WO2011110265A1 - Scannermodul zur zielvermessung - Google Patents

Scannermodul zur zielvermessung Download PDF

Info

Publication number
WO2011110265A1
WO2011110265A1 PCT/EP2011/000572 EP2011000572W WO2011110265A1 WO 2011110265 A1 WO2011110265 A1 WO 2011110265A1 EP 2011000572 W EP2011000572 W EP 2011000572W WO 2011110265 A1 WO2011110265 A1 WO 2011110265A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
scanner module
laser beam
target
laser beams
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/000572
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Eisenhauer
Peter Thoren
Original Assignee
Rheinmetall Defence Electronics Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinmetall Defence Electronics Gmbh filed Critical Rheinmetall Defence Electronics Gmbh
Publication of WO2011110265A1 publication Critical patent/WO2011110265A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/2683—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile with reflection of the beam on the target back to the weapon
    • F41G3/2688—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile with reflection of the beam on the target back to the weapon using target range measurement, e.g. with a laser rangefinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/265—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile with means for selecting or varying the shape or the direction of the emitted beam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/2655—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile in which the light beam is sent from the weapon to the target
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/26—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying
    • F41G3/2616—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device
    • F41G3/2622—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile
    • F41G3/2666—Teaching or practice apparatus for gun-aiming or gun-laying using a light emitting device for simulating the firing of a gun or the trajectory of a projectile with means for selecting or varying PRF or time coding of the emitted beam
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Definitions

  • the present invention relates to a scanner module for targeting in particular a cooperative ZieJs.
  • the target is preferably cooperative, so is set up to cooperate with the measurement system.
  • the target has, for example, a receiver compatible with the measuring system and / or a reflector, for example a retroreflector.
  • the target measurement scanner module has at least one first laser assembly for generating a target detection laser beam, at least one second laser assembly for generating a data transmission laser beam, at least one deflection unit for deflecting the laser beams, at least one detector for detecting a target detection laser beam reflected at a target
  • CONFIRMATION COPY and a control unit, wherein the at least one first laser assembly is configured to generate a target detection laser beam in the 1550nm band.
  • the position of the target is determined while the data transmission laser beam data such as the identification of a weapon, information about ammunition, information about the firing of a weapon, the determined direction of the target relative to a reference, for example, a reference axis, the scanner module or other Transfers data to the destination.
  • the deflection unit deflects the laser beams relative to the scanner module.
  • a deflection unit can be provided for each laser beam, however, the scanner module preferably has exactly one deflection unit for all target detection laser beams and all data transmission laser beams.
  • the detector detects a target detection laser beam reflected from the target.
  • the control unit is set up to control the laser assemblies and the deflection unit and to evaluate the output signal of the detector and, in particular, to calculate the position of the target therefrom.
  • the control unit is preferably set up to take into account the running time of the target detection laser beam during the position determination.
  • target laser beams and data transmission laser beams are used in the plural, even if the scanner module generates only one target detection laser beam or only one data transmission laser beam.
  • the target detection laser beam can have higher energy than a laser beam in the visible spectrum, further increasing the range of the scanner module.
  • This band also has improved transmission properties in the atmosphere.
  • reflectors at the target with a diameter of 40mm or less.
  • the target detection laser beam preferably corresponds to the strictest interpretation of laser class 1. If a laser beam is in the 1550 nm band, this means that the laser beam has a wavelength within this wavelength band. Preferably, the target detection laser beam has a wavelength of exactly 1550nm.
  • the targeting laser has a wavelength in a band containing the wavelength 1550nm, for example, in the middle of the band.
  • the width of the wavelength band is, for example, 100nm, 50nm, 25nm, 10nm or 5nm.
  • the at least one second laser assembly is adapted to generate a data transmission laser beam in the 905nm band.
  • Targets for known battlefield simulators have receivers for data-containing laser beams in the 905nm band and thus can be used without retrofitting together with the scanner module according to the invention. Since the data transmission laser beams, unlike the target detection laser beams, only have to travel the easy distance to the target, the 905nm band can be used. Similar to the target detection laser beam, the data transmission laser beam has a wavelength of exactly 905nm or is in a wavelength band having a certain width including 905nm. The data transmission laser beam preferably corresponds to the strictest interpretation of laser class 1.
  • control unit is configured to measure the transit time of the reflected target detection laser beam. This results in the distance of the reflector and thus of the target from the scanner module.
  • the laser assemblies are adapted to generate fan laser beams.
  • Fan laser beams are laser beams whose expansion increases with increasing distance from the laser assembly.
  • the cross section of a fan laser beam in a plane perpendicular to the propagation direction is bar-shaped.
  • the laser beams can therefore also be referred to as laser bars.
  • both the target detection laser beams and the data transmission laser beams are fan-shaped.
