WO2023217648A1 - Vorrichtung und verfahren zur simulation einer entfernungsmessung - Google Patents

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WO2023217648A1
WO2023217648A1 PCT/EP2023/061914 EP2023061914W WO2023217648A1 WO 2023217648 A1 WO2023217648 A1 WO 2023217648A1 EP 2023061914 W EP2023061914 W EP 2023061914W WO 2023217648 A1 WO2023217648 A1 WO 2023217648A1
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receiving
optical
control
distance
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Christian Althaus
Jan Binger
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for simulating a distance measurement, in particular a space-based distance measurement.
  • Laser altimeters are usually used for geodetic or space-based distance measurement.
  • a light signal is generated by a laser of the laser altimeter and emitted in the direction of a measurement object, in particular in the direction of a point on the surface of a celestial body to be measured.
  • the emitted light signal is reflected by the measurement object and received by a receiving telescope of the laser altimeter.
  • TOF Time of Flight
  • a conclusion can be drawn about the distance to be measured between the laser altimeter and the measurement object.
  • the light signal naturally covers twice the distance to be measured, as the light signal travels to the measurement object and back to the laser altimeter.
  • a conversion from a measured time of flight to a measured distance can be done, for example, using the constant speed of light in a vacuum.
  • a time of flight of approximately 6.66 nanoseconds corresponds to a distance of 1 meter.
  • the distances to be measured are distances of several hundred kilometers, which results in time periods to be measured in the millisecond range.
  • conclusions about the surface properties of a celestial body, such as the presence of mountains and valleys, should be possible. This means that high demands are placed on all components of a laser altimeter in terms of measurement accuracy and precise calibration.
  • laser altimeters Due to the large distances to be measured, testing and calibrating a laser altimeter is currently difficult to implement, for example on designated test tracks.
  • Laser altimeters are often tested and calibrated using satellites in Earth orbit. For this purpose, for example, a distance between sea level or sea surface and the satellite in Earth orbit is measured. This has the disadvantage that In particular, fine adjustments or repairs to the laser altimeter or its components, especially when testing and calibrating in Earth orbit, are currently not possible.
  • the technical problem therefore arises of creating a device and a method which enable a simple and cost-effective way to test a distance measurement.
  • the device and the method also enable testing and/or calibrating a laser altimeter and/or components of a laser altimeter.
  • a device for simulating a distance measurement comprising at least one TX receiving device for receiving at least one optical and / or electrical TX signal, at least one RX emitting device for emitting at least one optical RX signal, and at least one control device for controlling the Simulation, wherein the control device is designed to output at least one control signal for transmitting the RX signal to the at least one RX transmitting device after receipt of the TX signal, wherein a point in time at which the control signal is output depends on a distance to be simulated.
  • the device simulates a distance measurement by receiving a TX signal - for example sent by a laser altimeter to be calibrated - using the TX receiving device and then delaying a point in time at which the control signal is output to send out the RX signal. Sending out the RX signal replaces reflecting the TX signal on a surface of a correspondingly distant measurement object. A period of time between receipt of the TX signal and output of the control signal is then determined by the control device depending on the simulated distance determined. In other words, the device bridges a period of time or time of flight that a light signal emitted by the laser altimeter actually takes to cover a distance between the emission of the light signal, the reflection of the light signal on a surface and the reception of the light signal. Thus, both the TX signal and the RX signal do not actually have to travel the distance to be simulated, which significantly simplifies the effort and costs for testing and/or calibrating a laser altimeter or components.
  • the distance to be simulated can be in a range from 40 m (inclusive) to 120,000 km (inclusive), particularly preferably in a range from 10 km (inclusive) to 120,000 km (inclusive).
  • the distance to be simulated can be predetermined, for example by simulation data, and it can be constant over time or variable from shot to shot, i.e. from sending out a signal to sending out another signal.
  • a distance to be simulated can in particular be determined with an accuracy resolution in a range between 3 cm (inclusive) and 48 cm (inclusive), particularly preferably in a range between 3 cm (inclusive) and 12 cm (inclusive), i.e. in the ranges mentioned
  • the accuracy resolution allows particularly precise changes in the distance to be simulated to be determined. This will be explained in more detail below.
  • Components of a laser altimeter to be tested or calibrated can in particular be a device for emitting a light signal, such as a solid-state laser, and/or a device for receiving a light signal, such as an avalanche photodiode.
  • Another component can be a device for time measurement, which determines a time period between emission and reception of the light signal in order to determine from this a distance covered or simulated by the emitted and reflected light beam.
  • a signal received by the device can be referred to as a TX signal (transmitter signal).
  • An optical signal emitted by the device can be referred to as an RX signal (receiver signal).
  • the TX signal and/or the RX signal can be routed along a TX path or RX path, respectively.
  • the TX path can run along a route from the laser altimeter or a component of the laser altimeter to the TX receiving device.
  • the RX path can be along a The distance runs from the RX transmitter to the laser altimeter or a component of the laser altimeter.
  • the TX signal and/or the RX signal is/are routed at least in sections along the TX path or the RX path by means of a fiber optic cable.
  • a fiber optic cable can be part of the device.
  • the TX path and/or RX path can be curved at least in sections, i.e. the TX path and/or RX path does not necessarily have to guide the signal along a straight path. This particularly facilitates the arrangement of the device and the laser altimeter.
  • the TX receiving device can be connected in terms of signals to a laser altimeter to be tested, for example via the previously mentioned fiber optic cable.
  • the TX receiving device can have a light-sensitive detector, for example an energy measuring device and/or an optical sensor, such as an avalanche photodiode.
  • the simulation of the distance measurement is started in particular, i.e. the TX signal serves as a start trigger for the simulation or a run through of a method for simulating a distance measurement. This will be explained in more detail below.
  • TX signal can also be determined using the TX receiving device.
  • the parameters of the optical TX signal and/or RX signal can be a pulse width (preferably specified in nanoseconds) or an intensity (preferably specified in watts per square meter), in particular also a time course of the intensity.
  • a parameter can be a pulse energy (preferably specified in joules).
  • Further parameters can be a wavelength and/or wave frequency of the emitted signal.
  • the optical TX signal and/or optical RX signal preferably have a wavelength in a range of 410 nanometers (inclusive) to 1550 nanometers (inclusive), preferably in a range of 946 nanometers (inclusive) to 1444 nanometers (inclusive). A wavelength of 1064 nanometers is particularly preferred.
  • a wavelength in the ranges mentioned has the particular advantage that a TX signal or RX signal designed in this way can be routed through a fiber optic cable.
  • the electrical TX signal is preferably designed so that it simulates an optical TX signal. This means that the previously mentioned parameters of the optical TX signal can be simulated using the electrical TX signal, i.e. can be reproduced in terms of signal technology.
  • the TX receiving device does not necessarily have to have an optical sensor for receiving an optical TX signal. This is advantageous, for example, if an incomplete laser altimeter or only a single component of a laser altimeter is to be tested or calibrated. It is also conceivable that a device for emitting a light signal is simulated with the help of the electrical TX signal. This can be particularly advantageous in the development of laser altimeters in order to determine particularly suitable lasers for emitting a TX signal.
  • the RX emitting device can include a laser for emitting an optical RX signal.
  • This laser can be used, for example, as a solid-state laser, in particular as a neodymium-doped yttrium aluminum garnet laser; also called neodymium YAG laser.
  • the RX emitting device can be connected to a laser altimeter to be tested for signaling purposes, for example via the previously mentioned fiber optic cable.
  • the RX transmitter is preferably designed so that the RX signal can be received by a laser altimeter to be tested.
  • the RX transmitter device can be used to set parameters of the RX signal.
  • a reflection of the light signal emitted by the laser altimeter can be simulated.
  • one or more parameters of the RX signal can be set depending on predetermined simulation data. This will be explained in more detail below.
  • the RX emitter emits an optical RX signal in the infrared range.
  • the RX transmitter device can have a signal generator for setting parameters of the RX signal, wherein the signal generator can in particular set parameters such as a frequency, a time course or an amplitude of RX signals.
  • the signal generator can in particular set parameters such as a frequency, a time course or an amplitude of RX signals.
  • a form of the RX signal in particular a time-variable one, can be set precisely and precisely.
  • a shape can be sinusoidal, for example.
  • the TX receiving device and RX transmitting device are connected to the control device in terms of signals, in particular via electrical lines.
  • the TX receiving device preferably forwards the parameters determined for the TX signal to the control device.
  • the control device can include a microcontroller and/or an oscilloscope or can be designed as such.
  • the control device can also have an analog-digital converter, for example for converting an analog oscilloscope signal into a digital control signal.
  • a switching element can be actuated by the control device.
  • the switching element can be part of the control device. This means that the time at which the control signal is output can be precisely timed.
  • the time period between a point in time when the TX signal is received and a point in time when the control signal is output can of course be extended by the control device by additional periods of time, which are necessary, for example, to forward the corresponding signals along the TX and/or RX path or within the device , to be expanded. These additional time periods can be predetermined.
  • the control device for determining the time of output of the control signal can have a suitable clock rate for time measurement.
  • a clock speed may range from 0.2 nanoseconds (inclusive) to 3.2 nanoseconds (inclusive).
  • distances can be advantageously determined or simulated down to fractions of a meter.
  • a particularly preferred clock rate corresponds to 0.8 nanoseconds.
  • the clock rate specifies the accuracy with which a distance to be simulated can be set. For example, referring to the previously mentioned accuracy resolution range, a clock speed of 0.2 nanoseconds corresponds to 3 cm accuracy resolution and a clock speed of 3.2 Nanoseconds corresponds to 48 cm accuracy resolution.
  • a clock speed of 0.2 nanoseconds corresponds to 3 cm accuracy resolution
  • a clock speed of 3.2 Nanoseconds corresponds to 48 cm accuracy resolution.
  • the accuracy resolution can correspond to 12cm.
  • a laser altimeter or its components can be tested in a simple and cost-effective manner.
  • the device is arranged in front of a laser altimeter and a distance measurement is simulated using the device.
  • the laser altimeter and/or the device is/are arranged in a space-saving manner in a laboratory or clean room. In this way, the laser altimeter and/or the device can be protected from harmful environmental influences during testing and calibration.
  • individual components of a laser altimeter such as an avalanche photodiode, can also be tested and/or calibrated separately from the rest of a laser altimeter.
  • an avalanche photodiode to be tested can be arranged on or in the device.
  • the device further has at least one adjusting device for, in particular optical, adjustment of the RX signal.
  • the adjusting device has a mirror and/or optics, in particular a lens, which adjusts the optical properties of the RX signal.
  • the adjusting device can have a collimator.
  • the actuating device has a servomotor, wherein by activating the servomotor an alignment and/or orientation of the actuating device or of components of the actuating device is influenced in such a way that an orientation of the optical RX signal can be set in a targeted manner.
  • the adjusting device can be controlled by means of the control device, for example by a corresponding electrical signal.
  • the adjusting device can be controlled in particular depending on certain parameters of the TX signal, RX signal and/or predetermined simulation data. By appropriately adjusting the orientation of the optical RX signal, a distance measurement can be simulated more realistically. In particular, incorrect alignments of the RX emitting device can be corrected or tested using the adjusting device. Furthermore, an alignment of a transmitting axis to a receiving axis of a laser altimeter can also be tested, in particular incorrect alignments can be simulated. In addition, it can be provided that the beam diameter and/or the divergence of the RX signal can be adjusted using the adjusting device.
