DE69903254T2

DE69903254T2 - Automatische ausrichtung und stabilisierung von elektrooptischen elementen

Info

Publication number: DE69903254T2
Application number: DE69903254T
Authority: DE
Inventors: V. Messina
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: IL135521A0; EP1031060A1; IL135521A; DE69903254D1; US6020955A; EP1031060B1; WO2000016152A1; CA2304241C; ES2180317T3; CA2304241A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektro-optische Systeme, und genauer auf ein System, welches eine Sichtlinien-(LOS)-Ausrichtung und -Stabilisierung von passiven und aktiven elektro-optischen Sensoren, welche sich außerhalb einer kardanischen Vorrichtung befinden, vorsieht.
Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-A-5479025 E bekannt, welche eine optische Vorrichtung zum Ausrichten der optischen Strecke, der Sichtlinie eines Detektors und eines Lasers und Vorsehen einer Laser-Referenzquelle, eines Laser-Ausrichtspiegels und einer einen Detektor enthaltenden kardanischen Vorrichtung beschreibt.
Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung stellt elektro-optische Systeme wie etwa z. B. vorausblickende elektro-optische Systeme her, welche passive und aktive elektro-optische Sensoren enthalten. Ein typisches elektro-optisches System enthält Subsysteme, welche auf einem kardanischen Rahmen angeordnet sind, während andere Subsysteme außerhalb der kardanischen Aufhängung angeordnet sind.
Bei bestimmten vormals entwickelten elektro-optischen Systemen befinden sich Subsysteme von Sensor und Laser außerhalb der kardanischen Aufhängung, und es gab keine Selbstausrichtung der Sichtlinien von Sensor und Laser. Darüberhinaus gab es keinen Ausgleich hinsichtlich einer Bewegung aufgrund einer Vibration, thermischen oder auf g-Kräften beruhenden Winkelverformungen in und zwischen den optischen Strecken für die Sensor- und Laser-Subsysteme. Es gab große Fehler zwischen der Sensor-Sichtlinie und der Laser-Sichtlinie, welche wirksame Lasermarkierungsbereiche, Waffenablieferungsgenauigkeit und die Fähigkeit einer geographischen Ziellokalisierung, welche alle eine präzise Sichtlinienausrichtung und -stabilisierung von Laser und Sensor verlangen, beschränkten.
Die Auflösungs- und Stabilisierungserfordernisse für taktische luftgestützte Infrarot-(IR)-Systeme der dritten Generation liegen in der gleichen Größenordnung wie sie von satellitengestützten und strategischen Systemen verlangt werden, aber mit einer Plattformdynamik und aerodynamischen Störungen, welche um Größenordnungen höher liegen, sogar oberhalb denen, auf welche taktische Bodensystem treffen. Die Umgebungsbedingungen luftgestützter Systeme der dritten Generation nähern sich beiden Extremen an und können sich während einer einzigen Mission schnell ändern. Dennoch ist die Einhaltung physikalische Dimensionen existierender Systeme für den Feldeinsatz noch immer die treibende Einschränkung.
Idealerweise würde ein System mit hochauflösender Abbildung und Lasermarkierung in einer Umgebung hoher dynamischer Störungen einen Satz von wenigstens vier kardanischen Rahmen aufweisen, wobei zwei äußere grobe Kardanrahmen die meisten der Plattform- und aerodynamischen Lasten dämpfen und die zwei innersten Kardanrahmen die erforderliche Feinstabilisierung bereitstellen würden, wobei die Inertialmeßeinheit (IMU) und Abbildungssensoren im IR- und sichtbaren Bereich und Laser auf dem innersten, inertial stabilisierten Kardanrahmen angeordnet wären.
Um Größe, Gewicht und Kosten der kardanischen Aufhängung zu reduzieren, hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung einen Pseudo-Innenkardansatz zur Verwendung auf den taktischen Flugkörpern HNVS, AESOP, V-22 und dem Luftaufklärungssystem Tier 11 Plus unter Verwendung von miniaturisierten Zwei-Achsen-Spiegeln, welche zusammen mit sowohl der IMU als auch dem IR-Sensor auf der inneren Kardanaufhängung montiert sind, in einem Steuerungsschema eines Restinertiallagefehlers entwickelt, um die zwei innersten Feinkardanrahmen zu ersetzen, während eine äquivalente Leistungsfähigkeit aufrechterhalten wird. Mit einer Vergrößerung der Abmessung der Apertur und beschränkt durch das Aufrechterhalten der Abmessungen existierender Systeme für den Feldeinsatz sind manche taktische luftgestützte IR-Systeme gezwungen, die Sensoren und Laser im IR- und sichtbaren Bereich außerhalb der kardanischen Aufhängung unter Verwendung einer optischen Ralaisstrecke anzuordnen, wie etwa in dem FLIR-System mit verbesserter Zielwertermittlung (ATFLIR).
Um eine ideale Konfiguration wiederherzustellen, muß eine scheinbar auf dem kardanischen System angeordnete bzw. pseudokardanische IR-Sensor- und Laser-Konfiguration implementiert werden, wie etwa durch Verwenden des Prinzips der vorliegenden Erfindung, mit einem aktiven Selbstausrichtungsschema unter Verwendung der Technik miniaturisierter Zwei-Achsen-Spiegel. Eine aktive selbstausrichtende Spiegelkonfiguration ist in ihrer Wirkung der Situation äquivalent, die IR-Sensoren und Hilfskomponenten wie etwa den Laser auf der stabilisierten kardanischen Aufhängung montiert aufzuweisen.
Ein luftgestütztes elektro-optisches Nutzlastsystem für spezielle Operationen (AESOP), welches von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung entwickelt worden ist, verwendet eine heiße optische Referenzquelle, welche mechanisch an einem Laser ausgerichtet ist. Während Kalibrierung wird die Referenzquelle optisch durch das Laser- Fenster in das IR-Sensorfenster weitergeleitet und mit einem Zweiachsen-Lenkspiegel in der optischen Strecke des Lasers in die Mitte des IR-Sichtfeldes gelenkt. Dieser Spiegel wird auch in dem Betriebsmodus, um den Laserstrahl zu stabilisieren, verwendet. Ein zusätzlicher Spiegel in der IR-optischen Strecke wird verwendet, um den IR-Strahl zu stabilisieren. Nachdem die Ausrichtung zu Anfang während einer Kalibrierung und nicht kontinuierlich durchgeführt wird, driftet die optische Bank des Lasers während Feuerns des Lasers in dem Betriebsmodus von der optischen Bank des IR-Sensors weg, und die zwei Sichtlinien fallen nicht länger zusammen, wie wenn sie zu Anfang ausgerichtet sind. Eine weitere Fehlausrichtung der Sichtlinie kann durch eine Vibrationsbewegung der Struktur in und zwischen den optischen Strecken hervorgerufen werden.
