DE3604614C1

DE3604614C1 - Adjustment (zeroing) and calibration method for laser rangefinders

Info

Publication number: DE3604614C1
Application number: DE19863604614
Authority: DE
Inventors: Gunther Dipl-Phys Dr Sepp
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1987-04-23

Abstract

The invention relates to an adjustment and calibration method, in the case of which the transmitter of a laser rangefinder is "transferred to a target board a long distance away" in the broadest sense of the word by means of a transponder and retroreflector, independently of adjustment movements, as a result of which the adjustment of the laser transmitter and laser receiver is considerably simplified. As a result of the delay of the transmission signal in the transponder it is possible to simulate any desired ranges for calibration purposes. Explanations and exemplary embodiments are provided. <IMAGE>

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a method according to the Preamble of claim 1.

Bisherige Verfahren dieser Art erforderten sehr groß flächige Retroreflektoren, wobei jedoch eine Justierung auf die volle Reichweite des Laserentfernungsmessers trotzdem nicht möglich war. Weiterhin erforderten diese Verfahren eine sehr gute Vorjustierung des Geräts, was wiederum wegen der Kopplung der Senderichtung mit dem Empfänger sehr zeitaufwendig ist.Previous methods of this type required a great deal flat retroreflectors, however, an adjustment to the full range of the laser rangefinder was still not possible. Furthermore, these required Procedure a very good pre-adjustment of the device what again because of the coupling of the transmission direction with the Receiver is very time consuming.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das nicht nur vorstehende Nachteile beseitigt, sondern es auch ermöglicht, daß beliebige Entfernungen zu Kali brationszwecken simuliert werden können.The present invention is based on the object to create a process of the type mentioned at the outset, which not only eliminates the above disadvantages, but also it also allows any distance to potash operational purposes can be simulated.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteil hafte Maßnahmen aufgezeigt und in der nachfolgenden Be schreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigtThis object is achieved by those listed in claim 1 Features solved. In the subclaims are advantageous measures identified and described in the following Be spelling is an embodiment explained in outlined the figures of the drawing. It shows

Fig. 1 eine Prinzipskizze des vorgeschlagenen Geräte aufbaus in schematischer Darstellung, Fig. 1 is a schematic diagram of the proposed device structure in a schematic representation;

Fig. 2 eine Systemskizze über den Aufbau des Transpon ders in schematischer Darstellung, Fig. 2 is a system diagram of the structure of Transpon DERS in a schematic representation;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Transponders gemäß Fig. 2, Fig. 3 is a block diagram of the transponder according to Fig. 2,

Fig. 4 eine Prinzipskizze des Parallaxenausgleiches zur optimalen Justierung auf maximale Reichweite des LEM. Fig. 4 is a schematic diagram of the parallax compensation for optimal adjustment to the maximum range of the LEM.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist der Prinzipaufbau zur Durchführung des vorgeschlagenen Justier- und Kalibra tionsverfahrens skizziert, wobei der Sendestrahl eines Laserentfernungsmessers (LEM) 10, d. h. der Laseremp fänger 10 b und der Lasersender 10 a nacheinander auf die Zieltafel 12 bzw. deren Retroreflektor 13 einjustiert werden. Hierzu wird nun ein mit einer großen Empfänger apertur und einem großen Empfängergesichtsfeld ausge statteter Transponder 11 unmittelbar vor dem Lasersen der 10 a angeordnet. Dieser Transponder hat die Aufgabe, das Sendesignal aufzufangen, zu regenerieren und in seinem Ausgang zu verzögern. Durch Fernrohr oder son stige geeignete Zielhilfe wird der Transponder 11 und damit der regenerierte und verzögerte Sendestrahl des LEM (10) auf die Zieltafel 12 bzw. auf deren retrore flektierendes Zentrum 13 gerichtet. Ist dies geschehen, so wird als nächstes das Gesichtsfeld des Empfängers 10 b durch Justieren des kompletten LEM 10 mittels Maxi mumabgleich des Empfangssignals auf den im Zentrum der Zieltafel 12 liegenden Reflektor 13 eingerichtet.In Fig. 1 of the drawing, the basic structure for carrying out the proposed adjustment and calibration method is outlined, the transmission beam of a laser range finder (LEM) 10 , ie the Laseremp catcher 10 b and the laser transmitter 10 a successively on the target plate 12 or the latter Retroreflektor 13 can be adjusted. For this purpose, a transponder 11 equipped with a large receiver aperture and a large receiver field of view is arranged immediately before the laser scanning of FIG. 10 a . This transponder has the task of collecting, regenerating the transmission signal and delaying its output. Through a telescope or other suitable aiming aid, the transponder 11 and thus the regenerated and delayed transmission beam of the LEM ( 10 ) is directed at the target plate 12 or at its retroreflective center 13 . If this has happened, the field of view of the receiver 10 b is next set up by adjusting the complete LEM 10 by means of maximum comparison of the received signal on the reflector 13 lying in the center of the target plate 12 .