  • the device additionally has at least one interface for the signaling connection to a laser altimeter.
  • the device preferably has at least a first interface for forwarding a TX signal and a further interface for forwarding an RX signal.
  • Such an interface can in particular be an optical interface, such as a connection for a fiber optic cable.
  • part or the entire TX and/or RX path can be designed as an interface.
  • the interface can be an opening in a housing of the device.
  • the interface for the signaling connection with a laser altimeter can advantageously ensure that the TX signal and/or the RX signal can be received or transmitted without signaling interference.
  • the device has at least one electrical interface for exchanging electrical signals or data with the laser altimeter. This allows communication between the laser altimeter and the device during the simulation.
  • the device can have an interface to the electrical power supply.
  • Appropriate power supply devices can also be provided as part of the device, in particular a (high) voltage source and/or converter.
  • the device additionally has a generating device for generating the TX signal and/or at least one further receiving device for receiving the RX signal.
  • the generating device can in particular comprise or form a solid-state laser and thus generate a TX signal. Parameters of the TX signal can be set using the generating device. Furthermore, the generating device can also have the previously explained signal generator for setting parameters of the TX signal.
  • the generating device can be connected to the control device for signaling purposes. Preferably the generating device corresponds a component of a laser altimeter to be tested and/or calibrated, which is part of the device for testing purposes.
  • the further receiving device can in particular have an avalanche photodiode and/or an energy measuring device. Various parameters of the RX signal can be determined using the additional receiving device.
  • the further receiving device can be connected to the control device for signaling purposes.
  • the further receiving device preferably corresponds to a component of a laser altimeter to be tested and/or calibrated, which is part of the device for testing purposes.
  • the device additionally has an electrical and/or optical interface for arranging the generating device and/or for arranging the further receiving device.
  • the device has at least one interface for a signaling connection to a computing unit.
  • the device in particular the control device, can be connected to an external computing unit.
  • the interface is preferably designed as a USB, WLAN and/or Bluetooth interface.
  • an electrical TX signal can also be introduced into the device via the interface. This makes it possible to control the device from the external computing unit.
  • personnel do not have to interact directly with the device or the components of the laser altimeter to carry out the simulation.
  • the device can be controlled remotely, so that the personnel do not have to work in the immediate vicinity of the device or the personnel do not necessarily have to be present directly.
  • both the device and the components of the laser altimeter can be protected from damage by personnel, as well as, if necessary, personnel from the laser radiation of the laser.
  • the device has a housing, with at least the TX receiving device and the RX transmitting device being arranged in the housing.
  • all parts of the device are completely or partially enclosed by the housing, or arranged in or on the housing or attached.
  • the housing can be cuboid or enclose a cuboid volume.
  • a dimension or length of a side edge of the housing may be in a range between 5 cm (inclusive) and 150 cm (inclusive), preferably in a range between 30 cm (inclusive) and 60 cm (inclusive).
  • a material of the housing can include aluminum.
  • a total mass of the device with housing can preferably be less than 100 kg (including).
  • the housing can have at least one handle for carrying the device.
  • the housing may further include fasteners for fastening the device in a laboratory environment, such as for fastening a perforated plate. It is also conceivable to provide an alignment element on an outside of the housing.
  • the alignment element can serve to align the device, in particular relative to a laser altimeter, and can be designed as a reference mirror for a theodolite and/or autocollimator.
  • the housing allows the device to be protected from environmental influences in a particularly simple manner. In particular, the device can be separated from an external environment such as a clean room in a particularly simple manner by enclosing it using the housing. Of course, interfaces for the signaling connection can be provided on the outside of the housing.
  • the interfaces for the signaling connection on the outside of the housing can be adapted to the specific conditions of a laser altimeter being tested or to laboratory conditions. It is also conceivable that the interfaces can be arranged spatially separately from the housing. This makes it easier to adapt the interfaces to specific circumstances.
  • the device additionally has at least one attenuation device for attenuating an intensity of the RX signal.
  • attenuation device for attenuating an intensity of the RX signal.
  • the damping device can be designed as a micro-electro-mechanical damping element for setting a desired degree of damping.
  • a voltage can be applied to the attenuator via the control device, which influences the degree of attenuation and thus adjusts the intensity of the RX signal in a fiber optic.
  • a direct voltage can ensure a constant degree of attenuation and an alternating voltage can ensure a variable degree of attenuation.
  • the attenuator can be clocked at up to 1 kilohertz (inclusive).
  • the damping device can be designed such that it has at least two light guides. A light signal is directed to a mirror via a first light guide and passed on from the mirror to another light guide.
  • an alignment of the mirror within the damping device can be adjusted, the alignment of the mirror influencing the proportion of the light signal that is passed on to the further light guide, so that an intensity of the light signal is attenuated.
  • the piezo element can be operated with 0 volts (low attenuation) to 5 volts (maximum attenuation) with direct voltage or alternating voltage (maximum 1kHz).
  • An attenuation level of at least 2 dB can preferably be set. Particularly preferably, an attenuation level of equal to or more than 30 dB can be set.
  • the attenuation device can adjust the degree of attenuation for a light signal in a wavelength range of 450nm (inclusive) to 2300nm (inclusive).
  • the wavelength range is preferably between 980nm (inclusive) and 1250nm (inclusive).
  • a degree of damping can be set, for example by means of the control device using a corresponding electrical signal.
  • the degree of attenuation can depend in particular on certain parameters of the TX signal.
  • RX signal and / or predetermined simulation data can be set.
  • a realistic intensity value of the RX signal can then be achieved by adjusting the attenuation level accordingly.
  • the RX transmitter device and/or the control device is/are connected to the damping device in terms of signaling.
  • a suitable damping device is sold under the name V1000A by Thorlabs GmbH, based in Bergmaschinen and Lübeck, Germany.
  • the device can additionally have at least one signal switching device.
  • a signal dividing device can, for example, be designed as a fiber-optic Y-splitter and split a TX or RX signal, with a first part of the incoming signal being routed along a first branch and a further part of the incoming signal being routed along a second branch.
  • the signal switching device can be designed, for example, as a multiplexer, with a first incoming signal and/or a further incoming signal being routed to a common branch.
  • the parameters of the signal are preferably not influenced by the division and/or merging. Only the intensity of the TX or RX signal is halved by the division.
  • the TX or RX signal can advantageously be split and/or combined and routed along different paths within the device.
  • the device additionally has at least one storage device for storing and/or providing simulation data, the control device being connected to the storage device for signaling purposes, the control device additionally being designed to output the control signal depending on the simulation data.
  • the storage device can be designed, for example, as a solid state drive or hard drive disc.
  • the storage device is also connected in terms of signals to the evaluation device explained below.
  • the simulation data can have parameters for setting the RX signal, in particular parameters for setting the RX emitting device and/or the previously explained damping device and/or adjusting device.
  • the simulation data particularly preferably includes target parameters for testing and/or calibrating a laser altimeter and/or a component of a laser altimeter.
  • the simulation data can, for example, include measurement data of actual measured distances and the associated parameters, whereby the simulation data can have been determined using an already calibrated laser altimeter and can therefore be previously known. This allows a distance measurement to be simulated particularly realistically.
  • the device additionally has at least one evaluation device for evaluating the TX signal and/or the RX signal.
  • the evaluation device can include a microcontroller or be designed as one.
  • the evaluation device is connected in terms of signaling to the control device, the TX receiving device and/or the RX transmitting device.
  • the evaluation device is connected in terms of signals to a laser altimeter to be tested or a component of the laser altimeter to be tested, so that the evaluation device is, for example, based on parameters of a TX signal emitted by the laser altimeter or one from Laser altimeter can access the RX signal received.
  • the evaluation device can thus be used advantageously for, in particular automated, testing and/or calibrating a laser altimeter or a component of a laser altimeter.
  • the evaluation device compares current parameters of the (emitted) TX signal and/or (received) RX signal with predetermined target parameters.
  • the target parameters can be known, for example, from simulation data provided. If the evaluation device now detects a deviation between an actual and a target parameter in the course of the evaluation, the deviation being greater than a predetermined threshold value, the evaluation device can change a corresponding parameter of the laser altimeter or a component of the laser altimeter. The identified deviation can be iteratively reduced through iterative simulation runs. In other words, the device can be used advantageously for testing and/or calibrating a laser altimeter or a component of a laser altimeter with the aid of the evaluation device.
  • the device can additionally have at least one energy measuring device for measuring the energy of the received TX signal and/or the emitted RX signal.
  • the energy measuring device can in particular be part of the TX receiving device. Alternatively or cumulatively, the energy measuring device can also be part of the further receiving device explained above.
  • the energy measuring device can be designed as a photon detector and have a measurement accuracy in a range from one femtojoule to one nanojoule.
  • the energy measuring device has a measurement accuracy in a range of 30 femtojoules (inclusive) to 100 picojoules (inclusive). In this way, even the smallest amounts of energy, such as those transmitted by a photon, can be detected in an advantageous manner.
  • larger amounts of energy are detected, for example in a range from one millijoule (inclusive) to 10 joules (inclusive).
  • the method preferably also includes one or more of the following steps:
  • Modeling an RX signal, especially with an intensity curve over time.
  • the modeling takes place, for example, with the help of the previously explained signal generator and/or a pulse modulator.
  • the modeling takes place in particular before the RX signal is sent.
  • Modeling can be set depending on simulation data. In this way, the distance to be simulated can be simulated particularly realistically.
  • the received and/or transmitted signals can advantageously be compared with simulation data or used to calibrate a component of a laser altimeter or a laser altimeter, for example by means of the previously explained evaluation device.
  • received and transmitted optical and/or electrical signals are measured and stored. In this way, a relationship, in particular a temporal one, can be established between the received and transmitted signals in an advantageous manner, for example in order to take into account a period of time that is required for signal processing when carrying out the method.
  • a sequence of steps, in particular the reception of the TX signal, the output of the control signal and the transmission of the RX signal, is preferably repeated iteratively, that is to say the method is repeatedly carried out in the stated sequence of steps. In particular, at least 30 iterations of the method can be carried out per second.
  • an output of the control signal can also be changed iteratively. For example, measurements of surface profiles of a celestial body to be examined can be simulated using the device, for example by iteratively changing the time of output in accordance with the surface profile to be simulated. In this way, the sensitivity of the laser altimeter or a component of the laser altimeter with regard to different distances can be tested in a time-efficient manner.
  • the method can include one or more of the following steps: receiving an RX signal, in particular by means of a further receiving device,
  • TX signal and/or RX signal Adjusting parameters of the TX signal and/or RX signal, in particular by means of the generating device and/or adjusting parameters of a laser altimeter, in particular a component of a laser altimeter.
  • Receiving an RX signal can in particular include determining parameters of the RX signal.
  • Evaluating an RX signal can in particular include comparing certain parameters of the RX signal, i.e. actual parameters with target parameters.
  • evaluating the RX signal can include determining a deviation between the target and actual parameters.
  • the evaluation can also include determining a deviation between a simulated distance and a specific distance.
  • the simulated distance can correspond to a target parameter and the determined distance to an actual parameter.
  • the specific distance can be determined, for example, depending on the TX signal and the RX signal. The specific distance is preferably determined using the laser altimeter to be tested.
