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Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Objektes,
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insbesondere eines Wasserfahrzeugs.
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================================================== Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Objektes, insbesondere eines Wasserfahrzeugs,
wie Vermessungsschiffod.dgl., der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Mit einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird von einem vermessenen
Standort aus die Position eines ObJektes aus der Entfernung zum Objekt und aus der
Winkelablage des Objektes von einer bekannten Bezugslinie (z. B. Nordrichtung) bestimmt.
Hierzu ist der Entfernungsmesser auf das Objekt auszurichten, wobei die Drehung
des Entfernungsmessers von der Bezugslinie in die Ausrichtstellung zu dem Objekt
von dem Winkelmesser erfaßt und als Winkelablage ausgegeben wird. Zur Erleichterung
der Ausrichtung ist ein Zielfernrohr mit dem Entfernungsmesser verbunden. Bei exakter
Ausrichtung des Entfernungsmessers werden vom Sender abgestrahlte Laserimpulse von
einem am Objekt angeordneten Tripelspiegel reflektiert und vom Empfänger detektiert.
Die Laufzeit der einzelnen Impulse zwischen Aussenden und Empfang wird in einer
Auswerteschaltung gemessen und in eine Entfernungsinformation umgewandelt, die angezeigt
oder registriert wird.
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Die bekannte Vorrichtung wird ausschließlich zur Ortsbestimmung eines
im wesentlichen unbeweglichen Objektes
verwendet. Es ist zwar grundsätzlich
möglich, auch die Position eines sich sehr langsam bewegenden Objektes zu bestimmen,
doch bedarf es hierzu der manuellen Nachführung des Entfernungsmessers durch eine
Bedienungsperson. Aufgrund der manuellen Nachführung und der damit verbundenen Ausrichtzeit
des Entfernungsmessers ist eine Positionsbestimmung des beweglichen Objektes auch
nur diskontinuierlich möglich. Völlig versagt die bekannte Vorrichtung bei sich
relativ schnell bewegenden Objekten, z. B. bei einem im kurzen Abstand von der Vorrichtung
mit Arbeitageachwindigkeit fahrenden Vermessungsschiff, dessen Position zu jedem
Zeitpunkt bekannt sein muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung
eines Objektes der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine automatische
Nachführung des auf das zu vermessende Objekt ausgerichteten Entfernungsmessers
bei sich bewegendem Objekt zuverlässig gewährleistet und somit nach einmaliger Ausrichtung
auf das Objekt laufende Positionsangaben über das ortsveränderliche Objekt liefert.
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Diese Anfgabe ist bei einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines
Objektes, insbesondere eines Wasserfahrzeugs, der im Oberbegriff des Anspruchs 1
definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale in Kennzeichnungsteil gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der auf das Objekt ausgerichtete
Entfernungsmesser stets dem sich bewegenden Objekt automatisch und zuverlässig nachgeführt.
Bei einer praktischen Erprobung war eine zuverlässige Nachführung selbst noch bei
einer Bewegungsgeschwindigkeit von ca. 60 km/h eines im Abstand von 500 m befindlichen
Objekts gegeben. Die Positionsbe-
stimmung des sich bewegenden
Objektes erfolgt kontinuierlich, so daß für jeden Zeitpunkt der Objekt -bewegung
dem Objekt eine exakte Position einwandfrei zugeordnet werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist technisch einfach aufgebaut und
läßt sich mit relativ geringen Kosten herstellen. Durch die scharfe Bündelung des
Sendestrahls in Horizontalrichtung und die Schwenkung des Sendestrahls ist selbst
für große Entfernungen von Vorrichtung und Objekt eine nur geringe Sendeleistung
erforderlich. Aufgrund dieser geringen Sendeleistung ist auch bei Verwendung eines
Lasers in der Vorrichtung letztere bei Beachtung der Richtlinien nach DiN ISC 76
(co) 6/VDE 0837/.. .81, Laserklasse III A ungefährlich.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch
3. Durch diese Maßnahmen läßt sich in technisch einfacher und kostengünstig vorteilhafter
Weise die Schwenkung des Sendestrahls in Horizontolrichtung realisieren.