Es wäre daher wünschenswert, ein System zur Sichtlinienausrichtung und -stabilisierung von nicht auf der kardanischen Aufhängung befindlichen passiven und aktiven elektro-optischen Sensoren zu haben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die vorgenannte und andere Aufgaben zu erfüllen, sorgt die vorliegende Erfindung für ein System, welches nicht auf der kardanischen Aufhängung befindliche passive und aktive elektro-optische Sensoren eines elektro-optischen System automatisch ausrichtet und stabilisiert. Die vorliegende Erfindung weist ein pseudokardanisches automatisches Sichtlinienausrichtungs- und Stabilisierungssystem zur Verwendung mit den nicht auf der kardanischen Aufhängung befindlichen passiven und aktiven elektrooptischen Sensoren auf. Das Ausrichtungs- und Stabilisierungssystem führt eine dynamische Visierung und Ausrichtung eines oder mehrerer Sensoreingangsstrahlen und eines Laserausgangsstrahls unter Verwendung einer automatischen Rückführung mit geschlossener Schleife, eines einzigen, auf der kardanischen Aufhängung befindlichen Referenzdetektors (Photodetektors) und Stabilisierungsspiegels, zweier nicht auf der kardanischen Aufhängung befindlicher optischer Referenzquellen und zweier Ausrichtspiegel durch. Ein Ausrichten des einen oder der mehreren Sensoren und des Lasers an dem auf dem kardanischen System befindlichen Referenz-Photodetektor ist der Situation äquivalent, die Sensoren und den Laser auf der stabilisierten kardanischen Aufhängung montiert zu haben, wobei der Stabilisierungsspiegel eine gemeinsame optische Strecke für eine verbesserte Stabilisierung sowohl der Sensor- als auch der Laser-Sichtlinien schafft.
Insbesondere weist eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine optische Vorrichtung zur Verwendung bei der Selbstausrichtung optischer Strecken von Sichtlinien wenigstens eines Sensors und eines Lasers auf. Die optische Vorrichtung weist wenigstens eine Referenzquelle zum Ausgeben wenigstens eines Referenzstrahls, welcher optisch mit der Sichtlinie des wenigstens einen Sensors ausgerichtet ist, und eine Laser-Referenzquelle zum Ausgeben eines Laser-Referenzstrahls, welcher optisch mit der Sichtlinie des Lasers ausgerichtet ist, auf.
Ein Laser-Ausrichtspiegel wird verwendet, um die Ausrichtung der Sichtlinie des Laserstrahls einzustellen. Ein Sensor-Ausrichtungsspiegel wird verwendet um die Ausrichtung des wenigstens einen Sensors einzustellen. Eine Kombinationsoptik wird verwendet, um die Mehrzahl von Referenzstrahlen entlang einer gemeinsamen optischen Strecke zu koppeln. Eine kardanische Vorrichtung ist vorgesehen, welche den Photodetektor, (und) welcher die Mehrzahl von Referenzstrahlen erfaßt, und einen Feinstabilisierungsspiegel zum Einstellen der Sichtlinie der optischen Strecken des wenigstens einen Sensors und des Lasers beherbergt. Ein Prozessor ist zum Verarbeiten von durch den Photodetektor erfaßten Signalen und Ausgeben von Steuersignalen an die jeweiligen Spiegel und die Kombinationsoptik, um die optischen Strecken der Sichtlinien des Sensors und des Lasers auszurichten, mit dem Photodetektor, dem Laser-Ausrichtspiegel, dem Sensor-Ausrichtspiegel und dem Feinstabilisierungsspiegel gekoppelt.
Die vorliegende Erfindung implementiert ein pseudokardanisches Sensor- und Laser-System mit automatischer Visierung, Ausrichtung und dynamischer Aufrechterhaltung, welches Funktionen des auf der kardanischen Aufhängung befindlichen Stabilisierungsspiegels auf die nachstehenden Weisen verstärkt. Das System führt eine automatische Visierung und Ausrichtung des Sensoreingangsstrahls, welcher mit der Mitte des auf der kardanischen Aufhängung befindlichen Photodetektors, welcher mit der Systemsichtlinie mechanisch ausgerichtet ist, durch Korrigieren hinsichtlich einer Fehlausrichtung einer Komponente einer optischen Kette des Sensors durch. Das System erhält die Sensorziellinie durch automatisches Korrigieren des Sensorsichtlinienwinkels hinsichtlich (a) Verformung der optischen Bank des Sensors aufgrund von thermischen und Plattform-g-Kräften, (b) Nutation aufgrund von Keilwinkelabweichungsfehlern eines Derotationsmechanismus, Exzentrizität einer Rotationsachse und Fehlausrichtungen, (c) Fehlausrichtung eines Sichtfeldumschaltmechanismus, (d) Nutation aufgrund von Nichtorthocronalität und Kippfehlern und (e) induzierten Winkelfehlern, welche durch eine Bewegung von Fokusmechanismen hervorgerufen werden, dynamisch aufrecht.
Das System führt ein automatisches Visieren und Ausrichen des Laser-Ausgangsstrahls durch Korrigieren hinsichtlich einer Fehlausrichtung einer Komponente einer optischen Kette des Lasers und einer Fehlausrichtung einer Laser-Bank relativ zu der optischen Bank des Sensors so aus, daß er mit der Mitte des auf der kardanischen Aufhängung befindlichen Photosensors zusammenfällt. Das System erhält auch die Laser-Ziellinie durch automatisches Korrigieren der Laser-Sichtlinie hinsichtlich (a) Deformationen einer optischen Bank des Lasers aufgrund von thermischen und Plattform-g-Kräften und (b) winkelrelativbewegungen zwischen Laser-Bank und isolierter optischer Bank des Sensors aufgrund von Linear- und winkelvibrationen und g-Kräften, wobei das Massenzentrum der optischen Bank von dem Fokuspunkt des Isolators abweicht, dynamisch aufrecht.
Der auf der kardanischen Aufhängung befindliche Stabilisierungsspiegel gleicht die Inertialgeschwindigkeitssichtlinienstabilisierungsschleifen niedrigerer Bandbreite durch Aufschalten des Restratenschleifensichtlinieninertiallagefehlers aus, um den Stabilisierungsspiegel zu betätigen, um die Stablisierung der Sichtlinien sowohl des Lasers als auch des Sensors gleichzeitig zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung kann mit jedem nicht kardanisch gelagerten Multisensorsystem, welches eine zusammenfallende und stabilisierte Sichtlinie verlangt, wie etwa einem Zielsystem für Flugzeuge und Helikopter und dergleichen verwendet werden.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ZEICHNUNGEN

Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können leichter mit Bezug auf die nachstehende genaue Beschreibung verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche strukturelle Elemente bezeichnen und in welchen:
Fig. 1 ein beispielhaftes System in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen einer Sichtlinienausrichtung und -stabilisierung von außerhalb einer kardanischen Aufhängung befindlichen passiven und aktiven elektro-optischen Sensoren darstellt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines optischen Servos für eine in dem System von Fig. 1 eingesetzte Sichtlinienstabilisierung eines IR-Sensors ist;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines optischen Servos für eine in dem System von Fig. 1 eingesetzte Sichtlinienstabilisierung eines Lasers ist; und
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Servos darstellt, welches eine Selbstausrichtung und zeitlich gemultiplexte Referenzquellenmodulation zeigt, welche in dem System von Fig. 1 verwendet wird.

GENAUE BESCHREIBUNG

Mit Bezug auf die Zeichnungen stellt Fig. 1 ein beispielhaftes System 10 in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen einer Sichtlinienausrichtung und -stabilisierung von außerhalb einer kardanischen Aufhängung befindlichen passiven und aktiven elektro-optischen Sensoren dar. Das System 10 weist einen pseudokardanischen Sensor 11, welcher einen Photodetektor 11 oder einen anderen Lichtsensor 11, einen IR-Sensor 20, einen sichtbaren CCD-Sensor 30 and ein Laser-Selbstausrichtungssubsystem 40 aufweist, und drei zeitlich gemultiplexte modulierte Referenzquellen 21, 31, 41 auf, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Referenzquellen 21, 31, 41 sind zeitlich gemultiplext und bezüglich einer Impulsamplitude moduliert, um ein einfaches Multiplex-Schema ohne das Erfordernis einer umfangreichen Schaltungsanordnung zum Demodulieren bereitzustellen. Die hochfrequenten (10 kHz) zeitlich modulierten Impulse werden einfach bei der Spitzenwertausgangsantwort des Photodetektors durch den Prozessor synchron abgetastet, wobei ein Schließen der Schleifen bzw. Regelkreise der Selbstausrichtung mit hoher Bandbreite ermöglicht wird. Das beispielhafte System 10 ist als eine Verbesserung an einer Abschußvorrichtung bzw. Gondel 50 für ein FLIR verbesserter Zielwerterfassung mit einer auf einer kardanischen Aufhängung befindlichen Spiegelfeinstabilisierung implementiert.
Die Gondel 50 ist in einer Situation gezeigt, in welcher sie durch eine Gondelhinterstruktur 51, welche mit einer optischen Bank 56 des Lasers gekoppelt ist, an einer luftgestützten Plattform 70 befestigt ist. Eine äußere Rollkardanaufhängung 52, welche eine Windschutzscheibe 53 mit dem Fenster 54 trägt, welche mit Lagern (nicht gezeigt) bezüglich eines Nickens kardanisch gelagert ist und auf Lagern (nicht gezeigt) relativ zu der Gondelhinterstruktur 51 rollt. Die Rollkardanaufhängung 52 führt auch bezüglich eines Rollens eine IR/CCD-seitige optische Bank 42 mit, welche in ihrem Schwerpunkt unter Verwendung eines elastischen Isolators 55, welcher sowohl eine Vibration der Plattform 70 als auch Störungen einer aerodynamischen Last auf die IR/CCD-seitige optische Bank 42 dämpft, um für eine Stabilisierung zu sorgen, befestigt ist.
Die IR/CCD-seitige optische Bank beherbergt einen IR- Sensor-Empfänger 22, die zeitlich gemultiplexte modulierte Infrarot-(IR)-Referenzquelle 21, welche an der Mitte des Sichtfeldes des IR-Sensor-Empfängers 22 mechanisch ausgerichtet ist, einen multispektralen Strahlkombinator 27, welcher Strahlen des mitausgerichteten IR-Sensor-Empfängers 22 und der IR-Referenzquelle 21 kombiniert. In der IR-optischen Strecke befinden sich ein IR-Imager 29 (oder eine IR-abtastende Optik 29), ein Fokusmechanismus 24, ein reflektorischer Derotationsmechanismus 25, welcher den IR-Strahl derotiert, um das IR-Bild aufrecht zu halten, und ein Relaisstrahlexpander 26, welcher die mit dem mitausgerichteten IR-Sensor-Empfänger 22 und der IR- Referenzausrichtungsquelle 21 verbundenen Strahlen aufweitet.
Die IR/CCD-seitige optische Bank 42 beherbergt auch einen sichtbaren CCD-Sensor-Empfänger 32, die zeitlich gemultiplexte modulierte CCD-optische Referenzquelle 31, welche an der Mitte des Sichtfeldes des CCD-Sensor-Empfängers 32 mechanisch ausgerichtet ist, einen Strahlkombinator 33, welcher die mitausgerichteten, mit dem CCD- Sensor-Empfänger 32 und der CCD-Referenzquelle 31 verbundenen Strahlen kombiniert. In der optischen Strecke befinden sich ein Imager 36 im Bereich des sichtbaren Lichts bzw. ein sichtbarer Imager 36 (oder eine sichtbare abtastende Optik 36), ein Fokusmechanismus 34 und ein refraktorischer Derotationsmechanismus, welcher den Strahl des sichtbaren Kanals derotiert, um das sichtbare Bild aufrecht zu halten.
Die laserseitige optische Bank 56 in dem beispielhaften System 10 ist nicht isoliert und rotiert nicht mit der Rollkardanaufhängung 52. Die laserseitige optische Bank 56 beherbergt einen Laser 43, die zeitlich gemultiplexte modulierte Laser-Referenzquelle 41, welche an dem Ausgangsstrahl des Lasers 43 mechanisch ausgerichtet ist, einen Strahlkombinator 44, welcher die Strahlen von dem mitausgerichteten Laser und der Laser-Referenzquelle 41 kombiniert, und einen Strahlexpander 45, welcher die Strahlen von dem mitausgerichteten Laser 43 und der Laser-Referenzquelle 41 aufweitet. Ein Paar von Reflektoren 46 wird wahlweise verwendet, um die Strahlen von dem mitausgerichteten Laser 43 und der Laser-Referenzquelle 41 auf einen Zweiachsen-Laser-Ausrichtspiegel 57 auf der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42 zu koppeln. Die Reflektoren 46 müssen für andere Systemkonfigurationen nicht erforderlich sein.