  • the adjustment of parameters of the TX signal and/or RX signal or the adjustment of parameters of a laser altimeter is preferably carried out depending on the specific deviation.
  • the adaptation is preferably carried out in such a way that in a following iteration the deviation between the actual and target parameters is reduced due to the adapted parameters.
  • An adjusted parameter can be determined, for example, using a cost function, where the cost function represents the deviation minimized. This may correspond to the previously explained testing and/or calibration of a laser altimeter and/or a component of a laser altimeter.
  • the device according to the invention is preferably designed so that one or more of the described steps of the method can be carried out by the device.
  • the complete method is carried out by the device according to the invention, in particular automatically. This results in the corresponding advantages for the method previously mentioned for the device.
  • a space-based distance measurement for example to determine a surface condition on a planet such as Mercury or a moon of Jupiter, cannot usually be carried out in real time but only with a corresponding time delay due to the large distance between the Earth and the laser altimeter.
  • the measurement may only take place during a short, one-time flyby of a celestial body.
  • prior training of the sequence of steps for distance measurement using the device and/or the method is advantageous for personnel to be trained.
  • realistic measurement conditions can be simulated using the device and/or the method. For example, a surface condition of a planet that needs to be determined can be simulated with the help of simulation data.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a device according to the invention
  • Fig. 4 is a schematic flowchart of a method according to the invention
  • Fig. 5 is a schematic block diagram of an adjusting device
  • a laser altimeter 20 can be tested and/or calibrated.
  • a device 23 designed as a neodymium YAG laser for emitting a light signal generates a TX signal 3 and guides it along a TX path 25 to an interface 21 of the device 1.
  • the TX signal 3 is received by a TX receiving device 2 arranged in the housing 50 via the interface 21 designed as an opening in a housing 50 of the device 1.
  • the TX receiving device 2 can be designed as an avalanche photodiode, with parameters of the TX signal 3, such as a pulse width and a pulse energy, being determined by means of the TX receiving device 2.
  • the TX receiving device 2 is connected to a control device 6 in terms of signals, with the reception of the TX signal 3 being used as an electrical trigger signal to start a time measurement.
  • An oscilloscope 9 is part of the control device 6 and allows particularly precise time measurement with a clock rate of, for example, 0.8 nanoseconds.
  • a microprocessor 8 is also part of the control device 6.
  • the microprocessor is connected to a memory device 80 for signaling purposes, the memory device 80 providing the microprocessor 8 with a distance to be simulated and being able to provide a time profile of the control signal 7.
  • the microprocessor 8 converts the distance to be simulated into a period of time that should elapse between receipt of the TX signal 3 and the output of a control signal 7 in order to simulate the distance.
  • control device 6 determines a time at which the control signal 7 is output depending on the distance to be simulated Control signal 7 is passed to an RX transmitter 4, whereby the control signal 7 triggers the transmission of an RX signal 5.
  • the RX signal 5 passes both a damping device 60 and an adjusting device 70.
  • a degree of damping of the damping device 60 to be set can be previously known, for example, from simulation data.
  • the damping device 60 is connected to the control device 6 in terms of signals.
  • an intensity of the RX signal 5 is dampened by the damping device 60 and adjusted so that the damping of the RX signal 5 corresponds to the distance to be simulated in a realistic manner.
  • the adjusting device 70 is also connected to the control device 6 in terms of signals, with an alignment, a divergence and/or a beam diameter of the RX signal 5 being set by means of the control device 6.
  • the adjustment of the adjusting device 70 can take place in particular as a function of previously known simulation data.
  • the RX signal 5 is routed via an RX path 26 to a device 24 for receiving the RX signal 5.
  • the device 24 for receiving can be designed as an avalanche photodiode and is part of the laser altimeter 20 to be tested.
  • the device 24 for receiving can of course be connected to the device 23 for transmitting in terms of signals.
  • the device 24 can also be suitable for measuring time and thus for determining a measured distance depending on the TX and RX signals 3, 5.
  • the laser altimeter 20 can be connected to the device 1 in terms of signals in order to be able to compare a distance determined by the laser altimeter 20 with the distance to be simulated.
  • the device 1 and the laser altimeter 20 are arranged in a space-saving manner in a clean room, with a boundary 100 of the clean room being shown by a dashed line. Distance measurement can therefore be carried out using the Device 1 can be simulated without a light signal having to cover the actual distance.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a device 1 according to the invention.
  • the embodiment of a device 1 according to the invention shown in FIG. 2 is particularly suitable for testing and/or calibrating individual components of a laser altimeter 20.
  • a laser 34 to be tested and a signal generator 33 as a generating device 31 are arranged in the device 1.
  • the laser 34 is connected to the signal generator 33 for signaling purposes.
  • the TX receiving device 2 is designed as an avalanche photodiode to be tested.
  • a harmonic TX signal 3 can be generated to test the avalanche photodiode.
  • further electrical components of a laser altimeter 20 can be connected to the avalanche photodiode to be tested (not shown).
  • the TX receiving device 2 is connected to a control device 6 in terms of signals, with the reception of the TX signal 3 being used as an electrical trigger signal to start a time measurement.
  • An RX emitting device 4 designed as a laser then sends out an RX signal 5, which is received by a further receiving device 32 after passing through an attenuation device 60.
  • the TX receiving device and the further receiving device 32 can also be designed as a common device, for example if it is designed as an avalanche photodiode to be tested.
  • the further receiving device 32 can in particular be a device 24 to be tested and/or calibrated for receiving an RX signal 5.
  • the further receiving device 32 is connected in terms of signals to an evaluation device 91 designed as a microprocessor. Parameters of the received RX signal 5 can be evaluated by the evaluation device 91, the parameters being determined by the further receiving device 32.
  • the evaluation device 91 is connected to a storage device 80 for signaling purposes.
  • the specific parameters of the RX signal 5 can be compared with previously known target parameters, the target parameters being stored on the storage device 80, for example as part of simulation data.
  • the components of a laser altimeter 20 to be tested can be tested and calibrated using the device 1 (see FIG. 4).
  • the device 1, in particular the control device 6, is connected to an external computing unit 43 for signaling purposes, in particular wirelessly, via interfaces 41, 42 designed as a WLAN module.
  • the external computing unit 43 can also have a microprocessor 8 and can be used to remotely control the device 1. For example, personnel to be trained can control the device 1 via the external computing unit 43 outside the boundary 100 of a clean room.
  • the device 1 has a first signal switching device 35 and a further signal switching device 36.
  • the first signal switching device 35 enables a TX signal 3 to be passed into the device from a laser altimeter 20 via an interface 21 as well as to be generated internally by means of a generating device 31 and passed to the TX receiving device 2.
  • the further signal switching device 36 enables an emitted RX signal 5 to be received both by a laser altimeter 20 and by a further receiving device 32.
  • FIG. 3 allows the device 1 to be used in various test and/or calibration scenarios.
  • FIG. 4 shows a schematic flowchart of a method according to the invention for simulating a distance measurement.
  • the method includes a sequence of steps that are carried out in successive iterations until a deviation between a simulated distance and a distance determined using a laser altimeter 20 is smaller than a predetermined threshold value.
  • the method begins with the reception S1 of an optical TX signal 3, which was emitted by a device 23 for emitting a light signal, in particular a TX signal 3, from a laser altimeter 20.
  • the TX signal 3 is received by means of a TX receiving device 2 (see FIG. 1).
  • the output S2 of a control signal 7 is delayed by means of at least one control device 6 until a time interval between the reception S1 of the TX signal 3 and a point in time of the output S2 of the control signal 7 corresponds to a time period that corresponds to that of Laser altimeter 20 would need the light signal emitted to be reflected on a measurement object (not shown) and to return from the measurement object to the laser altimeter 20.
  • the duration or time of output S2 is thus determined depending on the distance to be simulated.
  • an RX transmitter 4 sends out an optical RX signal 5. This corresponds to sending S3 of the RX signal 5.
  • the RX signal 5 emitted by the RX transmitting device 4 is received by a further receiving device 32.
  • the RX signal 5 emitted by the RX emitting device 4 is received by a device 24 for receiving a light signal. This corresponds to the step of receiving S4 of the RX signal 5.
  • the method further includes determining S5 parameters of the RX signal 5.
  • the parameters of the RX signal are then compared with target parameters by evaluating S6.
  • An adjustment of parameters of the further receiving device 32 can then take place in a step S7.
  • a deviation can be minimized to such an extent that a component of a laser altimeter 20 to be tested - such as the further receiving device 32 - can be calibrated in such a way that a deviation between a specific actual parameter and a target parameter is smaller than a predetermined threshold value.
  • a specific actual distance can be approximated to a target distance to be simulated.
  • An adjusting device 70 is shown schematically in FIG. 5, wherein the RX path 26 can be aligned with a device for receiving a light signal 24.
  • the adjusting device 70 has optics 71, a filter unit 72, a servomotor 73 and further actuators 74. 5 now shows that the RX path 26 is not correctly aligned with the optical axis of the device for receiving a light signal 24 is. This can now be corrected by the servomotor 73, whereby a meandering scanning movement is carried out if necessary, with the reception power having a maximum when aligned correctly. Depending on the other boundary conditions, it may be sufficient for the servomotor 73 to only allow movement along two rotational degrees of freedom.
  • the servomotor 73 allows at least one movement of the actuating device 70 along at least four degrees of freedom (2 translational and 2 rotational degrees of freedom) in order to achieve optimal alignment. More preferably, the adjusting device 70 can be moved in all six degrees of freedom by means of the servomotor 73.
  • the filter unit 72 has, for example, a bandpass filter to limit the wavelength range. Alternatively or additionally, a neutral density filter can be provided which additionally attenuates all wavelengths.
  • the optics 71 preferably has at least one lens, a collimator and a diffractive element.
  • the elements of the optics 71 can then be moved relative to one another, for example, in order to change a divergence and/or a diameter of the transmission beam and thus adjust it in a targeted manner.
  • the actuator 74 can also be designed in such a way that, for example, a lens is mechanically deformed in order to change its imaging properties. These measures can also be combined. It is also possible to change the imaging properties of the lens by applying heat.
  • the actuator 74 allows at least one movement along at least one degree of freedom (preferably a translational degree of freedom). More preferably, the actuator 74 also allows movement along four and more preferably along all six degrees of freedom.
  • the servomotor 73 and the actuator system 74 receive control signals S from the control device 6 for the respective setting (see, for example, FIG. 1).
  • Signal switching device further signal switching device

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Simulation einer Entfernungsmessung, umfassend mindestens eine TX-Empfangseinrichtung (2) zum Empfang mindestens eines optischen und/oder elektrischen TX-Signals (3), mindestens eine RX- Aussendeeinrichtung (4) zum Aussenden mindestens eines optischen RX-Signals (5), sowie mindestens eine Steuereinrichtung (6) zur Steuerung der Simulation, wobei die Steuereinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, mindestens ein Steuersignal (7) zum Aussenden des RX-Signals (5) an die mindestens eine RX-Aussendeeinrichtung (4) zeitlich nach einem Empfang des TX-Signals (3) auszugeben, wobei ein Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals (7) von einer zu simulierendenden Entfernung abhängt, wobei die Vorrichtung (1) zusätzlich mindestens eine Stelleinrichtung (70) zur Einstellung des RX-Signals (5) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (70) einen Spiegel und/oder eine Optik (71) sowie einen Stellmotor (73) aufweist, wobei der Stellmotor (73) derart ausgebildet ist, dass durch Ansteuern des Stellmotors (73) eine Ausrichtung und/oder Orientierung der Stelleinrichtung (70) oder von Komponenten der Stelleinrichtung (70) derart beeinflusst wird, dass eine Ausrichtung des optischen RX-Signals gezielt eingestellt werden kann sowie ein entsprechendes Verfahren.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Simulation einer Entfernungsmessung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Simulation einer Entfernungsmessung, insbesondere einer weltraumgestützten Entfernungsmessung.