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Eine vorteilhafte Ausfffhrungaform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch
4, insbesondere in Verbindung mit den weiteren Ausführungsformen gemäß Anspruch
5 bis 7. Durch diese Maßnahmen läßt sich eine besonders zweckmäßige Regelungsschaltung
aufbauen, deren Vorteil ia niedrigen Herstellungskosten und weitgehender Störunanfälligkeit
liegt. Die Regelungsschaltung ist relativ empfindlich, da durch die Anordnung der
Spulen in der Brückenschaltung bereits sehr geringe Auslenkungen der Schwinge aus
der optischen Achse des Senders festgestellt werden können. Dabei sind die Spulenpaare
mechanisch derart angeordnet, daß durch Temperaturschwankungen verursachte Naterialausdehnungen
kompensiert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung findet sich ferner
in Anspruch 8. Durch diese Maßnahmen ergibt sich unter Mehrfachausnutzung der Fühlvorrichtung
ein einfaches Antriebssystem zur Schwenkung des Sendestrahls. Da die die Sendediode
tragende Schwinge eine sehr geringe mechanische Dämpfung aufweist, ist die Schwingungsamplitude
der Schwingung trotz des einfachen Zweipunktregelprinzips nahezu konstant und gleich
dem von dem Sollwertgeber vorgegebenen Sollwert der maximalen Schwingungsamplitude.
Auf diese Weise läßt sich eine Amplitudendynamik von 1:50 realisieren.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus
Anspruch 9. Dadurch ist es möglich, auch bei großer Entfernung zwischen Vorrichtung
und Zielobjekt selbst Zielobjekte mit in Horizontalrichtung geringer Ausdehnung,
wie sie z. B. Reflektoren in Form von Tripelspiegeln am Mast eines Vermessungsschiffes
darstellen1 zuverlässig zu erfassen und damit die Nachführung sicherzustellen. Der
eingestellte Sollwert der maximalen Schwingungsamplitude wird dabei so festgelegt,
daß das Zielobjekt mindestens noch von einem der während jeder Schwingung die Schwinge
ausgesendeten Laserimpulse getroffen wird.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus
Anspruch 10, insbesondere in Verbindung mit den Ausführungsformen gemäß Anspruch
11 und 12. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß bei Unterbrechung der optischen
Sichtverbindung zwischen Vorrichtung und Zielobjekt, z. B. durch ein vorbeifahrendes
Schiff, das Zielobjekt nach Wiederherstellung der Sichtverbindung sofort wieder
erfaßt wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich auch aus
den weiteren Ansprüchen, auf die hier
ausdrücklich Bezug genommen
wird.
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung
der prinzipiellen Aufstellung einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung in Ausrichtung
auf ein fahrendes Vermessungsschiff, dessen Standort laufend vermessen werden soll,
Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Positionsbestimmung
in Fig. 1.
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In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Positions- oder Ortsbestimmung
eines Objektes schematisch dargestellt, wie sie zur laufenden Ortsbestimmung eines
Vermessungsschiffes 10 verwendet wird. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse 11 auf,
das auf einem Tripoden 12 ruht und damit stabil im Gelände aufstellbar ist. Die
Vorrichtung wird dabei an einem kartographisch vermessenen Standort aufgestellt,
wie er z. B. durch an Flußläufen vorhandenen Hektometersteinen 13 gegeben ist. Das
Vermessungsschiff 10 trägt an seinem Mast 14 einen Reflektorkranz 15 in Form von
ringförmig angeordneten Tripelspiegeln, die gute Reflexionseigenschaften haben und
einfallende Lichtstrahlen nahezu ohne Reflexionsverluste in exakt die gleiche Richtung
zurückwerfen. Ein Teil der Baugruppen der Vorrichtung ist in dem Gehäuse 11 und
ein Teil der Baugruppen in einem weiteren Behälter 16 untergebracht, der über ein
elektrisches Kabel 17 mit dem Gehäuse 11 verbunden ist. Der Behälter 16 enthält
auch die Stromversorgung der Vorrichtung.