Der Zweiachsen-Laser-Ausrichtspiegel 57 lenkt Strahlen von dem Laser 43 und der Laser-Referenzquelle 41 in Ausrichtung mit dem IR-Strahl und dem Strahl von der IR- Referenzquelle 21. Der CCD/Laser-Strahlkombinator 37 kombiniert den mitausgerichteten sichtbaren Strahl und den Strahl von der CCD-Referenzquelle 41 mit den mitausgerichteten Strahlen von dem Laser 43 und der Laser-Referenzquelle 41. Der multispektrale Strahlkombinator 27 kombiniert diese vier Strahlen mit dem IR-Strahl und dem Strahl von der IR-Referenzquelle 21, und alle sechs Strahlen werden unter Verwendung eines Zweiachsen-IR/CCD- Ausrichtspiegels 28 gemeinsam auf eine innere Kardanaufhängung 12 gelenkt.
Die optische Bank 42 beherbergt eine äußere Nick-Kardanaufhängung 13 auf Lagern (nicht gezeigt), welche wiederum die innere Gier-Kardanaufhängung 12 auf Lagern (nicht gezeigt) trägt. Die innere Kardanaufhängung 12 beherbergt einen multispektralen Strahlsplitter 14, welcher die IR-, sichtbaren und Laserstrahlen durchläßt und Strahlen von den modulierten Referenzquellen 21, 31, 41 in den Photodetektor 11 reflektiert, um die Nullungs- Selbstausrichtungsschleifen zu schließen. Der Photodetektor 11 ist an der Sichtlinie eines Teleskop-Strahlexpanders 16 mechanisch ausgerichtet. Ein Zweiachsen-Feinstabilisierungsspiegel 15 wird verwendet, um die IR-, sichtbaren und Laserstrahlen vor dem Teleskop-Strahlexpander 16 zu stabilisieren. Eine rauscharme, breitbandige Inertialmeßeinheit (IMU) 17 mit faseroptischem Dreiachsen-Gyroskop wird verwendet, um die Sichtlinieninertialratenstabilisierungsschleifen zu schließen, welche Lagebefehle des Feinstabilisierungsspiegels relativ zu der Sichtlinie der inneren Kardanaufhängung 12 generieren. Die Windschutzscheibe 53 ist an der äußeren Kardanaufhängung 13 festgemacht, um das Fenster 54 vor dem Teleskop-Strahlexpander 16 zu halten.
Ein Prozessor 60 ist mit dem Photodetektor 11 und der jeweiligen Referenzstrahlquelle 21, 31, 41 und Ausrichtspiegeln 28, 57 und IMU 17 gekoppelt. Der Prozessor 60 weist Software (dargestellt in Fig. 2-4) auf, welche eine Regelung mit geschlossener Schleife der Ausrichtspiegel 28, 57 auf der Grundlage des Ausgangs des Photodetektors 11 implementiert, um die Ausrichtung der Strahlen der jeweiligen Referenzquellen 21, 31, 41 einzustellen, um die optischen Strecken des IR-Sensor-Empfängers 22, des sichtbaren CCD-Sensor-Empfängers 32 und des Lasers 43 auszurichten.
Die Ausrichtung des IR-Sensor-Empfängers 22 auf die innere Kardanaufhängung 12 wird nun diskutiert werden. Ein Blockdiagramm eines optischen Servos des in Fig. 1 dargestellten Systems 10 ist in Fig. 2 gezeigt und stellt eine Ausrichtung und Stabilisierung des IR-Sensor-Empfängers 22 in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar.
Die Terme, welche sich auf Ausrichtung und Stabilisierung der optischen Bank 42 beziehen, sind wie folgt definiert. Die nachstehenden Terme und andere unten diskutierten sind in Fig. 2-4 gezeigt.
JAM ist die Trägheit des Ausrichtspiegels 28. KAM ist die Lage-Rückkopplungsschleifenverstärkung des Ausrichtspiegels 28. BEIR ist die optische Vergrößerung des IR-Relais-Strahlexpanders 26.
ΘIR/OBIR ist der Winkel des IR-Empfängers 22 relativ zu der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42. ΘSIR/OBIR ist der Winkel der IR-Referenzquelle 21 relativ zu der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42. ΘF/OBIR - ΘSF/OBIR ist der Winkel zwischen dem IR-Empfänger 22 und der Referenzquelle 21 und zeigt den mechanischen Ausrichtungsfehler an.
ΘDRIR/OBIR ist der Winkel induzierter Fehler des Derotationsmechanismus 25 relativ zu der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42. ΘFCIR/OBIR ist der Winkel induzierter Fehler des Fokusmechanismus 24 relativ zu der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42. ΘBEIR/OBIR ist der Winkel des IR- Relais-Strahlexpanders 26 relativ zu der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42. ΘOBIR/i ist der Winkel der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42 im Inertialraum.
ΘAMIR/OBIR ist der Winkel des Ausrichtspiegels 28 relativ zu der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42. Der Ausrichtspiegel 28 weist einen optischen Verstärkungsfaktor von 2 relativ zu seiner Winkelbewegung der einfallenden Strahlen auf. Die Bewegung dieses Ausrichtspiegels 28 richtet die IR- oder sichtbaren Referenzstrahlen, und damit den mitausgerichteten IR-Strahl, auf eine Detektor- Null auf der inneren Kardanaufhängung 12 aus.
Die Summe all dieser Winkel ist der Winkel des IR- Strahls und IR-Referenzstrahls, welche aus der IR/CCD- seitigen optischen Bank 42 im Inertialraum austreten.
Terme bezüglich der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42 und der inneren Kardanaufhängung 12 sind wie folgt definiert. ΘOG/i ist der Winkel igendwelcher Elemente der äußeren Kardanaufhängung 13 im Inertialraum, welche die Strahlen beeinflussen. ΘIG/i ist der Winkel der inneren Kardanaufhängung 12 im Inertialraum. ΘSIR/IG ist der Gesamtwinkel der gelenkten IR- und Referenzstrahlen relativ zu der inneren Kardanaufhängung 12 und ist der pseudokardanische IR-Referenzwinkel.