Ist dies geschehen, so wird der Transponder 11 aus dem Strahlfeld des LEM 10 entfernt und der Strahl des LEM- Senders 10 a durch Verschwenken gegen den festgehaltenen LEM-Empfänger 10 b mittels Maximumabgleich des Empfangs signals ebenfalls auf den zum Parallaxenausgleich ent sprechend verschobenen Retroreflektor 13 der Zieltafel 12 eingerichtet. Ist dies geschehen, so wird der Trans ponder 11 in die ursprüngliche Position zum Lasersender 10 a des LEM 10 zurückgebracht, und durch variable Ver zögerung des Sendesignals erfolgt nunmehr die Entfer nungskalibration des LEM 10.If this is done, the transponder 11 is removed from the beam field of the LEM 10 and the beam of the LEM transmitter 10 a by pivoting against the held LEM receiver 10 b by means of maximum adjustment of the received signal also on the retroreflector 13 accordingly shifted for parallax compensation the target plate 12 set up. If this is done, the trans ponder 11 is returned to the original position to the laser transmitter 10 a of the LEM 10 , and by variable delay of the transmission signal, the distance calibration of the LEM 10 now takes place.

In der Fig. 4 der Zeichnung ist hierzu eine Prinzip skizze gezeigt. In der ersten Position erfolgt die Mes sung mittels Transponder 11 zum Einjustieren des LEM- Empfängers 10 b. In der zweiten Position - also mit zum Parallaxenausgleich verschobener Zieltafel 12 - ist der Transponder 11 weggenommen worden. Der LEM-Sender 10 a wird auf den verschobenen Retroreflektor 13 der Zielta fel 12 maximiert. Es hat sich gezeigt, daß der LEM-Emp fänger 10 b auch von diesem Punkt noch genügend Signal licht zur Maximierung erhält, falls der Abstand LEM- Zieltafel nicht zu klein ist und retroreflektierende Folie verwendet wird. Nach diesem Justiervorgang ist der LEM auf die gewünschte maximale Reichweite R _max optimiert.In Fig. 4 of the drawing, a principle sketch is shown. In the first position, the measurement is carried out by means of transponder 11 for adjusting the LEM receiver 10 b . In the second position - that is, with the target plate 12 shifted for parallax compensation - the transponder 11 has been removed. The LEM transmitter 10 a is maximized on the shifted retroreflector 13 of the target panel 12 . It has been shown that the LEM-Emp catcher 10 b also receives enough signal light to maximize from this point if the distance between the LEM target plate is not too small and retroreflective sheeting is used. After this adjustment process, the LEM is optimized for the desired maximum range R _max .

Ein Transponder für einstellbare Phasenverzögerung zwi schen empfangenen LEM-Sendelicht und ausgesendetem Transponderstrahl ermöglicht die Simulation von belie bigen Entfernungen, insbesondere von größeren Entfer nungen als die größtmögliche Zieltafelentfernung der benutzten Meßstrecke. Selbstverständlich setzt die ma ximale Reichweite R _max des LEM 10 die Entfernungs grenze. Die Transponderstrahlintensität wird hierbei durch den Intensitätsregler 25 b entsprechend der ge wünschten bzw. erforderlichen Verzögerung verringert, um die Intensität des Empfangslichtes des LEM 10 ent sprechend Entfernung der Rückstreuung eines realisti schen Ziels und dessen (gewünschte bzw. simulierte) ebenfalls zu simulieren und so einen eventuellen uner wünschten Einfluß der Empfangsintensität auf die Ent fernungsmessung zu minimieren.A transponder for adjustable phase delay between the received LEM transmission light and the emitted transponder beam enables the simulation of any distance, in particular of greater distances than the greatest possible target distance of the measuring section used. Of course, the maximum range R _{max of} the LEM 10 sets the distance limit. The transponder beam intensity is in this case reduced by the intensity controller 25 b according to the desired or required delay in order to accordingly simulate the intensity of the received light of the LEM 10 accordingly distance of the backscattering of a realistic target and its (desired or simulated) target, and thus one to minimize any undesired influence of the reception intensity on the distance measurement.

Das vorstehend vorgeschlagene Verfahren hat überdies gegenüber allen entsprechenden Verfahren des Standes der Technik den wesentlichen Vorteil, daß bei Anwendung des Transponders Laserentfernungsmesser aller üblichen Modulationsfrequenzen und Modulationsarten justiert werden können.The method proposed above also has compared to all corresponding procedures of the stand the technology has the main advantage that when used of the transponder laser range finder of all usual Modulation frequencies and types of modulation adjusted can be.