  • a fan-shaped target detection laser beam is preferably deflected by the deflection unit one-dimensionally over an angular range, wherein the line over which the laser beam is deflected preferably not lying in the plane of the fan beam.
  • the target detection laser beam is reflected, this means that the reflector and thus the target lies in the plane which the fan of the target detection laser beam has illuminated at the moment. If the distance of the target from the scanner module is known, for example from the transit time of the target detection laser beam, then the circular arc on which the target is located is known. At a sufficiently large distance this arc can be approximated as a straight line.
  • the scanner module preferably has two first laser assemblies whose fan laser beams are at an angle to one another. This means that the planes in which the fan laser beams lie intersect at an angle. The intersection line of the planes is parallel to the propagation direction of the laser beams, in particular to the propagation direction in the middle of the compartments. If the two fan laser beams are deflected, they respectively illuminate the reflector of the target at a certain deflection. Both fan laser beams result in a circular arc or a straight line on which the target is located. The point at which the target is located now results from the intersection of the circular arcs or straight lines.
  • the scanner module has a single first laser assembly whose line-shaped targeting laser beam is deflected over a solid angle range, for example in a zigzag pattern.
  • the solid angle into which the laser beam is deflected when reflected by the target corresponds to the direction of the target.
  • a laser assembly includes a collimator for confining the laser beam generated by it.
  • the collimator generates the desired shape of the laser beam.
  • each laser assembly that is to say each first laser assembly and every second laser assembly, has a collimator.
  • control unit is adapted to perform a correction calculation that compensates for a positional offset of the laser beams.
  • a positional offset occurs, for example, when the target detection laser beams and the data transmission laser beams have a different wavelength and the deflection characteristics of the deflection unit are wavelength-dependent.
  • the laser assemblies and the deflection unit are arranged and arranged such that the apertures of the target detection laser beams and the data transmission laser beams are coincident. This means that the starting points of the laser beams are as close as possible to each other. This minimizes deviations in the position determination.
  • the scanner module has a slit diaphragm in the propagation path of at least one laser beam.
  • a slit diaphragm is provided for each laser beam.
  • the slit is preferably located at the focal point of a collimator.
  • the collimator forms the emission surface of the laser, for example the laser diode which generates the laser beam, at infinity.
  • the expansion of the laser beam is minimized with increasing distance from the scanner module.
  • the combination of the collimator with its acceptance angle and the slit diaphragm suppresses higher modes of a laser beam than the fundamental mode.
  • a laser assembly is adapted to generate a pulsed laser beam.
  • each first laser assembly generates a pulsed target detection laser beam.
  • the control unit is configured to filter the output signal of the detector.
  • the filtering may be, for example, low-pass filtering, averaging or other suitably digital methods.
  • the scanner module is adapted by appropriate evaluation algorithms to the respective weather conditions.
  • the deflection unit has two wedge-shaped, relatively rotatable prisms.
  • the prisms are rotatable relative to a laser assembly. Due to the optical refractive properties of the prisms and the change of their rotational positions, the deflection of the laser beam takes place. Continuous rotation of the two prisms produces a periodic, sinusoidal deflection of the laser beams.
  • the deflection unit preferably has an independently controllable drive for each prism. This allows a synchronization of the prisms, which leads to an accuracy of the target measurement of 0.1 mrad or better.
  • the detector is preceded by a receiving optics, which is passed through before the detection of the reflected target detection laser beam.
  • the receiving optics is designed in particular as a circular segment, which allows a coaxial structure of the scanner module. Thus, no beam splitter is necessary for the transmit and receive paths, which increases the energy efficiency and sensitivity of the scanner module.
  • the height of the circle segment is preferably over 50%, for example 75%, 80%, 85%, 90% or 95%, of the circle diameter. This means that the center angle of the circle segment is at least 180 degrees, the circle segment in the plan view therefore covers more than half of a full circle.
  • FIG. 1 shows the structure of a scanner module according to the invention
  • Figure 2 shows a possible arrangement of the laser profiles
  • FIG. 3 shows a lens in the receiving optics of the scanner module.
  • the scanner module 1 shows schematically a partial section of a scanner module 1.
  • the scanner module 1 has two first laser assemblies 9, three second laser assemblies not shown, a drive 2 for a deflection unit, a receiving optics 3 including detectors 5 for a reflected laser beam, five collimators 4 and a two-part Control unit with an evaluation unit 6 and an electronics 7.
  • the first two laser assemblies 9 are adapted to each generate a fan-shaped target detection laser beam in the 1550nm band.
  • the three second laser assemblies are adapted to each generate a fan-shaped data transmission laser beam in the 905nm band.
  • the five laser beams thus generated are each formed by one of the collimators 4 and deflected by the common deflection unit. At least the target detection laser beams are pulsed.