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Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, weist die Vorrichtung zur Positionsbestimmung
eines Objektes einen aktiven optischen Entfernungsmesser 18 auf, der einen optischen
Sender 19 und einen optischen Empfänger 20 enthält. Der Sender 19 weist ein Objektiv
21 und eine in der Fokusebene des Objektivs 21 angeordnete Lichtquelle in Form einer
Lasersendediode 22 auf. Der optische Empfänger 20 weist ebenfalls ein Objektiv 23
und weiterhin eine in der Abbildungsebene des Objektivs 23 angeordnete Fotodiode
24 auf, welche über das Objektiv 23 einfallende Lichtechos - als Folge der Lichtaussendung
durch den Sender 19 und Reflexion am Reflektorkranz 15 des Wasserfahrzeugs 10 -
detektiert.
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Die optischenAchsen von Sender-Objektiv 21 und Empfänger-Objektiv
23 sind parallel zueinander ausgerichtet und in einer vertikalen Ebene angeordnet.
Die vertikale Ebene ist in Fig. 2 durch die Gesamtachse 25 des optischen Systems
des Entfernungsmessers 18 symbolisch dargestellt. Sender 19 und Empfänger 20 sind
relativ zueinander unbeweglich angeordnet.
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Der Entfernungamesser 18, und zwar zumindest das vorstehend beschriebene
aus Sender 19 und Empfänger 20 bestehende Gesamtoptiksystem, ist um eine Vertikalachse
26 drehbar angeordnet, wie es durch Pfeil 27 in Fig. 2 symbolisiert ist. Ein Stellantrieb
28, in Form eines Stellmotors, kann den Entfernungsmesser 18 um die Vertikalachse
drehen. Der dabei von dem Entfernungsmesser 18 eingenommene Drehwinkel gegenüber
einer Bezugsbasis wird von einem Winkelmesser 29 ausgegeben. Der Winkelmesser 29
ist als an sich bekannter Shaftencoder oder Drehgeber ausgebildet und dreht sich
synchron mit dem Entfernungsmesser 18. Das von ihm ausgegebene Ausgangssignal ist
ein -direktes Maß für die Drehstellung des Drehgebers und damit für die Winkelablage
des Entfernungsmessers 18 von einer Bezugsbasis. Die Bezugsbasis wird durch Ausrichten
des Entfernungsmessers auf einen Bezugspunkt 30
hergestellt, dessen
Position ebenfalls bekannt ist oder vermessen werden muß. Als Bezugspunkt 30 kann
ebenfalls ein Hektometerstein 13 dienen (Fig. 1).
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Die Lasersendediode 22 des Senders 19 ist auf einer Schwinge 31 angeordnet,
die aus zwei zugleich der Stromzuführung dienenden Schwingfedern besteht. Zur Schwingungsanregung
der Schwinge 31 ist ein Elektromagnet 32 vorgesehen, dessen Erregerspule in Fig.
2 schematisch angedeutet ist. Die Lasersendediode 22 ist mit einem Impulsgenerator
33 verbunden. Die Anordnung von Lasersendediode 22 und Objektiv 21 ist'so getroffen,
daß der von der Lasersendediode 22 ausgehende Sendestrahl aus periodischen Laserimpulsen
in Horizontalrichtung scharf gebündelt ist. Durch die periodisch schwingende Lasersendediode
22 schwingt der Sendestrahl über einen vorgegebenen horizontalen Bereich, wobei
die Anzahl der über den Schwenkweg periodisch ausgesandten Licht- bzw. Laserimpulse
konstant ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zahl der ausgesandten
Laserimpulse pro Schwingung der Lasersendediode 22 mit fünfzehn gewählt.