Zur geodätischen oder weltraumgestützten Entfernungsmessung kommen üblicher Weise Laseraltimeter zum Einsatz. Zur Entfernungsmessung wird hierbei ein Lichtsignal von einem Laser des Laseraltimeters erzeugt und in Richtung eines Messobjektes, insbesondere in Richtung eines Punktes auf der Oberfläche eines zu vermessenden Himmelskörpers, ausgesandt. Das ausgesandte Lichtsignal wird vom Messobjekt reflektiert und durch ein Empfangsteleskop des Laseraltimeters empfangen. Aus einer Zeitdauer zwischen Aussenden und Empfangen des Lichtsignals, auch Time of Flight (TOF) genannt, kann dann auf eine zu messende Entfernung zwischen Laseraltimeter und Messobjekt geschlossen werden. Das Lichtsignal legt während der Time of Flight selbstverständlich die zweifache Wegstrecke der zu messenden Entfernung zurück, da das Lichtsignal zum Messobjekt hin und zum Laseraltimeter zurück läuft. Eine Umwandlung von einer gemessenen Time of Flight in eine gemessene Entfernung kann z.B. über die konstante Lichtgeschwindigkeit im Vakuum erfolgen. Insbesondere entspricht eine Time of Flight von ca. 6,66 Nanosekunden einer Entfernung von 1 Meter.
Üblicherweise handelt es sich bei den zu messendenden Entfernungen um Distanzen von mehreren hundert Kilometern, so dass sich hieraus zu messende Zeitdauern im Millisekunden-Bereich ergeben. Mit Hilfe der durchgeführten Zeit- bzw. Entfernungsmessungen sollen insbesondere Rückschlüsse auf eine Oberflächenbeschaffenheit eines Himmelskörpers, wie beispielsweise das Vorhandensein von Bergen und Tälern, möglich werden. Hieraus ergibt sich, dass an alle Komponenten eines Laseraltimeters hohe Anforderungen hinsichtlich einer Messgenauigkeit sowie einer genauen Kalibrierung gestellt werden.
Ein Testen und Kalibrieren eines Laseraltimeters ist aufgrund der hohen zu messenden Entfernungen aktuell nur aufwändig umsetzbar, beispielsweise auf dafür ausgewiesenen Teststrecken. Häufig werden Laseraltimeter mittels Satelliten im Erdorbit getestet und kalibriert. Hierzu wird dann z.B. eine Entfernung zwischen Meeresspiegel bzw. Meeresoberfläche und dem Satelliten im Erdorbit gemessen. Dies hat zum Nachteil, dass insbesondere Feinjustierungen oder Reparaturen am Laseraltimeter oder dessen Komponenten, insbesondere bei einem Testen und Kalibrieren im Erdorbit, aktuell nicht durchführbar sind.
Aus der DE 102007 057 372 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Simulation einer Entfernungsmessung bekannt. Weitere ähnliche Vorrichtungen sind aus der DE 10 2021 203 365 A1, der DE 102017 110 790 A1 und der DE 693 08 005 T2 bekannt.
Es stellt sich daher das technische Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Testen einer Entfernungsmessung ermöglichen. Vorzugsweise ermöglichen die Vorrichtung und das Verfahren zudem das Testen und/oder Kalibrieren eines Laseraltimeters und/oder Komponenten eines Laseraltimeters.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird daher eine Vorrichtung zur Simulation einer Entfernungsmessung, umfassend mindestens eine TX-Empfangseinrichtung zum Empfang mindestens eines optischen und/oder elektrischen TX-Signals, mindestens eine RX-Aussendeeinrichtung zum Aussenden mindestens eines optischen RX-Signals, sowie mindestens eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Simulation, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mindestens ein Steuersignal zum Aussenden des RX-Signals an die mindestens eine RX-Aussendeeinrichtung zeitlich nach einem Empfang des TX-Signals auszugeben, wobei ein Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals von einer zu Simulierendenden Entfernung abhängt.
Die Vorrichtung simuliert eine Entfernungsmessung, indem es ein TX-Signal - beispielsweise ausgesandt von einem zu kalibrierenden Laseraltimeter - mittels der TX- Empfangseinrichtung empfängt und dann einen Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals zum Aussenden des RX-Signals verzögert. Das Aussenden des RX-Signals ersetzt hierbei das Reflektieren des TX-signals an einer Oberfläche eines entsprechend entfernten Messobjekts. Eine Zeitdauer zwischen Empfang des TX-Signals und Ausgabe des Steuersignals wird dann von der Steuereinrichtung in Abhängigkeit der zu simulierenden Entfernung bestimmt. Mit anderen Worten überbrückt die Vorrichtung eine Zeitdauer bzw. Time of Flight, die ein von dem Laseraltimeter ausgesandtes Lichtsignal eigentlich aufwendet, um eine Wegstrecke zwischen dem Aussenden des Lichtsignals, dem Reflektieren des Lichtsignals an einer Oberfläche und dem Empfang des Lichtsignals zurückzulegen. Somit müssen sowohl das TX-Signal als auch das RX-Signal die zu simulierende Entfernung nicht tatsächlich zurücklegen, was den Aufwand und die Kosten für das Testen und/oder Kalibrieren eines Laseraltimeters bzw. von Komponenten erheblich vereinfacht.
Die zu simulierende Entfernung kann in einem Bereich von 40 m (einschließlich) bis 120000 km (einschließlich) liegen, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 km (einschließlich) bis 120000 km (einschließlich). Die zu simulierende Entfernung kann vorbestimmt sein, beispielsweise durch Simulationsdaten, und sie kann zeitlich konstant oder von Schuss zu Schuss, also von Aussenden eines Signals zu Aussenden eines weiteren Signals, variabel sein. Eine zu simulierende Entfernung kann insbesondere mit einer Genauigkeitsauflösung in einem Bereich zwischen 3 cm (einschließlich) und 48 cm (einschließlich) bestimmt werden, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 3 cm (einschließlich) und 12 cm (einschließlich), d.h. in den genannten Bereichen der Genauigkeitsauflösung können besonders präzise Veränderungen in der zu simulierenden Entfernung bestimmt werden. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
Komponenten eines zu testenden oder zu kalibrierenden Laseraltimeters können insbesondere eine Einrichtung zum Aussenden eines Lichtsignals, wie beispielsweise ein Festkörperlaser, und/oder eine Einrichtung zum Empfang eines Lichtsignals sein, wie beispielsweise eine Lawinenphotodiode. Eine weitere Komponente kann eine Einrichtung zur Zeitmessung sein, die eine Zeitdauer zwischen Aussenden und Empfang des Lichtsignals bestimmt, um hieraus eine von dem ausgesandten und reflektierten Lichtstrahl zurückgelegte bzw. simulierte Entfernung zu bestimmen.
Ein von der Vorrichtung empfangenes Signal kann als TX-Signal (Transmitter-Signal) bezeichnet werden. Ein von der Vorrichtung ausgesandtes optisches Signal kann als RX- Signal (Receiver-Signal) bezeichnet werden. Das TX-Signal und/oder das RX-Signal kann/können entlang eines TX-Pfads bzw. RX-Pfads geleitet werden. Der TX-Pfad kann entlang einer Wegstrecke vom Laseraltimeter bzw. einer Komponente des Laseraltimeters zu der TX-Empfangseinrichtung hin verlaufen. Der RX-Pfad kann entlang einer Wegstrecke von der RX-Aussendeeinrichtung zum Laseraltimeter bzw. einer Komponente des Laseraltimeters verlaufen.
Vorzugsweise wird/werden das TX-Signal und/oder das RX-Signal zumindest abschnittsweise mittels eines Glasfaserkabels entlang des TX-Pfads oder des RX-Pfads geleitet. Ein solches Glasfaserkabel kann Teil der Vorrichtung sein. Bei Verwendung eines Glasfaserkabels ergibt sich der Vorteil, dass der TX-Pfad und/oder RX-Pfad zumindest abschnittsweise gekrümmt sein kann/können, d.h. der TX-Pfad und/oder RX- Pfad muss das Signal nicht zwingend entlang einer geraden Wegstrecke leiten. Dies erleichtert insbesondere eine Anordnung von Vorrichtung und Laseraltimeter.
Die TX-Empfangseinrichtung kann signaltechnisch mit einem zu testenden Laseraltimeter verbunden sein, beispielsweise über das zuvor erwähnte Glasfaserkabel. Die TX- Empfangseinrichtung kann zum Empfang des optischen TX-Signals einen lichtempfindlichen Detektor, beispielsweise eine Energiemesseinrichtung und/oder einen optischen Sensor, wie beispielsweise eine Lawinenphotodiode, aufweisen. Durch den Empfang des elektrischen und/oder optischen TX-Signals wird die Simulation der Entfernungsmessung insbesondere gestartet, d.h. das TX-Signal dient als Start-Trigger der Simulation bzw. eines Durchlaufs eines Verfahrens zur Simulation einer Entfernungsmessung. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
Mittels der TX-Empfangseinrichtung können zudem verschiedene Parameter des TX- Signals bestimmt werden.
Die Parameter des optischen TX-Signals und/oder RX-Signals können eine Pulsbreite (vorzugsweise angegeben in Nanosekunden) oder eine Intensität (vorzugsweise angegeben in Watt pro Quadratmeter) sein, insbesondere auch ein zeitlicher Verlauf der Intensität. Insbesondere kann ein Parameter eine Pulsenergie (vorzugsweise angegeben in Joule) sein. Weitere Parameter können eine Wellenlänge und/oder Wellenfrequenz des ausgesandten Signals sein. Das optische TX-Signal und/oder optische RX-Signal weisen vorzugweise eine Wellenlänge in einem Bereich von 410 Nanometern (einschließlich) bis 1550 Nanometern (einschließlich), bevorzugt in einem Bereich von 946 Nanometern (einschließlich) bis 1444 Nanometern (einschließlich) auf. Besonders bevorzugt ist eine Wellenlänge 1064 Nanometer. Eine Wellenlänge in den genannten Bereichen hat insbesondere zum Vorteil, dass sich ein so ausgebildetes TX-Signal oder RX-Signal durch ein Glasfaserkabel leiten lässt. Das elektrische TX-Signal ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es ein optisches TX- Signal simuliert. D.h. die zuvor erwähnten Parameter des optischen TX-Signals können mittels des elektrischen TX-Signals simuliert werden, also signaltechnisch nachgebildet werden. Hierdurch muss die TX-Empfangseinrichtung nicht zwingend einen optischen Sensor zum Empfang eines optischen TX-Signals aufweisen. Dies ist z.B. dann vorteilhaft, wenn ein unvollständiges Laseraltimeter bzw. nur eine einzelne Komponente eines Laseraltimeters getestet oder kalibriert werden soll. Auch denkbar ist, dass mit Hilfe des elektrischen TX-Signals eine Einrichtung zum Aussenden eines Lichtsignals simuliert wird. Dies kann insbesondere bei der Entwicklung von Laseraltimetern vorteilhaft sein, um besonders geeignete Laser zum Aussenden eines TX-Signals zu bestimmen.