  • Figure 2 schematically shows an arrangement of the profiles of the target detection laser beams 10 and the data transmission laser beams 11.
  • the two target detection laser beams are in two planes which intersect at an angle of 90 degrees.
  • Two of the data transmission laser beams are in two planes that also intersect at a 90 degree angle.
  • the third data transmission laser beam lies in a plane that is 45 degrees to the other two planes.
  • a receiver at a destination can receive at least one of the data transmission laser beams 11 regardless of its rotational position with respect to the scanner module 1.
  • a cross-shaped aperture 12 is arranged.
  • Each of the two lines of the diaphragm is associated with a detector 5. The lines are geometrically in accordance with the beam profiles of the target detection laser beams 10 for optimum energy efficiency.
  • the target detection laser beams 10 and the data transmission laser beams 11 are simultaneously preferably deflected periodically over an angle of preferably at least 45 degrees, at least 60 degrees or at least 90 degrees.
  • the deflection takes place one-dimensionally about an axis, in the present embodiment, horizontal. If a target detection laser beam 10 encounters a cooperative target, then the back reflection, ie the reflected laser beam, is detected by the detector 5. From the emission direction of the laser beam at the time of the back reflection results in a plane in which the target is located. Optionally, the time is corrected for the duration of the laser beam to the target and back, but this is not absolutely necessary in a slow distraction. From the running time of the laser beam, the evaluation unit 6 calculates the distance of the target from the scanner module 1, so that now the circular arc is known, on which the target is located. At an appropriate distance this arc can be approximated as a straight line.
  • a second arc or a second straight line is known on which the target is located.
  • the evaluation unit 6 calculates the intersection of the circular arcs or the straight line and thus determines the position of the target relative to a reference of the scanner module 1.
  • This reference is preferably a reference axis like the longitudinal axis of the scanner module, which is perpendicular to the paper plane in FIG.
  • the electronics 7 receives the position of the target from the evaluation unit 6.
  • the electronics 7 is adapted to drive the drives 2 and the laser assemblies.
  • the electronics 7 are adapted to encode data to be transmitted to the destination in the data transmission laser beams 11, for example by a modulation of laser pulses.
  • FIG. 3 schematically shows a lens of the receiving optics 3 in a plan view (left) and a side view (right). The lens is tangentially ground in the upper region in order not to cover the outlet opening of the collimators 4, which are arranged in the cut circle segment.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Scannermodul (1) zur Zielvermessung, aufweisend mindestens eine erste Laserbaugruppe (9) zur Erzeugung eines Zielerfassungslaserstrahls (10), mindestens eine zweite Laserbaugruppe zur Erzeugung eines Datenübermittlungslaserstrahls (11), mindestens eine Ablenkeinheit zur Ablenkung der Laserstrahlen, mindestens einen Detektor (5) zur Detektion eines an einem Ziel reflektierten Zielerfassungslaserstrahls (10) und eine Steuereinheit (6, 7), wobei die mindestens eine erste Laserbaugruppe (9) dazu eingerichtet ist, einen Zielerfassungslaserstrahl (10) im 1550nm-Band zu erzeugen.

Description

B E S C H R E I B U N G
Scannermodul zur Zielvermessung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Scannermodul zur Zielvermessung insbesondere eines kooperativen ZieJs.
In vielen Anwendungen, wie beispielsweise Simulatoren bei Gefechtsübungen, ist es notwendig, eine Zielvermessung bezogen auf eine dem Messsystem eigene (optische) Achse durchzuführen und Daten an das Ziel zu übertragen. Das Ziel ist dabei bevorzugt kooperativ, ist also dazu eingerichtet, mit dem Messsystem zusammenzuarbeiten. Dazu weist das Ziel beispielsweise einen zum Messsystem kompatiblen Empfänger und/oder einen Reflektor, beispielsweise einen Retroreflektor, auf.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Messsystem in Form eines Scannermoduls bereitzustellen, das in einer Vielzahl von Szenarien einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Scannermodul, wie es im unabhängigen Anspruch 1 beschrieben ist. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Scannermodul zur Zielvermessung weist mindestens eine erste Laserbaugruppe zur Erzeugung eines Zielerfassungslaserstrahls, mindestens eine zweite Laserbaugruppe zur Erzeugung eines Datenübermittlungslaserstrahls, mindestens eine Ablenkeinheit zur Ablenkung der Laserstrahlen, mindestens einen Detektor zur Detektion eines an einem Ziel reflektierten Zielerfassungslaserstrahls
BESTÄTIGUNGSKOPIE und eine Steuereinheit auf, wobei die mindestens eine erste Laserbaugruppe dazu eingerichtet ist, einen Zielerfassungslaserstrahl im 1550nm-Band zu erzeugen.