Zur einzelnen Ausgestaltung der zur Kalibration verwen deten Bauelemente bzw. deren Anordnung und speziellen Merkmale wird vorgeschlagen, daß beispielsweise die Empfängerapertur und das Empfängergesichtsfeld des Transponders 11, in dem die Empfängerapertur 20, die Empfangsoptik 21 und der Detektor 22 angeordnet sind, größer als die Ungenauigkeiten der Voreinrichtung des LEM 10 auf die Zieltafel 12 sind. Außerdem soll die Sendedivergenz des Transponders 11 größer als die Unge nauigkeit seiner Voreinrichtung auf die Zieltafel sein. Schließlich soll ein nicht-idealer Retroreflektor, z. B. Retrofolie mit hinreichend großer Divergenz des retro reflektierten Strahls verwendet werden. Damit ist ge währleistet, daß von Beginn des Justiervorgangs an, der LEM-Empfänger 10 b das Signallicht des LEM-Senders 10 a empfängt.For the individual configuration of the components used for calibration or their arrangement and special features, it is proposed that, for example, the receiver aperture and the receiver field of view of the transponder 11 , in which the receiver aperture 20 , the receiving optics 21 and the detector 22 are arranged, be greater than the inaccuracies the pre-setup of the LEM 10 on the target plate 12 . In addition, the transmission divergence of the transponder 11 should be greater than the inaccuracy of its pre-device on the target plate. Finally, a non-ideal retroreflector, e.g. B. retrofoil can be used with a sufficiently large divergence of the retro-reflected beam. This ensures that from the start of the adjustment process, the LEM receiver 10 b receives the signal light from the LEM transmitter 10 a .

Bei der Justierung bzw. Kalibration eines CW-LEM, bei welchem die Entfernung als Phasendifferenz zwischen mo dulierten Sende-Empfangssignal gemessen wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die variable Verzö gerung des Sendesignals des Transponders 11 durch einen in ihm angeordneten Phasenschieber erzeugt wird. When adjusting or calibrating a CW-LEM, in which the distance is measured as a phase difference between modulated transmit / receive signals, it has proven to be advantageous that the variable delay of the transmit signal of the transponder 11 is generated by a phase shifter arranged in it becomes.

In den Fig. 2 und 3 ist der Aufbau und die Verschaltung eines Transponders 11 skizziert. Dem dem LEM 10 zuge wandten Endteil des Transponders 11 ist eine Empfangs apertur 20 mit dahinter liegender Optik 21 zugeordnet. Diese Optik kann beispielsweise eine Streuscheibe oder eine Fresnellinse sein. Durch diese Optik gelangt für einen weiten Bereich von Einfallsort und -richtung ein Teil des LEM-Strahls auf den Detektor 22, der ihn sei nerseits an eine Einheit 23 zur Signalregeneration lei tet, deren Signalausgang mit einer Einrichtung 24 zur variablen Sendezeitverzögerung verbunden ist, die ih rerseits über einen Lasertreiber 25 a mit dem Transpon derlaser 25 verbunden ist. Über die Sendeoptik 26 des Transponders 11 wird das regenerierte und verzögerte Signal in konstanter Richtung und mittels des Intensi tätsreglers 25 b einstellbarer, aber konstanter Stärke ausgesendet.In FIGS. 2 and 3, the construction and interconnection of a transponder 11 is outlined. The LEM 10 facing end part of the transponder 11 is assigned a receiving aperture 20 with optics 21 behind it. This optic can be, for example, a lens or a Fresnel lens. Through this optics, part of the LEM beam reaches detector 22 for a wide range of incidence and direction, which in turn leads it to a unit 23 for signal regeneration, the signal output of which is connected to a device 24 for variable transmission time delay, which ih is connected via a laser driver 25 a with the transponder derlaser 25 . About the transmission optics 26 of the transponder 11 , the regenerated and delayed signal is emitted in a constant direction and by means of the intensity controller 25 b adjustable but constant strength.

Claims

1. A method for adjusting and calibrating laser range finders (LEM), in which the receiver field of view and the transmission beam are adjusted to a target plate, characterized in that

a) a transponder ( 11 ) equipped with a large receiver aperture and a large receiver field of view is arranged directly in front of the laser transmitter ( 10 a) and is directed at the retroreflective center of a target plate ( 12 ) by means of aiming aid, the transmission signal from this transponder ( 11 ) regenerated and delayed adjustable,
b) the field of view of the receiver ( 10 b) is then set up by adjusting the entire LEM ( 10 ) by means of maximum adjustment of the received signal to the center of the target plate ( 12 ),
c) then the transponder ( 11 ) is removed and the transmission beam is also set up on the center of the target plate ( 12 ) by pivoting against the receiver by maximum adjustment of the received signal and
d) the distance calibration is carried out by means of the transponder ( 11 ) brought back into the original position to the LEM by variable delay of the transmission signal.

2. The method according to claim 1, characterized in that the receiver aperture and receiver field of view of the transponder ( 11 ) are greater than the inaccuracy of the pre-device of the LEM ( 10 ) on the target plate ( 12 ).

3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the transmit di vergence of the transponder ( 11 ) is greater than the inaccuracy speed of its pre-device on the target plate ( 12 ).

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that after the adjustment of the field of view of the receiver ( 10 b), the target plate ( 12 ) is shifted according to the desired maximum distance of the LEM.

5. The method according to any one of the claims 1 to 4, characterized in that with a CW laser rangefinder the variable delay the transmission signal by a phase shifter is fathered.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the transmission power of the transponder ( 11 ) according to the distance simulated by the variable delay of the target plate ( 12 ) is adjustable.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a lens ( 21 ) is used as the receiving optics of the transponder ( 1 ).