ΘPDIG/IG ist der Winkel des Photodetektors 11 relativ zu der inneren Kardanaufhängung 12, welche an der Sichtlinie des Teleskops 16 mechanisch ausgerichtet ist. &epsi;IR/IG ist der Nullwinkelfehler zwischen dem Photodetektor 11 und dem pseudokardanischen IR-Referenzwinkel, d. h., &epsi;IR/IG (θPDIG/IG - θSIR/IG). Die/der Null (winkelfehler) wird durch Schließen der Strahlnullungs-Ausrichtungsschleife des optischen Servos auf Null gebracht. T ist eine Koordinationtransformation, welche Fehler des Photodetektors in geeignete Achsenkoordinaten des Ausrichtspiegels transformiert.
Zur Vereinfachung sei die Summe aller Störwinkel einer optischen Strecke von der IR-Referenzquelle (ΘSIR/OBIR) bis zu dem Photodetektor 11 der inneren Kardanaufhängung durch ΘSUM/ODIS definiert, wobei
ΘSUM/ODIS = (1/BEIR)[ΘDRIR/OBIR + ΘFCIR/OBIR + (BEIR - 1)ΘDEIR/OBIR]ΘOEIR/i + (ΘSIR/IG)
dann ist der pseudokardanische IR-Referenzwinkel (ΘSIR/IG) gegeben durch
(ΘSIR/IG ΘSUM/ODIS + 2ΘAMIR/OBIR + (1/BEIR)ΘSIR/OBIR.
Wenn der an der Sichtlinie ausgerichtete Photodetektorwinkel als Null definiert ist (ΘPDIG/IG = 0) und die Photodetektor-Null (&epsi;IR/IG) durch den Regelungsvorgang, welcher den Ausrichtspiegel lenkt, auf Null gebracht wird (&epsi;IR/IG = ΘPDIG/IG - ΘSIR/IG = 0), dann ist der pseudokardanische IR-Referenzwinkel Null (ΘSIR/IG = 0), und der IR- Referenz- und daher der IR-Empfängerstrahl ist kontinuierlich und dynamisch an der inneren Kardanaufhängung ausgerichtet, auch wenn alle die definierten Inertial- und Kardanwinkel aus welchem Grund auch immer variieren.
Der Prozessor 60 mißt den Photodetektorausrichtungsausgangsnullfehler (&epsi;IR/IG) in zwei Achsen und wendet eine Koordinatentransformation (T) an, um die Photodetektorachsenfehler in die geeigneten Achsenkoordinaten des Ausrichtspiegels zu bringen. Die Transformation ist eine Funktion einer Ausrichtung von Spiegelachsen relativ zu Photodetektorachsen, welche mit der Drehung sowohl der inneren als auch der äußeren Kardanaufhängung rotieren. Der Prozessor 60 wendet dann eine Kompensation (KAM) hinsichtlich Verstärkungsfaktor und Phase auf den transformierten Fehlern an, um den Servoregelkreis zu stabilisieren. Der Prozessor 60 treibt dann die Trägheit des Ausrichtspiegels (JAM) mittels eines Drehmomenterzeuger- Verstärkers, bis die Spiegelstellung (ΘAMIR/OBIR) so ist, daß der Photodetektorfehler (&epsi;IR/IG) Null ist. Zusätzlich steuert bzw. regelt der Prozessor 60 die Amplitude der Strahlen der Referenzquellen, um eine konstante auf den Photodetektor 11 einfallende Leistung und ein zeitliches Multiplexen der Strahlen der mehreren Referenzquellen 21, 31, 41 aufrechtzuerhalten.
Wenn der an der Sichtlinie ausgerichtete Detektorwinkel als Null definiert ist (ΘPDIG/IG = 0) und die/der Null (winkelfehler) auf Null gebracht wird (ΘPDIG/IG - ΘSIR/IG = 0), dann ist der pseudokardanische IR-Referenzwinkel Null (ΘSIR/IG = 0), und der IR-Referenzstrahl und daher der dem IR-Sensor-Empfänger 22 zugeordnete Strahl wird kontinuierlich und dynamisch an der inneren Kardanaufhängung 12 ausgerichtet, auch wenn all die definierten Inertial- und Kardanwinkel aus welchem Grund auch immer variieren.
Die Ausrichtungsoperation für den sichtbaren CCD-Empfänger 32 ist ähnlich der des IR-Sensor-Empfängers 22, Nachdem ein Empfänger 22, 32, zu einer Zeit abtastet, d. h. zu einer Zeit nur eine optische Referenzquelle 21, 31 erregt wird, und der Ausrichtspiegel 28 bedient sowohl den IR- als auch den sichtbaren Kanal. Falls es erforderlich ist, daß beide Empfänger 22, 32 gleichzeitig abtasten, wird ein weiterer Ausrichtspiegel benötigt, um in die optische Strecke des einen oder des anderen Empfängers 22, 32 plaziert zu werden.
Nun wird eine Sichtlinienstabilisierung diskutiert werden. Ein Blockdiagramm eines optischen Servos, welches eine Sichtlinienstabilisierung des IR-Empfängers 32 in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt, ist in Fig. 2 gezeigt, und die Sichtlinienstabilisierung des Lasers 43 ist in Fig. 3 gezeigt.
Die Definition der Begriffe einer Inertialratenstabilisierungsschleife, welche sich auf ein Stabilisieren der Sichtlinie beziehen, ist wie folgt. ΘRCIG/i ist ein Sichtlinieninertialratenschleifenbefehl. IMU ist die Übertragungsfunktion der Inertialratenmeßeinheit 17. KaIG ist die Ratenstablisierungsschleifenverstärkungsfaktorübertragungsfunktion der inneren Kardanaufhängung 12. JIG ist die Trägheit der inneren Kardanaufhängung 12. ΘDIG/i ist die Drehmomentstörung der inneren Kardanaufhängung 12. ΘIG/i ist die Inertiallage der inneren Kardanaufhängung 12. &epsi;IG/i ist der Restinertiallagefehler der Inertialratenstabilisierungsschleife.
Ein Schließen der Sichtlinieninertialratenstabilisierungsschleife mit der rauscharmen, breitbandigen Inertialmeßeinheit 17 dämpft die Eingangsdrehmomentstörungen (ΘDIG/i). Der Betrag des Restinertiallagefehlers (&epsi;IG/i) ist das Maß seiner Wirksamkeit beim inertialen Stabilisieren der Sichtlinie und ist der Eingang zu den Feinstabilisierungsspiegelschleifen.
Der Prozessor 60 schließt die Inertialratenschleife, um die Sichtlinie zu stabilisieren. Die IMU 17 mißt die Inertialrate der inneren Kardanaufhängung 12, auf welcher sie montiert ist. Die Inertialratenausgangsmessung der IMU 17 wird mit der befohlenen Rate (ΘRCIG/i) verglichen. Der resultierende Ratenfehler wird integriert, um den Restinertiallagefehler (&epsi;IG/i) bereitzustellen. Der Prozessor 60 wendet dann eine Verstärkungsfaktor- und Phasenkompensation (KaIG) auf die Fehler an, um den Servo- Regelkreis zu stabilisieren. Der Prozessor 60 steuert dann die Trägheiten der inneren und äußeren Kardanaufhängung (JIG) mittels eines Drehmomenterzeuger-Verstärkers, bis die Inertialraten der Kardanaufhängung so sind, daß die Ratenfehler Null sind.