Mittels des Zielerfassungslaserstrahls wird die Position des Ziels ermittelt, während der Datenübermittlungslaserstrahl Daten wie die Identifikation einer Waffe, Informationen über Munition, Informationen über das Abfeuern einer Waffe, die ermittelte Richtung des Ziels bezogen auf eine Referenz, zum Beispiel eine Referenzachse, des Scannermoduls oder sonstige Daten an das Ziel überträgt. Die Ablenkeinheit lenkt die Laserstrahlen relativ zu dem Scannermodul ab. Prinzipiell kann für jeden Laserstrahl eine Ablenkeinheit vorgesehen sein, bevorzugt weist das Scannermodul jedoch genau eine Ablenkeinheit für alle Zielerfassungslaserstrahlen und alle Datenübermittlungslaserstrahlen auf. Der Detektor erfasst einen von dem Ziel reflektierten Zielerfassungslaserstrahl. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Laserbaugruppen und die Ablenkeinheit anzusteuern und das Ausgangssignal des Detektors auszuwerten und insbesondere daraus die Position des Ziels zu berechnen. Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Laufzeit des Zielerfassungslaserstrahls bei der Positionsbestimmung zu berücksichtigen.
In diesem Dokument werden die Begriffe Zielerfassungslaserstrahlen und Datenübermittlungslaserstrahlen im Plural verwendet, auch wenn das Scannermodul nur einen Zielerfassungslaserstrahl oder nur einen Datenübermittlungslaserstrahl erzeugt.
Durch die Verwendung eines Zielerfassungslaserstrahls im 1550nm-Band haben unterschiedliche meteorologische Bedingungen, wie sie bei der Nutzung des Scannermoduls im Freien auftreten können, einen geringeren Einfluss auf dessen Funktionsfähigkeit als Laserstrahlen in anderen Frequenzbändern. Da das menschliche Auge in diesem Frequenzband unempfindlich ist, kann der Zielerfassungslaserstrahl eine höhere Energie aufweisen als ein Laserstrahl im sichtbaren Spektrum, wodurch die Reichweite des Scannermoduls weiter erhöht wird. Dieses Band hat außerdem verbesserte Transmissionseigenschaften in der Atmosphäre. Insbesondere ist es möglich, Reflektoren am Ziel mit einem Durchmesser von 40mm oder weniger zu verwenden. Bevorzugt entspricht der Zielerfassungslaserstrahl der strengsten Interpretation der Laserklasse 1. Wenn ein Laserstrahl im 1550nm-Band liegt bedeutet dies, dass der Laserstrahl eine Wellenlänge innerhalb dieses Wellenlängenbandes aufweist. Bevorzugt hat der Zielerfassungslaserstrahl eine Wellenlänge von genau 1550nm. Alternativ hat der Zielerfassungslaser eine Wellenlänge in einem Band, das die Wellenlänge 1550nm enthält, beispielsweise in der Mitte des Bandes. Die Breite des Wellenlängenbandes beträgt beispielsweise 100nm, 50nm, 25nm, 10nm oder 5nm.
Bevorzugt ist die mindestens eine zweite Laserbaugruppe dazu eingerichtet, einen Datenübermittlungslaserstrahl im 905nm-Band zu erzeugen. Ziele für bekannte Gefechtsfeldsimulatoren weisen Empfänger für Daten enthaltende Laserstrahlen im 905nm-Band auf und können somit ohne Umrüstung zusammen mit dem erfindungsgemäßen Scannermodul verwendet werden. Da die Datenübermittlungslaserstrahlen im Gegensatz zu den Zielerfassungslaserstrahlen nur die einfache Entfernung zum Ziel zurücklegen müssen, kann das 905nm-Band verwendet werden. Analog zum Zielerfassungslaserstrahl weist der Datenübermittlungslaserstrahl eine Wellenlänge von genau 905nm auf oder liegt in einem Wellenlängenband mit einer gewissen Breite, das 905nm enthält. Bevorzugt entspricht der Datenübermittlungslaserstrahl der strengsten Interpretation der Laserklasse 1.
In vorteilhafter Weise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Laufzeit des reflektierten Zielerfassungslaserstrahls zu messen. Daraus ergibt sich der Abstand des Reflektors und damit des Ziels von dem Scannermodul.
