optischen Signals (6) durch eine reflektierende kugelsphärische Reflektions
fläche (10) gebildet ist, so daß die Reflektion des definierten optischen Signals für den
Betrachter auf einen Punkt (12) reduziert ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektionsfläche Teil
einer verspiegelten Kugel (10) ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum
Empfang eines optischen Signals mit einem konkaven Primärspiegel (14), einem konve
xen Sekundärspiegel (16) sowie einer in zwei Dimensionen sensitiven Positionsdiode (18)
zur Erzeugung eines Ablesesignals versehen ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sekundärspiegel (16) im wesentlichen im Brennpunkt des Primärspiegels (14) und die Po
sitionsdiode (18) dem Sekundärspiegel (16) gegenüber im Bereich des Primärspiegels (14)
plaziert ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdiode (18) hinter
einer Öffnung (20) im Primärspiegel (14) plaziert ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Reflektionseinrichtung (10) zwei geodätische Geräte (2) zugeordnet sind, so daß ei
ne Kreuzpeilung ermöglicht ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
von dem geodätischen Gerät (2) abgegebene optische Signal ein Laserstrahl (6), insbeson
dere ein leistungseinstellbarer und/oder modulierbarer Laserstrahl (6) ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
geodätische Gerät (2) mit hochgenauen Winkelencodern in Azimut und Elevation verse
hen ist, zur dyamisch genauen Erfassung der Anpeilwinkel zu dem jeweiligen Reflektor
(10).
9. Meßanordnung zur hochgenauen Ausrichtung/Positionierung und/oder Erfassung von
elektromagnetischen Charakteristiken von Einrichtungen (22) zur/mit Abgabe von ge
richteten strahlungs- und/oder wellenförmige Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß eine
mit einer Meßsonde (28) zur Erfassung des Signals versehene, vor der Abgabeeinrichtung
(22) schwebend zu plazierende Einrichtung (24) vorgesehen ist, deren Position durch zu
mindest eine Anordnung nach Maßgabe einer der Ansprüche 1 bis 8 erfaßbar ist, wobei
der oder die sphärischen Reflektionsflächen (10) in einer definierten Relativposition zur
schwebenden Einrichtung (24) vorgesehen sind.
10. Meßanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß drei Anordnungen nach
Maßgabe der Ansprüche 1 bis 8 vorgesehen sind, mit drei an der schwebenden Einrich
tung (24) in definierter Relativposition vorgesehenen Reflektionsflächen (10).
11. Meßanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und
Masse der schwebenden Einrichtung (24) im Verhältnis zu der zu positionierenden Abga
beeinrichtung (22) klein ist.
12. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die schwebende Ein
richtung (24) ein Hubschrauber ist.
13. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine der
sphärischen Reflektionsflächen (10) an der Meßsonde (28) angeordnet ist, wobei das Pha
senzentrum er Sonde mit dem Mittelpunkt der sphärischen Reflektionsfläche zusammen
fällt.
14. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab
gabeeinrichtung eine Antenne (22) oder eine feldverändernde, insbesondere reflektierende
Einrichtung ist.
15. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
schwebende Einrichtung (24) ferngesteuert ist.
16. Verfahren zur hochgenauen Ausrichtung/Positionierung und/oder Erfassung von elektro
magnetischen Charakteristiken von Einrichtungen (22) zur/mit Abgabe von gerichteten
strahlungs- und/oder wellenförmige Signalen über große Entfernungen, gekennzeichnet
durch:
- - die schwebende Anordnung einer mit einer Meßsonde (28) zur Erfassung des Signals sowie mit zumindest drei Laserreflektoren (10) versehenen, insbesondere ferngesteu erten Einrichtung (24) vor der Abstrahleinrichtung (22);
- - die Bestimmung der Position eines jeden Laserreflektors (10) jeweils mit hochgenauen Winkelmeßgeräten (2) in Azimut und Elevation;
- - die automatische Zielverfolgung eines jeden Laserreflektors (10) durch einen von dem jeweiligen Winkelmessgerät (2) ausgehenden Laserstrahl (6);
- - die Reflektion dieses Laserstrahls (6) an dem jeweiligen an der schwebenden Einrich tung (24) montierten Laserreflektor (10) auf das Winkelmessgerät (2);
- - die Abbildung des reflektierten Laserstrahles (8) durch ein im Winkelmessgerät (2) befindliches optisches Teleskop auf einer in zwei Dimensionen sensitiven Positions diode (18); und
- - die Erzeugung eines Ablagesignals und Einspeisung in einen Regelkreis, der zu einer Nachführung in Azimut und Elevation führt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laserreflektor (10)
durch zwei Winkelmeßgeräte (2) angepeilt wird, insbesondere dynamisch angepeilt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, das die Koordinaten des jeweili
gen Laserreflektors (10) in den drei Raumdimensionen, insbesondere in Echtzeit, be
stimmt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, das aus den Koordinaten der La
serreflektoren (10) dynamisch die Ist-Position und die Ist-Lage aller sechs Freiheitsgrade
der schwebenden Einrichtung (24), insbesondere in Echtzeit, bestimmt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Position und die Ist-
Lage aller sechs Freiheitsgrade der schwebenden Einrichtung (24) mit der vorgegebenen
Soll-Position und Soll-Lage verglichen und in einer Regelschleife mit der Steuerung der
schwebenden Einrichtung (24) ausgeregelt wird.
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4421783A1 (de) * | 1994-06-22 | 1996-01-11 | Leica Ag | Optische Einrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Lage einer reflektierenden Zielmarke |
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DE19543321B4 (de) * | 1995-11-21 | 2006-11-16 | Diehl Stiftung & Co.Kg | Verfahren und Einrichtung zum drahtlosen Austausch von Informationen zwischen Stationen |
DE19714539B4 (de) * | 1997-04-09 | 2006-09-07 | Diehl Stiftung & Co.Kg | Aufklärungs-Drohne |
-
1999
- 1999-12-30 DE DE1999163794 patent/DE19963794B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4421783A1 (de) * | 1994-06-22 | 1996-01-11 | Leica Ag | Optische Einrichtung und Verfahren zum Bestimmen der Lage einer reflektierenden Zielmarke |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2322944A3 (de) * | 2009-11-17 | 2012-04-25 | Astrium GmbH | Hochfrequenz-Messanlage und Verfahren zum Vermessen eines Hochfrequenz- Testobjekts, insbesondere einer Antenne |
US8558743B2 (en) | 2009-11-17 | 2013-10-15 | Astrium Gmbh | High-frequency measurement setup and method for measuring a high-frequency test object |
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