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Zumindest einer der während einer vollen Schwingung der Lasersendediode
22 aüsgesandten Laserimpulse trifft bei auf das Vermessungsschiff 10 ausgerichtetem
Entfernungsmesser 18 den Reflektorkranz 15, wird dort reflektiert und gelangt über
das Objektiv 23 des Empfängers 20 auf die Fotodiode 24.Um den gesamten Schwenkbereich
der Lasersendediode 22 erfassen zu können,weist das Objektiv 23 des Empfängers 20
einen Öffnungewinkel auf, der zumindest den Schwenkbereich des Sendestrahls überdeckt.
Die von der Fotodiode 24 empfangenen reflektierten Laserimpulse, sogenannte Lichtechos,
werden einer mit dem Sender 19 und dem Empfänger 20 verbundenen Regelungsschaltung
34 zugeführt, welche die bei Empfang eines Lichtechos mopentane Auslenkung des Sendestrahls
von der optischen
Achse 25 von Sender 19 und Empfänger 20 in eine
Stellspannung für den Stellantrieb 28 umsetzt.
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Die Regelungsschaltung 34 weist eine Fühlvorrichtung 35 auf, welche
die momentane Schwingungsamplitude der Schwinge 31 erfaßt. Die Fühlvorrichtung 35
besteht aus zwei beidseitig der Schwinge 31 in Schwingungsrichtung angeordneten
Spulen 36, 37 und aus einer Auswerteschaltung 38. Die Auswerteschaltung 38 ist im
einfachsten Fall als Brückenschaltung 39 ausgebildet, in deren Brückenzweige die
beiden Spulen 36 und 37 und Abgleichwiderstände 40 und 41 angeordnet sind. An der
Schwinge 31 sind beidseitig in Schwingungsrichtung zwei Ferritkerne 42 und 43 angeordnet,
die je nach Schwingungsamplitude der Schwinge 31 mehr oder weniger in die Spulen
36 und 37 eintauchen und damit deren Induktivität verändern. Die im Abgleichzweig
der Brückenschaltung 39 auftretende Spannung ist ein Maß für die jeweils momentane
Schwingungsamplitude der Schwinge 31 und damit des Sendestrahls.
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Die Regelungsschaltung 34 weist ferner eine Abtast-Halte-Schaltung
44 (sample-and hold-Glied) auf, deren Eingang mit dem Ausgang der Auswerteschaltung
38, und zwar mit dem Abgleichzweig der Brückenschaltung 39, und deren Ausgang über
einen Verstärker 45 mit dem Steuereingang des Stellantriebs 28 verbunden ist. Der
Steuereingang der Abtast-Halte-Schaltung 44 ist über einen Breitbandverstärker 46
mit dem Ausgang der Fotodiode 24 verbunden.
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Sender 19, Empfänger 20 und Regelungsschaltung 34 bilden ein automatisches
Nachführsystem für den Entfernungsmesser 18, welches den Entfernungamesser 18 nach
einmaliger Ausrichtung auf das Vermessungsschiff 10 bei
Fahrt des
letzteren automatisch nachführt, ohne daß die optische Verbindung zwischen dem Entfernungamesser
18 und dem Vermessungsschiff 10 verlorengeht. Dieses Nachführsystem arbeitet wie
folgt: Die Lasersendediode 22 sendet pro Hin- und Rückschwingung fünfzehn Laserimpulse
aus, die in Fig. 2 auf der Bahn ihrer Abbildung beim Vermessungsschiff 10 als Punkte
47 angedeutet sind. Nur der Laserimpuls, der einen Tripelspiegel des Reflektorkranzes
15 trifft, erzeugt ein Lichtecho - in Fig. 2 durch ein Lampensymbol gekennzeichnet
-,das über das Empfänger-Objektiv 23 auf die Fotodiode 24 trifft. Dieses Lichtecho
wird im Breitbandverstärker 46 verstärkt und schließt für die Dauer seines Auftretens