Bevorzugt sind die Laserbaugruppen dazu eingerichtet, Fächerlaserstrahlen zu erzeugen. Fächerlaserstrahlen sind Laserstrahlen, deren Ausdehnung mit wachsender Entfernung von der Laserbaugruppe zunimmt. Der Querschnitt eines Fächerlaserstrahls in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ist balkenförmig. Die Laserstrahlen können daher auch als Laserbalken bezeichnet werden. Bevorzugt sind sowohl die Zielerfassungslaserstrahlen als auch die Datenübermittlungslaserstrahlen fächerförmig. Ein fächerförmiger Zielerfassungslaserstrahl wird von der Ablenkeinheit bevorzugt eindimensional über einen Winkelbereich abgelenkt, wobei die Linie, über die der Laserstrahl abgelenkt wird, bevorzugt nicht in der Ebene des Fächerstrahls liegt. Wird der Zielerfassungslaserstrahl reflektiert, so bedeutet dies, dass der Reflektor und damit das Ziel in derjenigen Ebene liegt, die der Fächer des Zielerfassungslaserstrahls in dem Moment ausgeleuchtet hat. Ist die Entfernung des Ziels vom Scannermodul bekannt, beispielsweise aus der Laufzeit des Zielerfassungslaserstrahls, so ist der Kreisbogen bekannt, auf dem sich das Ziel befindet. Bei einer ausreichend großen Entfernung kann dieser Kreisbogen als Gerade approximiert werden.
Weiterhin bevorzugt weist das Scannermodul zwei erste Laserbaugruppen auf, deren Fächerlaserstrahlen in einem Winkel zueinander stehen. Das bedeutet, dass sich die Ebenen, in denen die Fächerlaserstrahlen liegen, unter einem Winkel schneiden. Die Schnittgerade der Ebenen ist parallel zur Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlen, insbesondere zu der Ausbreitungsrichtung in der Mitte der Fächer. Werden die beiden Fächerlaserstrahlen abgelenkt, so leuchten sie jeweils bei einer bestimmten Ablenkung den Reflektor des Ziels aus. Beide Fächerlaserstrahlen ergeben einen Kreisbogen beziehungsweise eine Gerade, auf der sich das Ziel befindet. Der Punkt, an dem sich das Ziel befindet, ergibt sich nun aus dem Schnittpunkt der Kreisbögen beziehungsweise Geraden.
In einer der möglichen Alternativen weist das Scannermodul eine einzige erste Laserbaugruppe auf, deren linienförmiger Zielerfassungslaserstrahl über einen Raumwinkelbereich abgelenkt wird, beispielsweise in einem Zick-Zack-Muster. Der Raumwinkel, in den der Laserstrahl abgelenkt ist, wenn er vom Ziel reflektiert wird, entspricht der Richtung des Ziels.
Wenn ein Laserstrahl eine räumliche Ausdehnung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung aufweist, so überstreicht der Laserstrahl den Reflektor für einen gewissen Zeitraum, in dem der Zielerfassungslaserstrahl reflektiert und vom Detektor des Scannermoduls detektiert wird. Die Ablenkungsrichtung, die in der Mitte dieses Zeitraums vorliegt, entspricht der Richtung des Ziels. Daher ist die Steuereinheit bevorzugt dazu eingerichtet, diejenige Ablenkungsrichtung zur Ermittlung der Position des Ziels zu verwenden, die in der Mitte des Detektionszeitraums liegt. In einer Ausgestaltungsform der Erfindung enthält eine Laserbaugruppe einen Kollimator zur räumlichen Begrenzung des von ihr erzeugten Laserstrahls. Durch den Kollimator wird die gewünschte Form des Laserstrahls erzeugt. Insbesondere weist jede Laserbaugruppe, also jede erste Laserbaugruppe und jede zweite Laserbaugruppe, einen Kollimator auf.
Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, eine Korrekturrechnung durchzuführen, die einen Lageversatz der Laserstrahlen kompensiert. Ein solcher Lageversatz tritt beispielsweise dann auf, wenn die Zielerfassungslaserstrahlen und die Datenübermittlungslaserstrahlen eine unterschiedliche Wellenlänge aufweisen und die Ablenkungseigenschaften der Ablenkeinheit wellenlängenabhängig sind.
Weiterhin bevorzugt sind die Laserbaugruppen und die Ablenkeinheit derart angeordnet und eingerichtet, dass die Aperturen der Zielerfassungslaserstrahlen und der Datenübermittlungslaserstrahlen in Deckung sind. Dies bedeutet, dass die Ausgangspunkte der Laserstrahlen möglichst nah beieinander liegen. Dadurch werden Abweichungen bei der Positionsermittlung minimiert.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist das Scannermodul eine Schlitzblende im Ausbreitungspfad mindestens eines Laserstrahls auf. Bevorzugt ist für jeden Laserstrahl eine Schlitzblende vorgesehen. Die Schlitzblende befindet sich bevorzugt im Brennpunkt eines Kollimators. In Kombination mit der Schlitzblende bildet der Kollimator die Emissionsfläche des Lasers, also beispielsweise der Laserdiode, die den Laserstrahl erzeugt, im Unendlichen ab. Dies führt dazu, dass die Aufweitung des Laserstrahls mit zunehmendem Abstand vom Scannermodul minimiert wird. Durch die Kombination aus dem Kollimator mit seinem Akzeptanzwinkel und der Schlitzblende werden außerdem höhere Moden eines Laserstrahls als die Grundmode unterdrückt.