Die RX-Aussendeeinrichtung kann zum Aussenden eines optischen RX-Signals einen Laser umfassen. Dieser Laser kann beispielsweise als Festkörperlaser, insbesondere als ein Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser; auch genannt Neodym-YAG- Laser, ausgebildet sein. Die RX-Aussendeeinrichtung kann signaltechnisch mit einem zu testenden Laseraltimeter verbunden sein, beispielsweise über das zuvor erwähnte Glasfaserkabel. Selbstverständlich ist die RX-Aussendeeinrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass das RX-Signal von einem zu testenden Laseraltimeter empfangen werden kann.
Mittels der RX- Aussendeeinrichtung können Parameter des RX-Signals eingestellt werden. Mit anderen Worten kann hierdurch eine Reflexion des vom Laseraltimeter ausgesandten Lichtsignals simuliert werden. Insbesondere können ein oder mehrere Parameter des RX-Signals in Abhängigkeit von vorbestimmten Simulationsdaten eingestellt werden. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert. Vorzugsweise emittiert die RX-Aussendeeinrichtung ein optisches RX-Signal im infraroten Bereich.
Weiter kann die RX-Aussendeeinrichtung einen Signalgenerator zur Einstellung von Parametern des RX-Signals aufweisen, wobei der Signalgenerator insbesondere Parameter wie eine Frequenz, einen zeitlichen Verlauf oder eine Amplitude von RX- Signalen einstellen kann. Mit anderen Worten kann also eine, insbesondere zeitlich variable, Form des RX-Signals präzise und genau eingestellt werden. Eine Form kann beispielsweise sinusförmig sein. Mit Hilfe eines so eingestellten RX-Signals können insbesondere Komponenten eines Laseraltimeters getestet und/oder kalibriert werden, da sich Fehler in der Detektion des RX-Signals als Fehler in einer detektierten Frequenz, einem zeitlichen Verlauf, oder einer Amplitude niederschlagen.
Die TX-Empfangseinrichtung und RX-Aussendeeinrichtung sind signaltechnisch mit der Steuereinrichtung verbunden, insbesondere über elektrische Leitungen. Vorzugsweise leitet die TX-Empfangseinrichtung die für das TX-Signal bestimmten Parameter an die Steuereinrichtung weiter.
Die Steuereinrichtung kann einen Mikrocontroller und/oder ein Oszilloskop umfassen oder als ein solcher/ein solches ausgebildet sein. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung auch einen Analog-Digital-Wandler, beispielsweise zur Umwandlung eines analogen Oszilloskop-Signals in ein digitales Steuersignal aufweisen. Insbesondere kann zur Ausgabe des Steuersignals zum Zeitpunkt der Ausgabe ein Schaltelement durch die Steuereinrichtung betätigt werden. Das Schaltelement kann Teil der Steuereinrichtung sein. So kann der Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals genau getaktet werden.
Die Zeitdauer zwischen einem Zeitpunkt des Empfangs des TX-Signals und einem Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals kann von der Steuereinrichtung selbstverständlich um zusätzliche Zeitdauern, die z.B. zur Weiterleitung der entsprechenden Signale entlang des TX- und/oder RX-Pfads oder innerhalb der Vorrichtung nötig sind, erweitert werden. Diese zusätzlichen Zeitdauern können vorbestimmt sein.
Um den Zeitpunkt der Ausgabe in Abhängigkeit einer zu simulierende Entfernung möglichst genau zu bestimmen, kann die Steuereinrichtung zur Bestimmung des Zeitpunkts der Ausgabe des Steuersignals eine geeignete Taktrate zur Zeitmessung aufweisen. Eine solche Taktrate kann in einem Bereich von 0,2 Nanosekunden (einschließlich) bis 3,2 Nanosekunden (einschließlich) liegen. Mit einer solchen Taktrate lassen sich Entfernungen in vorteilhafter Weise bis auf Bruchteile eines Meters bestimmen bzw. simulieren. Eine besonders bevorzugte Taktrate entspricht 0,8 Nanosekunden. Mit anderen Worten gibt die Taktrate also vor, mit welcher Genauigkeit eine zu simulierende Entfernung eingestellt werden kann. Bezugnehmend auf den zuvor genannten Bereich für die Genauigkeitsauflösung entspricht beispielsweise eine Taktrate von 0,2 Nanosekunden 3 cm Genauigkeitsauflösung und eine Taktrate von 3,2 Nanosekunden entspricht 48 cm Genauigkeitsauflösung. Für die besonders bevorzugte
Taktrate von 0,8 Nanosekunden kann die Genauigkeitsauflösung 12 cm entsprechen.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Laseraltimeter bzw. dessen Komponenten auf eine einfache und kostengünstige Weise getestet werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Vorrichtung vor einem Laseraltimeter angeordnet wird und eine Entfernungsmessung mittels der Vorrichtung simuliert wird. Vorzugsweise ist/sind das Laseraltimeter und/oder die Vorrichtung platzsparend in einem Labor oder Reinraum angeordnet. So kann/können das Laseraltimeter und/oder die Vorrichtung während des Testens und Kalibrierens vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt werden.
Auch können mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzelne Komponenten eines Laseraltimeters, wie beispielsweise eine Lawinenphotodiode, separat vom Rest eines Laseraltimeters getestet und/oder kalibriert werden. Hierzu kann beispielsweise eine zu testende Lawinenphotodiode an oder in der Vorrichtung angeordnet werden.
Weiter weist die Vorrichtung mindestens eine Stelleinrichtung zur, insbesondere optischen, Einstellung des RX-Signals auf. Die Stelleinrichtung weist einen Spiegel und/oder eine Optik, insbesondere eine Linse, auf, der/die die optischen Eigenschaften des RX-Signals einstellt. Weiter kann die Stelleinrichtung einen Kollimator aufweisen. Weiter weist die Stelleinrichtung einen Stellmotor auf, wobei durch Ansteuern des Stellmotors eine Ausrichtung und/oder Orientierung der Stelleinrichtung bzw. von Komponenten der Stelleinrichtung derart beeinflusst wird, dass eine Ausrichtung des optischen RX-Signals gezielt eingestellt werden kann. Die Stelleinrichtung kann mittels der Steuereinrichtung beispielsweise durch ein entsprechendes elektrisches Signal gesteuert werden. Die Stelleinrichtung kann insbesondere in Abhängigkeit von bestimmten Parametern des TX-Signals, RX-Signals und/oder vorbestimmten Simulationsdaten gesteuert werden. Durch eine entsprechende Einstellung der Ausrichtung des optischen RX-Signals kann eine Entfernungsmessung realistischer simuliert werden. Insbesondere können mittels der Stelleinrichtung fehlerhafte Ausrichtungen der RX-Aussendeeinrichtung korrigiert bzw. getestet werden. Weiterhin kann dadurch auch eine Ausrichtung einer Sendeachse zu einer Empfangsachse eines Laseraltimeters getestet werden, insbesondere können fehlerhafte Ausrichtungen simuliert werden. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mittels der Stelleinrichtung der Strahldurchmesser und/oder die Divergenz des RX-Signals eingestellt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Schnittstelle zur signaltechnischen Verbindung mit einem Laseraltimeter auf. Vorzugsweise weist die Vorrichtung mindestens eine erste Schnittstelle zum Weiterleiten eines TX-Signals und eine weitere Schnittstelle zum Weiterleiten eines RX-Signals auf. Eine solche Schnittstelle kann insbesondere eine optische Schnittstelle, wie beispielsweise ein Anschluss für ein Glasfaserkabel sein. Insbesondere kann ein Teil des oder der gesamte TX- und/oder RX-Pfad als Schnittstelle ausgebildet sein. Alternativ oder kumulativ kann es sich bei der Schnittstelle um eine Öffnung in einem Gehäuse der Vorrichtung handelt. Durch die Schnittstelle zur signaltechnischen Verbindung mit einem Laseraltimeter kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass das TX-Signal und/oder das RX-Signal ohne signaltechnische Störungen empfangen bzw. ausgesendet werden kann/können. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Vorrichtung mindestens eine elektrische Schnittstelle zum Austausch von elektrischen Signalen bzw. Daten mit dem Laseraltimeter aufweist. Hierdurch kann eine Kommunikation zwischen Laseraltimeter und Vorrichtung während der Simulation ermöglicht werden.
Selbstverständlich kann die Vorrichtung eine Schnittstelle zur elektrischen Stromversorgung aufweisen. Auch kann entsprechende Einrichtung zur Stromversorgung als Teil der Vorrichtung vorgesehen sein, insbesondere ein (Hoch)Spannungsquelle und/oder -wandler.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung des TX-Signals und/oder mindestens eine weitere Empfangseinrichtung zum Empfang des RX-Signals auf.
Die Erzeugungseinrichtung kann insbesondere einen Festkörperlaser umfassen oder ausbilden und so ein TX-Signal erzeugen. Mittels der Erzeugungseinrichtung können Parameter des TX-Signals eingestellt werden. Weiter kann die Erzeugungseinrichtung ebenfalls den zuvor erläuterten Signalgenerator zur Einstellung von Parametern des TX- Signals aufweisen. Die Erzeugungseinrichtung kann signaltechnisch mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Vorzugsweise entspricht die Erzeugungseinrichtung einer zu testenden und/oder kalibrierenden Komponente eines Laseraltimeters, welche zu Testzwecken Teil der Vorrichtung ist.