das Abtastglied 48 der Abtast-Halte-Schaltung 44. Die Iststellung der Schwinge 31
wird fortlaufend von der Fühlvorrichtung 35 erfaßt und liegt als Spannungsinformation
fortwährend an dem Eingang der Abtast-Halta-Schaltung 44 an. Der Verlauf der Spannungsinformation
ist über eine Hin- und Rückschwingung der Schwinge 31 sinusförmig, wobei die maximale
Amplitude bei der jeweils maximalen Auslenkung der Schwinge 31 auftritt. Sobald
und solange das Abtastglied 48 geschlossen ist, gelangt diese Spannungsinformation
auf das Halteglied 49, das z. Bb als Kondensator ausgebildet sein kann, und wird
dort kurzzeitig gespeichert. Diese Spannungsinformation bildet dann,über den Verstärker
45 verstärkt, eine Steuerspannung für den Stellantrieb 28, der den Entfernungsmesser
18 um die Vertikalachse 26 verdreht. Die Drehung erfolgt in dem Sinne, daß die Auslenkung
des empfangenen Lichtechos von der optischen Achse 25 bei Berücksichtigung eines
durch die Regelabweichung hervorgerufenen Schleppfehlers Null ist. Die Steuerspannung
für den Stellantrieb 28 ist immer dann Null, wenn ein Lichtecho von der Fotodiode
24 immer dann detektiert wird, wenn die Lasersendediode 22 gerade durch
die
optische Achse 25 hindurchschwingt, also bei Schließen des Abtastgliedes 48 die
Ausgangs spannung der Brükkenschaltung 39 gerade Null ist. In dieser Stellung ist
der Entfernungsmesser 18 exakt auf das Vermessungsschiff 10, und zwar auf dessen
am Mast 14 befindlichen Reflektorkranz 15, ausgerichtet, und die Entfernungsmessung
kann in üblicher Weise vorgenommen werden.
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Für die Entfernungsmessung ist eine Auswerteelektronik 50 einerseits
mit dem Ausgang des Impulsgenerators 33 und andererseits mit dem Ausgang der Fotodiode
24 verbunden.
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Die Auswerteelektronik 50 mißt die Laufzeit eines Laserimpulses von
Aussenden durch die Lasersendediode 22 bis zum Empfang in der Fotodiode 24 und ermittelt
daraus die Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Vermessungsschiff 10. Diese
Entfernungsinformation wird einer Anzeige- und/oder Registriervorrichtung 51 zugeführt.
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Der Winkelmesser 29 gibt eine die Ablage des Entfernungsmessers von
dem Bezugspunkt 30 charakterisierende Winkelinformation aus, die ebenfalls einer
Anzeige- und/oder Registriervorrichtung 52 zugeführt wird. Aus dem bekannten Standort
der Vorrichtung, der Entfernungs- und Winkelinformation kann dann durch einfache
geometrische Beziehungen die jeweilige Position des Vermessungsschiffes 10 bestimmt
werden.
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Zur Kompensation des durch die Regelungsschaltung 34 verursachten
Schleppfehlers ist dem Winkelmesser 29 eine Addierstufe 53 nachgeschaltet, in welcher
ein die Regelabweichung der Regelungsschaltung 34 kompensierendes Korrektursignal
zu dem Ausgangs signal des Winkelmessers 29 hinzuaddiert wird, 8o daß die am Ausgang
der Addierstufe 53 abgenommene Winkelinformation die exakte Winkelablage des Vermessungsschiffes
10 von der Bezugsbasis angibt. Das Korrektursignal wird in einem Proper tionalglied
54 erzeugt,dessen Eingang mit dem Ausgang der
Abtast-Halte-Schaltung
44 und dessen Ausgang mit dem Eingang der Addierstufe 53 verbunden ist.