Die Terme für die Feinstabilisierungsspiegelstabilisierungsschleifen (Fig. 4) sind wie folgt definiert. BET ist die optische Vergrößerung des gemeinsamen Teleskop-Strahlexpanders 16. HSM ist der Lagerückkopplungsnormierungsfaktor des Stabilisierungsspiegels 15. KSM ist der Lageschleifenverstärkungsfaktor des Stabilisierungsspiegels 15. BET/2 ist ein elektronischer Verstärkungsfaktor- und Phasenanpaßterm, welcher auf den Eingang des Stabilisierungsspiegels 15 angewendet wird. ΘSM/IG ist die Lage des Stabilisierungsspiegels 15 relativ zu der inneren Kardanaufhängung 12.
Der Prozessor 60 schließt die Feinstabilisierungsspiegellageschleifen, um die Sichtlinie fein zu stabilisieren. Die Spiegellage wird durch den Lagesensor gemessen (HSM) Die Spiegellage wird mit der befohlenen Lage verglichen (aBET&epsi;IG/i). Der resultierende Lagefehler wird verstärkungsfaktor- und phasenkompensiert (KAM), um den Servo-Regelkreis zu stabilisieren. Der Prozessor 60 steuert dann die Spiegelträgheit (JAM) mittels eines Drehmomenterzeuger-Verstärkers, bis die Spiegellage (ΘSM/IG) so ist, daß der Lagefehler Null ist.
Der Stabilisierungsspiegel 15 weist einen optischen Verstärkungsfaktor von 2 relativ zu seiner Winkelbewegung bezüglich der einfallenden Strahlen auf. Die Bewegung des Stabilisierungsspiegels 15 lenkt die IR-, sichtbaren und Laserstrahlen, welche bei einem Winkel (ΘSIR/IG) relativ zu der inneren Kardanaufhängung 12 ausgerichtet sind, als eine Funktion des Restinertiallagefehlers (&epsi;IG/i). Der relativ zu der inneren Kardanaufhängung 12 gelenkte Strahl und die Inertiallage der inneren Kardanaufhängung 12 wirken zusammen, um eine in hohem Maße stabilisierte Inertialsichtlinie (ΘLOS/i) zu ergeben.
Wenn ein auf den Restinertiallagefehler (EIG/i) angewendeter elektronischer Verstärkungsfaktor (aBET/2) in Betrag und Phase derart eingestellt wird, daß der Term "a" die Inverse der Übertragungsfunktion des Regelkreises des Stabilisierungsspiegels (GSM) und die Inertialverwaltungseinheitsübertragungsfunktion (a ~ 1/GSMIMU) eng anpaßt, nähert sich der Inertialsichtlinienwinkelfehler (ΘLOS/i) Null an.
ΘLOS/I = (ΘSIR/IG +2 [HSM][aBET/2][&epsi;GI/i]) + ΘGI/I = (ΘSIR/IG + 2[HSM][aBET/2][-IMUΘIG]]) + ΘGI/I = 0
ΘLOS/I = (ΘSIR/IG + 2[HSM][(1/HSMIMU)BET/2][ - IMUΘIG]) + ΘIG/I = (ΘSIR/G - ΘIG) + ΘIG/I = 0
für (ΘSIR/IG = 0, &epsi;IG/i = -IMUΘIG/i und a - 1/HSMIMU.
Eine Ausrichtung des Lasers 43 auf die innere Kardanaufhängung wird nun diskutiert werden. Die Ausrichtung und Stabilisierung der Sichtlinie des Lasers ist der Ausrichtung des IR-Empfängers 22 und CCD-Empfängers 32 ähnlich mit der Ausnahme, daß die Laser-Referenzquelle 41 verwendet wird, um die Ausrichtungsschleife durch Ansteuern des Laser-Ausrichtspiegels 57 zu schließen. Das Blockdiagramm eines optischen Servos diesbezüglich ist in Fig. 3 dargestellt zur Laserausrichtung und -stabilisierung.
Die Terme bezüglich einer Laserausrichtung sind wie folgt definiert. BEL ist die optische Vergrößerung des Laserstrahlexpanders 45. JAM ist die Trägheit des Laserausrichtspiegels 57. KAM ist der Lageschleifenverstärkungsfaktor des Laserausrichtspiegels 57.
ΘL/OBL ist der Winkel des Lasers 43 relativ zu der laserseitigen optischen Bank 56. ΘSL/OBL ist der Winkel der Laser-Referenzquelle 41 relativ zu der laserseitigen optischen Bank 56. ΘBEL/OBL ist der Winkel des Laserstrahlexpanders 45 relativ zu der laserseitigen optischen Bank 56. ΘL/OBL - ΘSL/OBL ist der Winkel zwischen dem Laser 43 und der Laser-Referenzquelle 41, was der mechanische Ausrichtungsfehler ist.
ΘOBL/i ist der Winkel der laserseitigen optischen Bank 56 im Inertialraum. ΘAML/OBIR ist der Winkel des Laserausrichtspiegels 57 relativ zu der IR-CCD-seitigen optischen Bank 42. Der Laserausrichtspiegel 57 weist einen optischen Verstärkungsfaktor von 2 relativ zu seiner Winkelbewegung bezüglich der einfallenden Laser- und Referenzstrahlen auf. Die Bewegung des Laserausrichtspiegels 57 richtet den Laser-Referenzstrahl und daher den mitausgerichteten Laserstrahl auf eine Detektor-Null auf der inneren Kardanaufhängung 12 aus.
ΘBCIR/OBIR ist der Winkel des Strahlkombinators auf der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42. ΘBIR/i ist der Winkel der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42 im Inertialraum. ΘAMIR/OBIR ist der Winkel des Ausrichtspiegels 28 relativ zu der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42.
Die Summe all dieser Winkel ist der Winkel des Laserstrahls und Laser-Referenzstrahls, welche aus der IR/CCD- seitigen optischen Bank 42 im Inertialraum austreten.
Die Terme, welche sich auf eine Ausrichtung von der IR/CCD-seitigen optischen Bank 42 an der inneren Kardanaufhängung 12 beziehen, sind wie folgt definiert. ΘOG/i ist der Winkel irgendwelcher Elemente auf der äußeren Kardanaufhängung 13 im Inertialraum, welche die Strahlen beeinflussen. ΘIG/i ist der Winkel der inneren Kardanaufhängung 12 im Inertialraum. ΘSL/IG ist der Gesamtwinkel der gelenkten Laser- und Referenzstrahlen relativ zu der inneren Kardanaufhängung 12 und ist der pseudokardanische Laserreferenzwinkel.