Bevorzugt ist eine Laserbaugruppe dazu eingerichtet, einen gepulsten Laserstrahl zu erzeugen. Insbesondere erzeugt jede erste Laserbaugruppe einen gepulsten Zielerfassungslaserstrahl. Mit einem gepulsten Laserstrahl kann besonders einfach die Laufzeit des reflektierten Zielerfassungslaserstrahls bestimmt werden. Optional ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, das Ausgangssignal des Detektors zu filtern. Bei der Filterung kann es sich beispielsweise um eine Tiefpassfilterung, eine Mittelwertbildung oder andere geeignet digitale Verfahren handeln. Durch die Filterung werden beispielsweise Pulse des Zielerfassungslasers, die nicht reflektiert oder nicht empfangen wurden, zum Beispiel aufgrund meteorologischer Bedingungen, interpoliert. Somit wird das Scannermodul durch entsprechende Auswertealgorithmen an die jeweiligen Witterungsverhältnisse angepasst.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Ablenkeinheit zwei keilförmige, relativ zueinander verdrehbare Prismen auf. Bevorzugt sind die Prismen gegenüber einer Laserbaugruppe verdrehbar. Durch die optischen Brechungseigenschaften der Prismen und die Änderung ihrer Drehlagen erfolgt die Ablenkung des Laserstrahls. Eine kontinuierliche Rotation der beiden Prismen erzeugt eine periodische, sinusförmige Ablenkung der Laserstrahlen. Bevorzugt weist die Ablenkeinheit für jedes Prisma einen unabhängig steuerbaren Antrieb auf. Dadurch wird ein Gleichlauf der Prismen ermöglicht, der zu einer Genauigkeit der Zielvermessung von 0.1 mrad oder besser führt.
Bevorzugt ist dem Detektor eine Empfangsoptik vorgelagert, die vor der Detektion von dem reflektierten Zielerfassungslaserstrahl durchlaufen wird. Die Empfangsoptik ist insbesondere als Kreissegment ausgebildet, was einen koaxialen Aufbau des Scannermoduls erlaubt. Somit ist kein Strahlteiler für den Sende- und den Empfangspfad notwendig, was die Energieeffizienz und die Empfindlichkeit des Scannermoduls erhöht. Die Höhe des Kreissegmentes beträgt bevorzugt über 50%, beispielsweise 75%, 80%, 85%, 90% oder 95%, des Kreisdurchmessers. Dies bedeutet, dass der Mittelpunktswinkel des Kreissegments mindestens 180 Grad beträgt, das Kreissegment in der Draufsicht also mehr als die Hälfte eines Vollkreises abdeckt.
Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, einzelne oder mehrere Merkmale verschiedener Ausgestaltungsformen oder Optionen miteinander zu kombinieren. Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt:
Figur 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Scannermoduls,
Figur 2 eine mögliche Anordnung der Laserprofile und
Figur 3 eine Linse in der Empfangsoptik des Scannermoduls.
Die Figur 1 zeigt schematisch einen Teilschnitt eines Scannermoduls 1. Das Scannermodul 1 weist zwei erste Laserbaugruppen 9, drei nicht dargestellte zweite Laserbaugruppen, einen Antrieb 2 für eine Ablenkeinheit, eine Empfangsoptik 3 inklusive Detektoren 5 für einen reflektierten Laserstrahl, fünf Kollimatoren 4 sowie eine zweiteilige Steuereinheit mit einer Auswerteeinheit 6 und einer Elektronik 7 auf.
Die beiden ersten Laserbaugruppen 9 sind dazu eingerichtet, jeweils einen fächerförmigen Zielerfassungslaserstrahl im 1550nm-Band zu erzeugen. Die drei zweiten Laserbaugruppen sind dazu eingerichtet, jeweils einen fächerförmigen Datenübermittlungslaserstrahl im 905nm-Band zu erzeugen. Die so erzeugten fünf Laserstrahlen werden jeweils durch einen der Kollimatoren 4 geformt und von der gemeinsamen Ablenkeinheit abgelenkt. Zumindest die Zielerfassungslaserstrahlen sind gepulst.
Die Figur 2 zeigt schematisch eine Anordnung der Profile der Zielerfassungslaserstrahlen 10 und der Datenübermittlungslaserstrahlen 11. Die beiden Zielerfassungslaserstrahlen liegen in zwei Ebenen, die sich unter einem Winkel von 90 Grad schneiden. Zwei der Datenübermittlungslaserstrahlen liegen in zwei Ebenen, die sich ebenfalls unter einem Winkel von 90 Grad schneiden. Der dritte Datenübermittlungslaserstrahl liegt in einer Ebene, die einen Winkel von 45 Grad zu den beiden anderen Ebenen aufweist. Mit dieser Anordnung kann ein Empfänger an einem Ziel zumindest einen der Datenübermittlungslaserstrahlen 11 unabhängig von seiner Drehlage bezogen auf das Scannermodul 1 empfangen. In der Empfangsoptik 3 ist eine kreuzförmige Blende 12 angeordnet. Jeder der beiden Linien der Blende ist ein Detektor 5 zugeordnet. Die Linien sind aus Gründen einer optimalen Energieeffizienz geometrisch in Übereinstimmung mit den Balkenprofilen der Zielerfassungslaserstrahlen 10.