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Wie bereits erwähnt, wird die die Lasersendediode 22 tragende Schwinge
31 von einem Elektromagneten 32 zu Schwingungen angeregt. Um von Material- und Einbautoleranzen
sowie Temperaturein M üssen unabhängig zu werden, wird die Schwingungsamplitude
der Schwinge 31 durch einen Regelkreis stabilisiert. Dieser Regelkreis ist als Zweipunktregler
55 ausgebildet, wobei die für das Nachfuhrsystem wesentliche Fühlvorrichtung 35
gleichzeitig Teil dieses Zweipunktreglers 55 ist. Der Zzeipnktreg ler 55 weist weiterhin
einen Sollwertgeber 56, einen im Erregerstromkreis des Elektromagneten 32 angeordneten
Ein-/Ausschalter 57 und einen diesen steuernden Vergleicher 58 auf. Der Erregerstromkreis
des Elektromagneten 32 wird von einem Wechselstromgenerator 59 gespeist.
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Ein Eingang des Vergleichers 58 ist mit dem Ausgang der Fühlvorrichtung
35, und zwar mit dem Abgleichzweig der Brückenschaltung 39, und der andere Ausgang
des Vergleichers 58 ist mit dem Sollwertgeber 56 verbunden. Mittels des Sollwertgebers
56 wird die maximale Sollschwingungsamplitude der Schwinge 31 vorgegeben. Im Vergleicher
58 wird die Istschwingungsamplitude der Schwinge 31 mit der vorgegebenen maximalen
Sollschwlngungsamplitude verglichen, und bei Über- bzw. Unterschrelten des Sollwerts
wird der Ein-/Ausschalter 57 geöffnet bzw. geschlossen.
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Da die Schwinge 31 eine sehr geringe mechanische Dämpfung aufweist,
ist der Schwlngungsvorgang trotz des einfachen Zweipunktreglers 55 in der maximalen
Schwingungsamplitude nahezu konstant und gleich dem vorgegebenen Sollwert. Eine
Amplitudendynamik von 1:50 läßt sich auf diese Weise ohne Schwierigkeiten realisieren.
Der hier durch erzeugte Sendestrahlfächer mit fünfzehn Laserim-
pulsen
pro Hin- und Rückschwingung der Lasersendediode 22 weist eine Winkelöffnung von
maximal 100 auf.
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Bei einem so breiten Sendestrahlfächer und bei fünfzehn Laserimpulsen
pro Hin- und Rückschwingung der Lasersendediode 22 können bei sehr großen Entfernungen
zwischen Vorrichtung und Zielobjekt die Abbildungen der einzelnen Laserimpulse am
Ort des Zielobjektes (Punkte 47 in Fig. 2) so weit auseinanderliegen, daß kleinflächige
Reflektoren bei einer Hin- und Rückschwingung der Lasersendediode 22 von keinem
Laserimpuls getroffen werden.
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Um dies sicher auszuschließen, wird die maximale Sollschwingungsamplitude
vom Sollwertgeber 56 in Abhängigkeit von der Entfernung vorgegeben. Hierzu weist
der Sollwertgeber 56 einen entfernungsabhängig gesteuerten Sollwerteinsteller 60
auf, der in Fig. 2 lediglich symbolisch durch ein Potentiometer kenntlich gemacht
ist.
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In einem praktischen Ausführungsbeispiel werden Sollwertgeber 56 und
Sollwerteinsteller 60 in einem Mikrocomputer zusammengefaßt, wie er z. B. unter
der Handelsbezeichnung 8085 von der Firma Intel angeboten wird. Der Sollwerteinsteller
60 ist hierzu über senen Steuereingang 61 mit dem Meßausgang 62 des Entfernungsmessers
18 verbunden, an welchem jeweils die Entfernungsinformation ansteht. Der Sollwerteinsteller
60 ist dabei so ausgebildet, daß der eingestellte Sollwert der am Meßausgang 62
jeweils vorhandenen Entfernungsinformation umgekehrt proportional ist. Dabei ist
der vorgegebene Sollwert der maximalen Schwingungsamplitude so festgelegt, daß der
Reflektor des Zielobjektes gerade noch sich von einem der fünfzehn Laserimpulse
pro Schwingung der Lasersendediode 22 getroffen wird. Bei kleinen Entfernungen ist
somit die vorgegebene maximale Schwingungsamplitude der Schwinge 31 groß und brei
großen Entfernungen hingegen klein. Die Impulsaussendung ist mit der Schwingung
der Schwinge 31 synchronisiert, und zwar
derart, daß exakt bei
der maximalen Auslenkung der Schwinge 31 ein Impuls der Impulsfolge ausgesendet
wird.