ΘPDIG/IG ist der Winkel des Photodetektors 11 relativ zu der inneren Kardanaufhängung 12, welche an der Sichtlinie des Teleskops 16 mechanisch ausgerichtet ist. &epsi;L/IG ist der Nullwinkelfehler zwischen dem Photodetektor 11 und dem pseudokardanischen Laserreferenzwinkel (ΘPDIG/IG - ΘSL/IG). Die/der Null (winkelfehler) wird durch Schließen der Strahlnullungslaserausrichtungsschleife des optischen Servos auf Null gebracht. T ist eine Koordinatentransformation, um die Photodetektorfehler in geeignete Achsenkoordinaten des Ausrichtspiegels zu bringen.
Wenn der Detektorwinkel als Null definiert ist (ΘPDIG/IG = 0) und die/der Null (winkelfehler) auf Null gebracht wird (ΘPDIG/IG - ΘSL/IG = 0), ist der pseudokardanische Laserreferenzwinkel Null (ΘSL/IG = 0), und die Laser-Referenzquelle 41 und daher der Laserstrahl wird kontinuierlich und dynamisch auf die innere Kardanaufhängung 12 ausgerichtet, auch wenn all die definierten Inertial- und Kardanwinkel aus welchem Grund auch immer variieren.
Die Stabilisierung der Sichtlinie des Lasers 43 ist der Stabilisierung der IR- und sichtbaren Empfänger 22, 32 äquivalent, nachdem all die Strahlen auf den gleichen, auf der Kardanaufhängung befindlichen Photodetektor 11 ausgerichtet werden, und sie alle die selbe optischen Strecke in der Vorwärtsrichtung, d. h. auf den Feinstabilisierungsspiegel 15 und das Teleskop 16 hin teilen.
Die Laser-Selbstausrichtung ist der Selbstausrichtung des IR-Empfängers ähnlich, und zur Vereinfachung sei die Summe aller Störwinkel einer optischen Strecke von der Laser-Referenzquelle (ΘSL/OBL) bis zu dem Photodetektor 11 der inneren Kardanaufhängung durch ΘSUM/ODIS definiert, wobei
ΘSUM/ODIS = (1/BEL)[ΘL/OBL + (BEL - 1)ΘBEL/OBL]ΘBCIR/OBIR + ΘOBIR/i + 2ΘAMIR/OBIR + ΘOG/i
dann ist der pseudokardanische IR-Referenzwinkel (ΘSL/IG) gegeben durch:
(ΘSL/IG = ΘSUM/ODISL + 2ΘAMIL/OBIR +(1/BEL)ΘSL/OBL.
Wenn der an der Sichtlinie ausgerichtete Photodetektorwinkel als Null definiert ist (ΘPDIG/IG = 0) und die Photodektor-Null (&epsi;L/IG) durch die Tätigkeit der geschlossenen Schleife, welche den Ausrichtspiegel lenkt, auf Null gebracht wird (&epsi;L/IG = ΘPDIG/IG - ΘSL/IG = 0), dann ist der pseudokardanische Laser-Referenzwinkel Null (ΘSL/IG = 0), und der Laserreferenz- und daher der Laserstrahl wird kontinuierlich und dynamisch an der inneren Kardanaufhängung 12 ausgerichtet, auch wenn all die definierten Inertial- und Kardanwinkel aus welchem Grund auch immer variieren.
Der Prozessor 60 mißt den Photodetektorausrichtungsausgangsnullfehler (&epsi;L/IU) in zwei Achsen und wendet eine Koordinatentransformation (T) an, um die Photodetektorachsenfehler in die geeigneten Achsenkoordinaten des Ausrichtspiegels zu bringen. Die Transformation ist eine Funktion einer Orientierung der Spiegelachsen relativ zu Photodetektorachsen, welche mit der Rotation der Winkel sowohl der inneren als auch der äußeren Kardanaufhängung rotieren. Der Prozessor wendet dann eine Verstärkungsfaktor- und Phasenkompensation (KAM) an den transformierten Fehlern an, um den Servo-Regelkreis zu stabilisieren. Der Prozessor 60 treibt dann die Ausrichtspiegelträgheit (JAM) mittels eines Drehmomenterzeuger-Verstärkers, bis die Spiegellage (ΘAML/OBIR) so ist, daß der Photodetektorfehler (&epsi;L/IG) Null ist.
Eine umgekehrte Selbstausrichtungskonfiguration kann auch mit dem Photodetektor 11, welcher die optischen Referenzquellen 21, 31, 41 ersetzt, und einer optischen Referenzquelle 21, welche den Photodetektor 11 ersetzt, d. h. einer einzigen optischen Quelle 21, welche an der Sichtlinie des Teleskops 16 auf der Kardanaufhängung, und zwei Photodetektoren 11, von denen jeder an den Empfängern 22, 32 ausgerichtet ist, und einem Laser außerhalb der Kardanaufhängung implementiert werden. Jede Konfiguration hat ihre relativen Vorteile und Nachteile. Welche Konfiguration implementiert wird, hängt von der Auswahl von Kriterien ab, die für einen Systementwickler wichtig sind, wie etwa Betriebsverhalten, Kosten, Zuverlässigkeit, Herstellbarkeit, Leistung, Gewicht, und Volumen etc.
Tests wurden durchgeführt, um das Betriebsverhalten der vorliegenden Erfindung zu verifizieren. Ein Vorserienaufbau enthaltend eine FLIR-Optik verbesserter Zielwertermittlung, eine optische Bank 42 und einen IR-Verstärker 22, welcher einen Laser 43 und eine analoge Version des Selbstausrichuungssystem 10 enthielt, wurde in der Funktion qualitativ und quantitativ getestet. Ein Störspiegel wurde zu der laserseitigen optischen Strecke hinzugefügt, um dynamische Winkelstörungen zu simulieren, um die Fähigkeit des Selbstausrichtungssystems 10 zu demonstrieren, sowohl eine anfängliche statische Fehlausrichtung der Sichtlinie von IR-Sensor (IR-Empfänger 22) und Laser 43 zu korrigieren als auch eine kontinuierliche dynamische Korrektur der Sichtlinie bereitzustellen. Ein Servo-Blockdiagramm, welches das Selbstausrichtungssystem 10 und eine zeitlich gemultiplexte Referenzquellenmodulation darstellt, ist in Fig. 4 gezeigt.
Somit ist ein System zum Bereitstellen einer Sichtlinienausrichtung und -stabilisierung von passiven und aktiven elektro-optischen Sensoren, welche sich nicht auf einer Kardanaufhängung befinden, offenbart worden. Es ist zu verstehen, daß die zuvor beschriebene Ausführungsform nur veranschaulichend von einigen der vielen speziellen Ausführungsformen, welche Anwendungen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind, ist. Natürlich können durch den Fachmann zahlreiche und andere Anordnungen ersonnen werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Optische Vorrichtung (10) zur Verwendung bei der Selbstausrichtung optischer Sichtlinienstrecken wenigstens eines Sensors (20, 30) und eines Lasers (43), wobei die Vorrichtung aufweist:

wenigstens eine Referenzquelle (21, 31) zur Ausgabe wenigstens eines Referenzstrahles, der optisch mit der Sichtlinie des wenigstens einen Sensors ausgerichtet ist;

eine Laser-Referenzquelle (41) zur Ausgabe eines Laserreferenzstrahles, der optisch mit der Sichtlinie des Lasers ausgerichtet ist;

einen Laserausrichtungsspiegel (57) zur Einstellung der Ausrichtung der Sichtlinie des Laserstrahls;

einen Sensorausrichtungsspiegel (28) zur Einstellung der Ausrichtung des wenigstens einen Sensors;

eine Kombinationsoptik (23) zum Koppeln der Mehrzahl von Referenzstrahlen entlang eines gemeinsamen optischen Pfades;

eine kardanische Vorrichtung (12, 14);

einen Detektor (11), der an der kardanischen Vorrichtung angeordnet ist, um die Mehrzahl von Referenzstrahlen zu erkennen;

einen Feinstabilisierungsspiegel (15), der an der kardanischen Vorrichtung angeordnet ist, um die Sichtlinie der optischen Pfade des wenigstens einen Sensors und des Lasers einzustellen; und

einen Prozessor (60), der mit dem Detektor, dem Laserausrichtungsspiegel, dem Sensorausrichtungsspiegel und dem Feinstabilisierungsspiegel verbunden ist, um Signale zu verarbeiten, welche von dem Detektor erkannt wurden und um Steuersignale an die jeweiligen Spiegel auszugeben, um die optischen Sichtlinienstrecken von Sensor und Laser auszurichten.

2. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Sensor (20, 30) gekennzeichnet ist durch einen Infrarotsensor (20) und die wenigstens eine Referenzquelle (21, 31) durch eine Infrarot-Referenzquelle (21) gekennzeichnet ist.

3. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Sensor (20) durch einen Sichtsensor (30) gekennzeichnet ist und die wenigstens eine Referenzquelle (21, 31) durch eine Sicht-Referenzquelle (31) gekennzeichnet ist.

4. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Sensor (20) weiterhin gekennzeichnet ist durch einen Sichtsensor (30) und die wenigstens eine Referenzquelle (21, 31) weiterhin durch eine Sicht-Referenzquelle (31) gekennzeichnet ist.

5. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Infrarot-Referenzquelle (21), die Sicht-Referenzquelle (31) und die Laser-Referenzquelle (41) Zeit-gemultiplexte modulierte Referenzquellen (21, 31, 41) aufweisen.

6. Die Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der Detektor (11) durch einen Fotodetektor (11) gekennzeichnet ist.