Die weitere Empfangseinrichtung kann insbesondere eine Lawinenphotodiode und/oder eine Energiemesseinrichtung aufweisen. Mittels der weiteren Empfangseinrichtung können verschiedene Parameter des RX-Signals bestimmt werden. Die weitere Empfangseinrichtung kann signaltechnisch mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Vorzugsweise entspricht die weitere Empfangseinrichtung einer zu testenden und/oder kalibrierenden Komponente eines Laseraltimeters, welche zu Testzwecken Teil der Vorrichtung ist. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zusätzlich eine elektrische und/oder optische Schnittstelle zur Anordnung der Erzeugungseinrichtung und/oder zur Anordnung der weiteren Empfangseinrichtung auf. Durch Vorsehen einer Erzeugungseinrichtung und/oder weiteren Empfangseinrichtung ist ein Testen und/oder Kalibrieren von Komponenten eines Laseraltimeters besonders vereinfacht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens eine Schnittstelle zur signaltechnischen Verbindung mit einer Recheneinheit auf. Durch die mindestens eine Schnittstelle zur signaltechnischen Verbindung mit einer Recheneinheit kann die Vorrichtung, insbesondere die Steuereinrichtung, mit einer externen Recheneinheit verbunden werden. Vorzugsweise ist die Schnittstelle als USB-, WLAN- und/oder Bluetooth-Schnittstelle ausgebildet. Insbesondere kann über die Schnittstelle auch ein elektrisches TX-Signal in die Vorrichtung eingeleitet werden. Hierdurch kann ermöglicht werden, die Vorrichtung von der externen Recheneinheit aus zu steuern. Insbesondere muss Personal zur Durchführung der Simulation so nicht unmittelbar mit der Vorrichtung oder den Komponenten des Laseraltimeters interagieren. Mit anderen Worten kann die Vorrichtung ferngesteuert werden, so dass das Personal nicht in unmittelbarer Nähe zur Vorrichtung arbeiten muss bzw. das Personal nicht zwingend unmittelbar anwesend sein muss. Zusätzlich kann sowohl die Vorrichtung als auch die Komponenten des Laseraltimeters vor Beschädigungen durch das Personal geschützt werden, sowie ggf. das Personal vor der Laserstrahlung des Lasers.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Gehäuse auf, wobei mindestens die TX-Empfangseinrichtung und die RX-Aussendeeinrichtung in dem Gehäuse angeordnet sind. Vorzugsweise sind alle Teile der Vorrichtung vollständig oder teilweise von dem Gehäuse umhaust, bzw. in oder an dem Gehäuse angeordnet oder befestigt. Das Gehäuse kann quaderförmig ausgebildet sein bzw. ein quaderförmiges Volumen umhausen. Eine Dimension bzw. Länge einer Seitenkante des Gehäuses kann in einem Bereich zwischen 5 cm (einschließlich) und 150cm (einschließlich) liegen, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 30cm (einschließlich) und 60 cm (einschließlich). Ein Material des Gehäuses kann Aluminium aufweisen. So kann eine Gesamtmasse der Vorrichtung mit Gehäuse vorzugsweise geringer als 100 kg (einschließlich) sein. Weiter kann das Gehäuse mindestens einen Griff zum Tragen der Vorrichtung aufweisen. Durch diese Eigenschaften und die kompakten Dimensionen ist die Vorrichtung bzw. das Gehäuse insbesondere portabel. Das Gehäuse kann ferner Befestigungselemente zur Befestigung der Vorrichtung in einer Laborumgebung aufweisen, wie beispielsweise zur Befestigung einer Lochplatte. Auch denkbar ist das Vorsehen eines Ausrichtungselements an einer Außenseite des Gehäuses. Das Ausrichtungselement kann zur Ausrichtung der Vorrichtung, insbesondere relativ zu einem Laseraltimeter, dienen und als Referenzspiegel für einen Theodolit und/oder Autokollimator ausgebildet sein. Durch das Gehäuse lässt sich die Vorrichtung in besonders einfacher Weise vor Umwelteinflüssen schützen. Insbesondere kann die Vorrichtung durch ein Umhausen mittels des Gehäuses auf besonders einfache Weise von einer äußeren Umgebung wie bspw. einem Reinraum getrennt werden. Selbstverständlich können Schnittstellen zur signaltechnischen Verbindung an einer Außenseite des Gehäuses vorgesehen sein. Die Schnittstellen zur signaltechnischen Verbindung an der Außenseite des Gehäuses können an die konkreten Gegebenheiten eines zu testenden Laseraltimeters oder an Laborbedingungen angepasst werden. Auch denkbar ist, dass die Schnittstellen räumlich von dem Gehäuse getrennt anordenbar sind. So können die Schnittstellen leichter an konkrete Gegebenheiten angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung einer Intensität des RX-Signals auf. Bei einer Entfernungsmessung mittels eines Laseraltimeters wird eine Intensität eines reflektierten Lichtsignals aufgrund der zurückgelegten Entfernung üblicher Weise stark gedämpft. Daher ist es für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft, eine Dämpfungseinrichtung vorzusehen, welche die Intensität des RX-Signals derart dämpft, dass realistische Intensitätswerte des RX-Signals erreicht werden, die insbesondere mit Intensitätswerten übereinstimmen, die bei der zu simulierenden Entfernung zu erwarten sind. Die Dämpfungseinrichtung kann als ein mikro-elektro-mechanisches Dämpfungsglied zur Einstellung eines gewünschten Dämpfungsgrads ausgebildet sein. Beispielsweise kann an dem Dämpfungsglied über die Steuerungseinrichtung eine Spannung angelegt werden, die den Dämpfungsgrad beeinflusst und so die Intensität des RX-Signals in einer Glasfaser einstellt. Eine Gleichspannung kann hierbei für einen konstanten Dämpfungsgrad sorgen und eine Wechselspannung kann für einen variablen Dämpfungsgrad sorgen. Das Dämpfungsglied kann mit bis zu 1 Kilohertz (einschließlich) taktbar sein. Weiter beispielsweise kann die Dämpfungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass diese mindestens zwei Lichtleiter aufweist. Ein Lichtsignal wird hierbei über einen ersten Lichtleiter auf einen Spiegel geleitet und vom Spiegel an einen weiteren Lichtleiter weitergeleitet. Mit Hilfe eines Piezoelementes kann eine Ausrichtung des Spiegels innerhalb der Dämpfungseinrichtung eingestellt werden, wobei die Ausrichtung des Spiegels Einfluss auf den Anteil des Lichtsignals hat, welcher an den weiteren Lichtleiter weitergeleitet wird, so dass eine Intensität des Lichtsignals gedämpft wird. Das Piezoelement kann mit 0 Volt (wenig Dämpfung) bis 5 Volt (maximale Dämpfung) mit Gleichspannung oder Wechselspannung (maximal 1kHz) betrieben werden. Bevorzugt ist ein Dämpfungsgrad von mindestens 2 dB einstellbar. Besonders bevorzugt kann ein Dämpfungsgrad von gleich oder mehr als 30 dB eingestellt werden. Die Dämpfungseinrichtung kann den Dämpfungsgrad für ein Lichtsignal in einem Wellenlängenbereich von 450nm (einschließlich) bis 2300nm (einschließlich) einstellen. Bevorzugt liegt der Wellenlängenbereich zwischen 980nm (einschließlich) bis 1250nm (einschließlich). Mit anderen Worten kann ein Dämpfungsgrad, beispielsweise mittels der Steuereinrichtung durch ein entsprechendes elektrisches Signal, eingestellt werden. Der Dämpfungsgrad kann insbesondere in Abhängigkeit von bestimmten Parametern des TX- Signals. RX-Signals und/oder vorbestimmten Simulationsdaten eingestellt werden. Durch einen entsprechend eingestellten Dämpfungsgrad kann dann ein realistischer Intensitätswert des RX-Signals erzielt werden. Vorzugsweise ist/sind die RX- Aussendeeinrichtung und/oder die Steuereinrichtung signaltechnisch mit der Dämpfungseinrichtung verbunden. Eine geeignete Dämpfungseinrichtung wird unter der Bezeichnung V1000A von der Firma Thorlabs GmbH mit Sitz in Bergkirchen und Lübeck, Deutschland vertrieben.
Weiter kann die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Signalschalteinrichtung aufweisen. Eine solche Signalteilungseinrichtung kann beispielsweise als glasfasergebundene Y-Teilung ausgebildet sein und ein TX- oder RX-Signal aufteilen, wobei ein erster Teil des eingehenden Signals entlang einer ersten Abzweigung und ein weiterer Teil des eingehenden Signals entlang einer zweiten Abzweigung geführt wird. Alternativ kann die Signalschalteinrichtung beispielsweise als Multiplexer ausgebildet, wobei ein erstes eingehendes Signal und/oder ein weiteres eingehendes Signal zu einer gemeinsamen Abzweigung geleitet werden. Die Parameter des Signals werden durch die Teilung und/oder Zusammenführung vorzugsweise nicht beeinflusst. Lediglich die Intensität des TX- oder RX-Signals wird durch die Teilung halbiert. So kann das TX- oder RX-Signal in vorteilhafter Weise geteilt und/oder zusammengeführt werden und entlang verschiedener Pfade innerhalb der Vorrichtung geleitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Speichereinrichtung zur Speicherung und/oder zur Bereitstellung von Simulationsdaten auf, wobei die Steuereinrichtung signaltechnisch mit der Speichereinrichtung verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung zusätzlich dazu ausgebildet ist, das Steuersignal in Abhängigkeit der Simulationsdaten auszugeben. Die Speichereinrichtung kann beispielsweise als Solid State Drive oder Hard Drive Disc ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Speichereinrichtung ebenfalls mit der im Folgenden erläuterten Auswerteeinrichtung signaltechnisch verbunden. Die Simulationsdaten können Parameter zur Einstellung des RX-Signals, insbesondere Parameter zur Einstellung der RX- Aussendeeinrichtung und/oder der zuvor erläuterten Dämpfungseinrichtung und/oder Stelleinrichtung aufweisen. Besonders bevorzugt umfassen die Simulationsdaten Soll- Parameter zum Testen und/oder Kalibrieren eines Laseraltimeters und/oder einer Komponente eines Laseraltimeters. Die Simulationsdaten können beispielsweise Messdaten tatsächlicher gemessener Entfernungen sowie der damit einhergehenden Parameter umfassen, wobei die Simulationsdaten mittels eines bereits kalibrierten Laseraltimeters bestimmt worden sein können und somit vorbekannt sein können. So lässt sich eine Entfernungsmessung besonders realistisch simulieren.
In einer weiteren Ausführungsfirm weist die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung des TX-Signals und/oder des RX-Signals auf. Die Auswerteeinrichtung kann einen Mikrocontroller umfassen oder als ein solcher ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung signaltechnisch mit der Steuereinrichtung, der TX-Empfangseinrichtung und/oder der RX-Aussendeeinrichtung verbunden. Besonders vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung signaltechnisch mit einem zu testenden Laseraltimeter oder einer zu testenden Komponente des Laseraltimeters verbunden, so dass die Auswerteeinrichtung beispielsweise auf Parameter eines vom Laseraltimeter ausgesandten TX-Signals oder eines vom Laseraltimeter empfangenen RX-Signals zugreifen kann. So kann die Auswerteeinrichtung in vorteilhafter weise zum, insbesondere automatisierten, Testen und/oder Kalibrieren eines Laseraltimeters oder einer Komponente eines Laseraltimeters genutzt werden. Denkbar ist insbesondere, dass die Auswerteeinrichtung aktuelle Parameter des (ausgesandten) TX-Signals und/oder (empfangenen) RX-Signals mit vorbestimmten Soll-Parametern vergleicht. Die Soll-Parameter können beispielsweise aus bereitgestellten Simulationsdaten bekannt sein. Stellt die Auswerteeinrichtung nun im Zuge der Auswertung eine Abweichung zwischen einem Ist- und einem Soll-Parameter fest, wobei die Abweichung größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, so kann die Auswerteeinrichtung einen entsprechenden Parameter des Laseraltimeters oder einer Komponente des Laseraltimeters verändern. Durch iterative Simulationsdurchläufe kann die festgestellte Abweichung iterativ verkleinert werden. Mit anderen Worten kann die Vorrichtung mit Hilfe der Auswerteeinrichtung in vorteilhafter weise zum Testen und/oder Kalibrieren eines Laseraltimeters oder einer Komponente eines Laseraltimeters genutzt werden.