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Hierzu erhält der Impulsgenerator 33 von dem Vergleicher 58 jeweils
ein Synchronisiersignal, sobald jeweils die maximale Schwingungsamplitude erreicht
ist.
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Um ein automatisches Einfangen des Zielobjektes auch nach kurzzeitiger
Unterbrechung der optischen Sichtverbindung zwischen Vorrichtung und Wasserfahrzeug
10, z. B. durch ein vorbeifahrendes Schiff, sicherzustellen, weist der Sollwertgeber
56 noch einen Rücksetzeingang 63 auf, über welchen der Sollwerteinsteller 60 in
seine Grundstellung zurücksetzbar ist, in welcher er den größtmöglichen Sollwert
der maximalen Sollsc-hwingungsamplituden einstellt. Dieser Rücksetzeingang ist mit
dem Ausgang der Fotodiode 24, und zwar unter Zwischenschaltung des Breitbandverstärkers
46, in der Weise verbunden, daß bei Ausbleiben von Ausgangssignalen der Fotodiode
24 in einem fest vorgegebenen Zeitbereich der Rücksetzeingang 63 aktiviert wird
und damit von dem Sollwertgeber 56 der größtmögliche Sollwert der maximalen Schwingungsamplitude
vorgegeben wird. Diese Aktivierung des Rücksetzeingangs 63 kann mittels eines Monoflops
64 vorgenommen werden, dessen Eingang mit dem Ausgang der Fotodiode 24 und dessen
Ausgang mit dem Rücksetzeingang 63 des Sollwertgebers 56 verbunden ist. Mit jedem
von der Fotodiode 24 empfangenen Licht echo wird das Monoflop 64 gesetzt und fällt
bei Ausbleiben weiterer Lichtechos innerhalb eines seiner Zeitkonstanten entsprechenden
Zeitbereichs in seinen Ausgangszustand zurück, wobei die Rückfallflanke des Ausgangssignals
den Rücksetzeingang 63 des Sollwertgebers 56 aktiviert. Gleichzeitig wird mit Rücksetzen
des Sollwert einstellers 60 und Ausgabe des größtmöglichen Sollwerts durch den Sollwertgeber
56 die-Synchronisation der Laserimpulse mit der Schwingung der Schwinge 31 aufgehoben.
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Hierzu ist zwischen dem Ausgang des Vergleichers 58 und
dem
Eingang des Taktgenerators 33 ein Torglied 65, hier in Form eines AND-Gatters, angeordnet,
dessen zweiter Eingang über ein Flipflop 66 an den Ausgang des Monoflops 64 angeschlossen
ist. Mit Setzen des Monoflops 64 durch das erste Lichtecho wird auch das Flipflop
66 gesetzt, welches das Torglied 65 öffnet. Solange das Torglied 65 geöffnet ist,
erfolgt eine Synchronisation von Schwingung und LaserimpulsAussendung. Fällt das
Monoflop 64 infolge des Ausbleibens von Lichtechos in einen bestimmten Zeitbereich
zurück, so wird auch das Flipflop 66 umgeschaltet und das Torglied 65 gesperrt.
Während der Sperrzeit des Torgliedes 65 schwingt der Impulsgenerator 33 frei und
die Laserimpulse werden unabhängig von der jeweiligen Lage der Schwinge 31 ausgesendet.
Sobald die Fotodiode 24 wieder ein Lichtecho erhält, wird sowohl der Rücksetzeingang
63 des Sollwert gebers 56 inaktiv als auch das Torglied 65 wieder durchgeschaltet.
In dem Sollwertgeber 46 wird wiederum die durch die Entfernung vorgegebene maximale
Sollschwingungsamplitude eingestellt und die Laserimpuls-Aussen dung wird wiederum
auf den Schwingungsvorgang der Schwinge 31 synchronisiert.