Mittels der Ablenkeinheit werden die Zielerfassungslaserstrahlen 10 und die Datenübermittlungslaserstrahlen 11 gleichzeitig bevorzugt periodisch über einen Winkel von bevorzugt mindestens 45 Grad, mindestens 60 Grad oder mindestens 90 Grad abgelenkt. Die Ablenkung erfolgt eindimensional um eine Achse, im vorliegenden Ausführungsbeispiel horizontal. Trifft ein Zielerfassungslaserstrahl 10 auf ein kooperatives Ziel, so wird der Rückreflex, also der reflektierte Laserstrahl, durch den Detektor 5 erfasst. Aus der Abstrahlrichtung des Laserstrahls im Zeitpunkt des Rückreflexes ergibt sich eine Ebene, in der sich das Ziel befindet. Optional wird der Zeitpunkt um die Laufzeit des Laserstrahls zum Ziel und zurück korrigiert, was bei einer langsamen Ablenkung jedoch nicht zwingend notwendig ist. Aus der Laufzeit des Laserstrahls berechnet die Auswerteeinheit 6 die Entfernung des Ziels von dem Scannermodul 1 , sodass nun der Kreisbogen bekannt ist, auf dem sich das Ziel befindet. Bei einem entsprechenden Abstand kann dieser Kreisbogen als Gerade approximiert werden.
Hat auch der zweite Zielerfassungslaserstrahl den Reflektor des Ziels überstrichen, so ist ein zweiter Kreisbogen beziehungsweise eine zweite Gerade bekannt, auf der sich das Ziel befindet. Die Auswerteeinheit 6 berechnet den Schnittpunkt der Kreisbögen beziehungsweise der Geraden und bestimmt so die Position des Ziels bezogen auf eine Referenz des Scannermoduls 1. Diese Referenz ist bevorzugt eine Referenzachse wie die Längsachse des Scannermoduls, die in der Figur 2 senkrecht auf der Papierebene steht.
Die Elektronik 7 empfängt die Position des Ziels von der Auswerteeinheit 6. Die Elektronik 7 ist dazu eingerichtet, die Antriebe 2 und die Laserbaugruppen anzusteuern. Insbesondere ist die Elektronik 7 dazu eingerichtet, an das Ziel zu übertragende Daten in die Datenübermittlungslaserstrahlen 11 zu codieren, beispielsweise durch eine Modulation von Laserpulsen. Die Figur 3 zeigt schematisch eine Linse der Empfangsoptik 3 in einer Aufsicht (links) und einer Seitenansicht (rechts). Die Linse ist im oberen Bereich tangential angeschliffen, um die Austrittsöffnung der Kollimatoren 4, die in dem freigeschnittenen Kreissegment angeordnet sind, nicht abzudecken.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1.
Scannermodul (1) zur Zielvermessung, aufweisend mindestens eine erste Laserbaugruppe (9) zur Erzeugung eines Zielerfassungslaserstrahls (10), mindestens eine zweite Laserbaugruppe zur Erzeugung eines Datenübermittlungslaserstrahls (11), mindestens eine Ablenkeinheit zur Ablenkung der Laserstrahlen, mindestens einen Detektor (5) zur Detektion eines an einem Ziel reflektierten Zielerfassungslaserstrahls (10) und eine Steuereinheit 6, 7), wobei die mindestens eine erste Laserbaugruppe (9) dazu eingerichtet ist, einen Zielerfassungslaserstrahl (10) im 1550nm-Band zu erzeugen.
2.
Scannermodul (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Laserbaugruppe dazu eingerichtet ist, einen Datenübermittlungslaserstrahl (11) im 905nm-Band zu erzeugen.
3.
Scannermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Laserbaugruppen dazu eingerichtet sind, Fächerlaserstrahlen zu erzeugen.
4.
Scannermodul (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei erste Laserbaugruppen (9), deren Fächerlaserstrahlen (10) in einem Winkel zueinander stehen.
5.
Scannermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserbaugruppe einen Kollimator (4) zur räumlichen Begrenzung des von ihr erzeugten Laserstrahls (10, 11) enthält.
6.
Scannermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) dazu eingerichtet ist, eine Korrekturrechnung durchzuführen, die einen Lageversatz der Laserstrahlen (10, 11) kompensiert.