Weiter kann die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Energiemesseinrichtung zur Messung der Energie des empfangenen TX-Signals und/oder des ausgesandten RX- Signals aufweisen. Die Energiemesseinrichtung kann insbesondere Teil der TX- Empfangseinrichtung sein. Alternativ oder kumulativ kann die Energiemesseinrichtung auch Teil der zuvor erläuterten weiteren Empfangseinrichtung sein. Die Energiemesseinrichtung kann als Photonendetektor ausgebildet sein und eine Messgenauigkeit in einem Bereich von einem Femtojoule bis einem Nanojoule aufweisen. Vorzugsweise weist die Energiemesseinrichtung eine Messgenauigkeit in einem Bereich von 30 Femtojoule (einschließlich) bis 100 Pikojoule (einschließlich) auf. So können in vorteilhafter Weise bereits kleinste Energiemengen nachgewiesen werden, wie sie beispielsweise durch ein Photon übertragen werden. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass größere Energiemengen nachgewiesen werden, beispielsweise in einem Bereich von einem Millijoule (einschließlich) bis 10 Joule (einschließlich).
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Simulation einer Entfernungsmessung, insbesondere einer weltraumgestützten Entfernungsmessung, umfassend die Schritte:
- Empfang eines optischen und/oder elektrischen TX-Signals mittels mindestens einer Empfangseinrichtung, - Ausgabe eines Steuersignals zum Aussenden eines RX-Signals mittels mindestens einer Steuereinrichtung, wobei die Ausgabe zeitlich nach dem Empfang des TX-Signals erfolgt, wobei ein Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals von einer zu Simulierendenden Entfernung abhängt,
- Aussenden eines optischen RX-Signals mittels mindestens einer RX- Aussendeeinrichtung.
Bevorzugt umfasst das Verfahren zudem einen oder mehrere der folgenden Schritte:
- Modellieren eines RX-Signals, insbesondere mit einem zeitlichen Intensitätsverlauf. Das Modellieren findet beispielsweise mit Hilfe des zuvor erläuterten Signalgenerators und/oder eines Pulsmodulators statt. Das Modellieren findet insbesondere vor dem Aussenden des RX-Signals statt. Das Modellieren kann in Abhängigkeit von Simulationsdaten eingestellt werden. So kann in vorteilhafter Weise die zu simulierende Entfernung besonders realistisch simuliert werden.
- Messung und Speicherung der empfangenen und/oder ausgesendeten optischen und/oder elektrischen Signale. Die Messung und Speicherung kann mit Hilfe eines elektrischen oder optischen Sensors, insbesondere in Verbindung mit einem Oszilloskop mit Datenspeicherfunktion, stattfinden. Auch denkbar ist eine Speicherung in der zuvor erläuterten Speichereinrichtung. So können die empfangenen und/oder ausgesandten Signale in vorteilhafter weise mit Simulationsdaten verglichen werden oder zur Kalibrierung einer Komponente eines Laseraltimeters bzw. eines Laseraltimeters genutzt werden, beispielsweise mittels der zuvor erläuterten Auswerteeinrichtung. Vorzugsweise werden empfangene und ausgesandte optische und/oder elektrische Signale gemessen und gespeichert. So kann in vorteilhafter weise ein, insbesondere zeitlicher, Bezug zwischen den empfangen und ausgesandten Signalen hergestellt werden, um z.B. eine Zeitdauer, die für die Signalverarbeitung beansprucht wird, bei der Durchführung des Verfahrens zu berücksichtigen.
Eine Abfolge der Schritte, also insbesondere der Empfang des TX-Signals, die Ausgabe des Steuersignals sowie das Aussenden des RX-Signals wird vorzugsweise iterativ wiederholt, d.h. das Verfahren wird wiederholt in der genannten Abfolge der Schritte ausgeführt. Insbesondere können mindestens 30 Iterationen des Verfahrens pro Sekunde durchgeführt werden. Zusätzlich kann auch eine Ausgabe des Steuersignals iterativ verändert werden. Beispielsweise können so Messung von Oberflächenprofilen eines zu untersuchenden Himmelskörpers mittels der Vorrichtung simuliert werden, z.B. indem der Zeitpunkt der Ausgabe entsprechend des zu simulierenden Oberflächenprofils iterativ verändert wird. So kann in vorteilhafter Weise eine Sensitivität des Laseraltimeters oder einer Komponente des Laseraltimeters hinsichtlich verschiedener Entfernungen zeiteffizient getestet werden.
Weiter kann das Verfahren einen oder mehrere der folgenden Schritte umfassen: Empfang eines RX-Signals, insbesondere mittels einer weiteren Empfangseinrichtung,
- Auswerten eines RX-Signals mittels einer Auswerteeinrichtung, und/oder
- Anpassen von Parametern des TX-Signals und/oder RX-Signals, insbesondere mittels der Erzeugungseinrichtung und/oder Anpassen von Parametern eines Laseraltimeters, insbesondere einer Komponente eines Laseraltmeters.
Der Empfang eines RX-Signals kann insbesondere das Bestimmen von Parametern des RX-Signals umfassen. Das Auswerten eines RX-Signals kann insbesondere den Abgleich von bestimmten Parametern des RX-Signals, also Ist-Parametern mit Soll-Parametern umfassen. Weiter kann das Auswerten des RX-Signals das Bestimmen einer Abweichung zwischen Soll- und Ist-Parametern umfassen. Alternativ oder kumulativ kann das Auswerten auch das Bestimmen einer Abweichung zwischen einer simulierten Entfernung einer bestimmten Entfernung umfassen. Die simulierte Entfernung kann hierbei einem Soll-Parameter und die bestimmte Entfernung einem Ist-Parameter entsprechen. Die bestimmte Entfernung kann beispielsweise in Abhängigkeit des TX-Signals und des RX- Signals bestimmt werden. Vorzugsweise wird die bestimmte Entfernung mittels des zu testenden Laseraltimeters bestimmt.
Das Anpassen von Parametern des TX-Signals und/oder RX-Signals bzw. das Anpassen von Parametern eines Laseraltimeters erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit der bestimmten Abweichung. Das Anpassen erfolgt vorzugsweise derart, dass in einer folgenden Iteration aufgrund der angepassten Parameter die Abweichung zwischen I stund Soll-Parametern verkleinert ist. Ein angepasster Parameter kann beispielsweise mittels einer Kostenfunktion bestimmt werden, wobei die Kostenfunktion die Abweichung minimiert. Dies kann dem zuvor erläuterten Testen und/oder Kalibrierung eines Laseraltimeters und/oder einer Komponente eines Laseraltimeters entsprechen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ein oder mehrere der beschriebenen Schritte des Verfahrens von der Vorrichtung ausgeführt werden können. Vorzugsweise wird das vollständige Verfahren von der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere automatisiert, ausgeführt. Für das Verfahren ergeben sich somit die entsprechenden, zuvor für die Vorrichtung angeführten, Vorteile.
Auch vorstellbar ist, dass beispielsweise zu schulendes Personal mittels der Vorrichtung und/oder dem Verfahren auf eine mit dem Laseraltimeter durchzuführende Entfernungsmessung vorbereitet wird. Eine weltraumgestützte Entfernungsmessung, beispielsweise zur Bestimmung einer Oberflächenbeschaffenheit auf einem Planeten wie Merkur oder einem Jupitermond, kann aufgrund der großen Entfernung zwischen Erde und Laseraltimeter üblicher Weise nicht in Echtzeit, sondern nur mit einer entsprechenden Zeitverzögerung durchgeführt werden. Insbesondere kann die Messung unter Umständen nur während eines kurzen, einmaligen Vorbeiflugs an einem Himmelskörper erfolgen. Aus diesem Grund ist ein vorheriges Trainieren der Abfolge der Schritte zur Entfernungsmessung mittels der Vorrichtung und/oder des Verfahrens für zu schulendes Personal vorteilhaft. Insbesondere können mittels der Vorrichtung und/oder des Verfahrens realistische Messbedingungen simuliert werden. Beispielsweise kann mit Hilfe von Simulationsdaten ein zu bestimmenden Oberflächenbeschaffenheit eines Planeten simuliert werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 4 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Simulation einer Entfernungsmessung und
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer Stelleinrichtung
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Mit Hilfe der Vorrichtung 1 kann ein Laseraltimeter 20 getestet und/oder kalibriert werden. Hierzu wird von einer als Neodym-YAG-Laser ausgebildeten Einrichtung 23 zum Aussenden eines Lichtsignals ein TX-Signal 3 erzeugt und entlang eines TX-Pfads 25 zu einer Schnittstelle 21 der Vorrichtung 1 geleitet.
Über die als Öffnung in einem Gehäuse 50 der Vorrichtung 1 ausgebildete Schnittstelle 21 wird das TX-Signal 3 von einer in dem Gehäuse 50 angeordneten TX- Empfangseinrichtung 2 empfangen. Die TX-Empfangseinrichtung 2 kann als Lawinenphotodiode ausgebildet sein, wobei mittels der TX-Empfangseinrichtung 2 Parameter des TX-Signals 3, wie beispielsweise eine Pulsbreite und eine Pulsenergie, bestimmt werden.
Die TX-Empfangseinrichtung 2 ist signaltechnisch mit einer Steuereinrichtung 6 verbunden, wobei der Empfang des TX-Signals 3 als elektrisches Trigger-Signal zum Start einer Zeitmessung genutzt wird. Ein Oszilloskop 9 ist Teil der Steuereinrichtung 6 und erlaubt eine besonders präzise Zeitmessung mit einer Taktrate von beispielsweise 0,8 Nanosekunden. Ein Mikroprozessor 8 ist ebenfalls Teil der Steuereinrichtung 6. Der Mikroprozessor ist signaltechnisch mit einer Speichereinrichtung 80 verbunden, wobei die Speichereinrichtung 80 dem Mikroprozessor 8 eine zu simulierende Entfernung bereitstellt und einen zeitlichen Verlauf des Steuersignals 7 bereitstellen kann. Die zu simulierende Entfernung wandelt der Mikroprozessor 8 in eine Zeitdauer um, die zwischen Empfang des TX-Signals 3 und Ausgabe eines Steuersignals 7 verstreichen soll, um die Entfernung zu simulieren.
Mit Hilfe des Oszilloskops 9 bestimmt die Steuereinrichtung 6 dann in Abhängigkeit der zu simulierenden Entfernung einen Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals 7. Das Steuersignal 7 wird an eine RX-Aussendeeinrichtung 4 geleitetet, wobei das Steuersignal 7 ein Aussenden eines RX-Signals 5 auslöst.
Bevor das RX-Signal 5 die Vorrichtung 1 über eine weitere Schnittstelle 22 in Richtung des Laseraltimeters 20 verlässt, passiert das RX-Signal 5 sowohl eine Dämpfungseinrichtung 60 als auch eine Stelleinrichtung 70. Ein einzustellender Dämpfungsgrad der Dämpfungseinrichtung 60 kann beispielsweise aus Simulationsdaten vorbekannt sein. Zur Einstellung des Dämpfungsgrads ist die Dämpfungseinrichtung 60 mit der Steuereinrichtung 6 signaltechnisch verbunden. Durch die Dämpfungseinrichtung 60 wird so insbesondere eine Intensität des RX-Signals 5 gedämpft und so eingestellt, dass die Dämpfung des RX-Signals 5 mit der zu simulierenden Entfernung in realistischer Weise korrespondiert.
Die Stelleinrichtung 70 ist ebenfalls signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 6 verbunden, wobei mittels der Steuereinrichtung 6 eine Ausrichtung, eine Divergenz und/oder ein Strahlendurchmesser des RX-Signals 5 eingestellt wird. Die Einstellung der Stelleinrichtung 70 kann insbesondere in Abhängigkeit von vorbekannten Simulationsdaten erfolgen.