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Wie vorstehend beschrieben, wird in der Addierstufe 53 zu der von
dem Winkelmesser 29 ausgegebenen Winkelinformation ein die Regelabweichung kompensiertes
Sorrektursignal hinzuaddiert. Da dieses Korrektursignal abhängig ist von der maximal
vorgegebenen Schwingungsamplitude, ist es erforderlich, den Proportionalitätsfaktor
des Proportionalgliedes 54, das das Korrektursignal erzeugt, änderbar auszubilden.
Hierzu weist das Proportionalglied 54 einen Umsohalteingang auf, der mit dem Ausgang
des Sollwertgebers 56 verbunden ist und über welchen der Proportionalitätsfaktor
des Proportionalgliedes 54 in Abhängigkeit von dem eingestellten Sollwert der maximalen
Sollschwingungsamplitude änderbar ist. Dabei ge-
nügt es, den Proportionalitätsfaktor
in drei Sollwertbereiche umschaltbar zu machen, und zwar fur kleine Schwingungsauslenkung,
mittlere und große Schwingungsauslenkung.
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Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, ist der Entfernungsmesser 18
mit dem Gesamtoptiksystem aus Sender 19 und Empfänger 20 auch um einen begrenzten
Elevationswinkel schwenkbar. Hierzu ist der Entfernungsmesser 18 um eine Horizontalachse
67 drehbar angeordnet und ein weiterer Stellantrieb 68 in Form eines Servomotors
zur Drehung des Entfernungsmessers 18 um diese Horizontalachse 67 vorgesehen. Synchron
mit dem Entfernungsmesser 18 wird wiederum ein weiterer Winkelmesser 69 angetrieben,
der hier als Potentiometer ausgebildet ist.
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Ein Steuerglied 70 ist eingangsseitig mit dem Meßausgang 62 des Entfernungsmessers
18 und mit dem Winkelmesser 69 verbunden und ausgangsseitig an den Steuereingang
des weiteren Stellantriebs 68 angeschlossen. Das Steuerglied 70 errechnet aus der
Ausgangs-Winkelablage des Entfernungsmessers von der Horizontalen und der gemessenen
Entfernung eine Winkelkorrektur und gibt eine dieser Winkelkorrektur entsprechenden
Steuerspannung an den weiteren Stellantrieb 68 aus. Ist al der Ausgangswinkel in
Elevation und el die zu diesem Winkel gehörige Ausgangs-Entfernung, so läßt sich
zu einer beliebigen Entfernung ex nach ein£achen geometrischen Beziehungen die Winkelablage
von der Horizontalen mit
errechnen. Eine Steuerspannung, die der Differenz «X-al proportional ist, wird dem
weiteren Stellantrieb 68 zugeführt und dieser dreht den Entfernungsmesser 18 um
einen entsprechenden Betrag um die Horizontalachse 67.
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Zur exakten Positionsvermessung ist die Vertikalachse 26 des Entfernungsmessers
18 stabilisiert. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, kann hierzu ein Pendel 71 verwendet
werden.Ein Teil der elektronischen Baugruppen der Vorrichtung ist zweckmäßigerweise
in dem Pendel 71 untergebracht und bildet die Pendelmasse. Es ist jedoch auch möglich,
den Entfernungsmesser 18 hinsichtlich der Gesamtoptik mit Hilfe einer Libelle oder
auf einer Kreiselplattform so zu stabilisieren, daß die VertikalAchse 26 zum Erdmittelpunkt
zeigt.
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Mittels eines Telemetriersystems ist ein Informationsaustausch zwischen
der landseitig aufgestellten Vorrichtung zur Positionsbestimmung und dem Vermessungsschiff
10 möglich. Der Hauptdatenfluß verläuft dabei von der Land- zur Bordanlage, jedoch
ist auch ein umgekehrter Datenfluß möglich, z. B. zum Übertragen bestimmter Kommandos
für die landseitige Vorrichtung.
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