7.
Scannermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbaugruppen und die Ablenkeinheit derart angeordnet und eingerichtet sind, dass die Aperturen der Zielerfassungslaserstrahlen (10) und der Datenübermittlungslaserstrahlen (11) in Deckung sind.
8.
Scannermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Schlitzblende im Ausbreitungspfad mindestens eines Laserstrahls (10, 11).
9.
Scannermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserbaugruppe dazu eingerichtet ist, einen gepulsten Laserstrahl (10, 11) zu erzeugen.
10.
Scannermodul (1) nach einem, der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6, 7) dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal des Detektors zu filtern.
11.
Scannermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6, 7) dazu eingerichtet ist, die Laufzeit des reflektierten Zielerfassungslaserstrahls (10) zu messen.
12.
Scannermodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit zwei keilförmige, relativ zueinander verdrehbare Prismen aufweist.
13.
Scannermodul (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit für jedes Prisma einen unabhängig steuerbaren Antrieb (2) aufweist.
PCT/EP2011/000572 2010-03-12 2011-02-08 Scannermodul zur zielvermessung WO2011110265A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010011353.0 2010-03-12
DE102010011353 2010-03-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011110265A1 true WO2011110265A1 (de) 2011-09-15

Family

ID=43920692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/000572 WO2011110265A1 (de) 2010-03-12 2011-02-08 Scannermodul zur zielvermessung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011010696A1 (de)
WO (1) WO2011110265A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4218138A (en) * 1978-03-02 1980-08-19 Saab-Scania Aktiebolag Method and means for determining positions of reflectors with fan-shaped beams
US4218834A (en) * 1978-03-02 1980-08-26 Saab-Scania Ab Scoring of simulated weapons fire with sweeping fan-shaped beams
US4478581A (en) * 1981-04-07 1984-10-23 Precitronic Gesellschaft Fur Feinmechanik Und Electronics Mbh Method and apparatus for shooting simulation of ballistic ammunition _with movable targets
US20020045999A1 (en) * 2000-10-13 2002-04-18 Karsten Bollweg Method and apparatus for firing simulation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4218138A (en) * 1978-03-02 1980-08-19 Saab-Scania Aktiebolag Method and means for determining positions of reflectors with fan-shaped beams
US4218834A (en) * 1978-03-02 1980-08-26 Saab-Scania Ab Scoring of simulated weapons fire with sweeping fan-shaped beams
US4478581A (en) * 1981-04-07 1984-10-23 Precitronic Gesellschaft Fur Feinmechanik Und Electronics Mbh Method and apparatus for shooting simulation of ballistic ammunition _with movable targets
US20020045999A1 (en) * 2000-10-13 2002-04-18 Karsten Bollweg Method and apparatus for firing simulation

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011010696A1 (de) 2012-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2508366C3 (de) Optische Vorrichtung mit einem Lichtvorhang
EP2124069B1 (de) Omnidirektionales Lidar System
EP2401630B1 (de) Verfahren zur erkennung von vereisung bei einem winkelauflösenden radarsensor in einem fahrerassistenzsystem für kraftfahrzeuge
DE10124433A1 (de) Vorrichtung zur optischen Distanzmessung
DE102004037137A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Entfernungsmessung
EP3168642B1 (de) Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung eines objekts
EP1624278A1 (de) Messeinrichtung zur Abstands-Bestimmung von Kraftfahrzeugteilen
WO2010025712A1 (de) Verfahren zur bewertung von messwerten eines optischen abstandssensors
EP1515157A1 (de) Optoelektronische Erfassungseinrichtung
DE19860464C2 (de) Laserentfernungsmeßgerät für große Meßbereiche
DE2532603B2 (de) Optische Vorrichtung zur Bestimmung des Lichtaustrittswinkels
EP1118874A2 (de) Optische Abtastvorrichtung
EP3229042B1 (de) Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung und entfernungsbestimmung eines objekts
DE19601661C1 (de) Verfahren zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich
DE10041182C2 (de) Optoelektronische Vorrichtung
DE4004530A1 (de) Optische abstandsmessung
DE19914962C2 (de) Optoelektronische Vorrichtung
EP3298426A1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung zu einem reflektierenden zielobjekt
CH676289A5 (de)
DE102017209259A1 (de) Lidarsystem
EP3070496A1 (de) Polygonscanner und verfahren zum erfassen von objekten
EP0475169B1 (de) Laserstrahleinrichtung für Kraftfahrzeuge
DE102004031024A1 (de) Optischer Sensor
WO2011110265A1 (de) Scannermodul zur zielvermessung
DE102018216201A1 (de) Optische Anordnung und LIDAR-Vorrichtung mit einer derartigen Anordnung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11707785

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11707785

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1