Nach Passieren der Schnittstelle 22, welche als Öffnung an einer Außenseite des Gehäuses 50 der Vorrichtung 1 angeordnet ist, wird das RX-Signal 5 über einen RX-Pfad 26 zu einer Einrichtung 24 zum Empfangen des RX-Signals 5 geleitet. Die Einrichtung 24 zum Empfangen kann als Lawinenphotodiode ausgebildet sein und ist Teil des zu testenden Laseraltimeters 20. Die Einrichtung 24 zum Empfangen kann selbstverständlich signaltechnisch mit der Einrichtung 23 zum Aussenden verbunden sein. Hierdurch kann die Einrichtung 24 auch zur Zeitmessung und somit zur Bestimmung einer gemessenen Entfernung in Abhängigkeit des TX- und RX-Signals 3, 5 geeignet sein. Insbesondere kann das Laseraltimeter 20 mit der Vorrichtung 1 signaltechnisch verbunden sein, um eine vom Laseraltimeter 20 bestimmte Entfernung mit der zu simulierenden Entfernung vergleichen zu können.
Weiter zeigt Fig. 1, dass die Vorrichtung 1 und das Laseraltimeter 20 platzsparend in einem Reinraum angeordnet sind, wobei eine Begrenzung 100 des Reinraums durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Somit kann eine Entfernungsmessung mittels der Vorrichtung 1 simuliert werden, ohne dass ein Lichtsignal die tatsächliche Entfernung zurücklegen muss.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Im Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist insbesondere auch zum Testen und/oder Kalibrieren von einzelnen Komponenten eines Laseraltimeters 20 geeignet. So ist in der gezeigten Ausführungsform in der Vorrichtung 1 ein zu testender Laser 34 sowie ein Signalgenerator 33 als Erzeugungseinrichtung 31 angeordnet. Der Laser 34 ist signaltechnisch mit dem Signalgenerator 33 verbunden.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die TX-Empfangseinrichtung 2 als eine zu testende Lawinenphotodiode ausgebildet. Mit Hilfe des Signalgenerators 33 kann zum Testen der Lawinenphotodiode beispielsweise ein harmonisches TX-Signal 3 erzeugt werden. An die zu testende Lawinenphotodiode können insbesondere weitere elektrische Komponenten eines Laseraltimeters 20 angeschlossen werden (nicht dargestellt).
Analog zu den Erläuterungen zu Fig. 1 ist die TX-Empfangseinrichtung 2 signaltechnisch mit einer Steuereinrichtung 6 verbunden, wobei der Empfang des TX-Signals 3 als elektrisches Trigger-Signal zum Start einer Zeitmessung genutzt wird. Eine als Laser ausgebildete RX-Aussendeeinrichtung 4 sendet dann ein RX-Signal 5 aus, welches nach Passieren einer Dämpfungseinrichtung 60 von einer weiteren Empfangseinrichtung 32 empfangen wird. Die TX-Empfangseinrichtung und die weitere Empfangseinrichtung 32 kann auch als eine gemeinsame Einrichtung ausgebildet sein, beispielsweise wenn diese als zu testende Lawinenphotodiode ausgebildet ist.
Die weitere Empfangseinrichtung 32 kann insbesondere eine zu testende und/oder zu kalibrierende Einrichtung 24 zum Empfangen eines RX-Signals 5 sein. Die weitere Empfangseinrichtung 32 ist signaltechnisch mit einer als Mikroprozessor ausgebildeten Auswerteeinrichtung 91 verbunden. Durch die Auswerteeinrichtung 91 können Parameter des empfangenen RX-Signals 5 ausgewertet werden, wobei die Parameter durch die weitere Empfangseinrichtung 32 bestimmt werden. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung 91 mit einer Speichereinrichtung 80 signaltechnisch verbunden. Hierdurch können die bestimmten Parameter des RX-Signals 5 mit vorbekannten Soll- Parametern abgeglichen werden, wobei die Soll-Parameter beispielsweise als Teil von Simulationsdaten auf der Speichereinrichtung 80 abgespeichert sind. Vorzugsweise können die zu testenden Komponenten eines Laseraltimeters 20 so mittels der Vorrichtung 1 getestet und kalibriert werden (siehe Fig. 4).
Zusätzlich ist die Vorrichtung 1, insbesondere die Steuereinrichtung 6, über als WLAN- Modul ausgebildete Schnittstellen 41, 42 mit einer externen Recheneinheit 43 signaltechnisch, insbesondere drahtlos, verbunden. Die externe Recheneinheit 43 kann ebenfalls einen Mikroprozessor 8 aufweisen und zur Fernsteuerung der Vorrichtung 1 genutzt werden. So kann beispielsweise zu schulendes Personal außerhalb der Begrenzung 100 eines Reinraums die Vorrichtung 1 über die externe Recheneinheit 43 steuern.
Weiter zeigt Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, die die Vorteile der in Fig.1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kombiniert. Die Vorrichtung 1 weist in der gezeigten Ausführungsform eine erste Signalschalteinrichtung 35 und eine weitere Signalschalteinrichtung 36 auf. Die erste Signalschalteinrichtung 35 ermöglicht, dass ein TX-Signal 3 sowohl von einem Laseraltimeter 20 über eine Schnittstelle 21 in die Vorrichtung geleitet werden kann als auch mittels einer Erzeugungseinrichtung 31 intern erzeugt und an die TX-Empfangseinrichtung 2 geleitet werden kann. Die weitere Signalschalteinrichtung 36 ermöglicht, dass ein ausgesandtes RX-Signal 5 sowohl von einem Laseraltimeter 20 empfangen werden kann als auch von einer weiteren Empfangseinrichtung 32 empfangen werden kann.
Durch die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform lässt sich die Vorrichtung 1 somit in verschiedenen Test- und oder Kalibrierszenarien einsetzen.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Simulation einer Entfernungsmessung. Das Verfahren umfasst eine Abfolge von Schritten, die in aufeinanderfolgenden Iterationen so lange durchgeführt werden, bis eine Abweichung zwischen einer simulierten Entfernung einer mittels eines Laseraltimeters 20 bestimmten Entfernung kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
Das Verfahren beginnt mit dem Empfang S1 eines optischen TX-Signals 3, welches von einer Einrichtung 23 zum Aussenden eines Lichtsignals, insbesondere eines TX-Signals 3, von einem Laseraltimeter 20 ausgesendet wurde. Das TX-Signal 3 wird mittels einer TX-Empfangseinrichtung 2 empfangen (siehe Fig. 1). Um eine Entfernung zu simulieren, wird die Ausgabe S2 eines Steuersignals 7 mittels mindestens einer Steuereinrichtung 6 solange verzögert, bis ein zeitlicher Abstand zwischen dem Empfang S1 des TX-Signals 3 und einem Zeitpunkt der Ausgabe S2 des Steuersignals 7 einer Zeitdauer entspricht, die das vom Laseraltimeter 20 ausgesandte Lichtsignal benötigen würde, um an einem Messobjekt (nicht dargestellt) reflektiert zu werden und vom Messobjekt zum Laseraltimeter 20 zurück zu gelangen. Die Zeitdauer bzw. der Zeitpunkt der Ausgabe S2 wird somit in Abhängigkeit der zu Simulierendenden Entfernung bestimmt. Auf die Ausgabe S2 des Steuersignals 7 hin sendet eine RX- Aussendeeinrichtung 4 ein optisches RX-Signal 5 aus. Die entspricht einem Aussenden S3 des RX-Signals 5.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird das von der RX-Aussendeeinrichtung 4 ausgesandte RX-Signal 5 von einer weiteren Empfangseinrichtung 32 empfangen. Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird das von der RX-Aussendeeinrichtung 4 ausgesandte RX-Signal 5 von einer Einrichtung 24 zum Empfangen eines Lichtsignals empfangen. Dies entspricht dem Schritt des Empfangs S4 des RX-Signals 5.
Weiter umfasst das Verfahren das Bestimmen S5 von Parametern des RX-Signals 5. Die Parameter des RX-Signals werden dann durch Auswerten S6 mit Soll-Parametern abgeglichen. Eine Anpassung von Parametern der weiteren Empfangseinrichtung 32 kann dann in einem Schritt S7 erfolgen.
Durch weitere Iterationen des Verfahrens kann so eine Abweichung so weit minimiert werden, dass eine zu testende Komponente eines Laseraltimeter 20 - wie beispielsweise die weitere Empfangseinrichtung 32 - derart kalibriert werden kann, dass eine Abweichung zwischen einem bestimmten Ist-Parameter und einem Soll-Parameter kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Mit anderen Worten kann mittels des beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung 1 eine bestimmte Ist-Entfernung an eine zu simulierende Soll-Entfernung angenähert werden.
In der Fig. 5 ist schematisch eine Stelleinrichtung 70 dargestellt, wobei der RX-Pfad 26 zu einer Einrichtung zum Empfangen eines Lichtsignals 24 ausgerichtet werden kann. Die Stelleinrichtung 70 weist eine Optik 71, eine Filtereinheit 72, einen Stellmotor 73 und eine weitere Aktorik 74 auf. In der Fig. 5 ist nun dargestellt, dass der RX-Pfad 26 nicht richtig zur optischen Achse der Einrichtung zum Empfangen eines Lichtsignals 24 ausgerichtet ist. Dies kann nun durch den Stellmotor 73 korrigiert werden, wobei hierzu ggf. eine mäanderförmige Scan-Bewegung ausgeführt wird, wobei bei richtiger Ausrichtung die Empfangsleistung ein Maximum aufweist. Abhängig von den übrigen Randbedingungen kann es dabei ausreichend sein, dass der Stellmotor 73 nur eine Bewegung entlang zweier rotatorischer Freiheitsgrade ermöglicht. Vorzugsweise ermöglicht der Stellmotor 73 jedoch mindestens eine Bewegung der Stelleinrichtung 70 entlang von mindestens vier Freiheitsgraden (2 translatorische und 2 rotatorische Freiheitsgrade), um eine optimale Ausrichtung vorzunehmen. Weiter vorzugsweise kann mittels des Stellmotors 73 die Stelleinrichtung 70 in allen sechs Freiheitsgraden bewegt werden. Die Filtereinheit 72 weist beispielsweise einen Bandpassfilter auf, um den Wellenlängenbereich zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Neutraldichtefilter vorgesehen sein, der alle Wellenlängen zusätzlich dämpft. Die Optik 71 weist vorzugsweise mindestens eine Linse, einen Kollimator und ein diffraktives Element auf. Mittels der Aktorik 74 können dann die Elemente der Optik 71 beispielsweise zueinander verschoben werden, um eine Divergenz und/oder einen Durchmesser des Sendestrahls zu verändern und so gezielt einzustellen. Neben einer translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung der Elemente kann die Aktorik 74 auch derart ausgeführt sein, dass z.B. eine Linse mechanisch verformt wird, um deren Abbildungseigenschaften zu verändern. Diese Maßnahmen können auch kombiniert werden. Auch ist es möglich, die Abbildungseigenschaften der Linse durch Wärmeeintrag zu verändern. Vorzugsweise erlaubt die Aktorik 74 mindestens eine Bewegung entlang mindestens eines Freiheitsgrades (vorzugsweise eines translatorischen Freiheitsgrades). Weiter vorzugsweise erlaubt die Aktorik 74 aber ebenfalls eine Bewegung entlang von vier und weiter vorzugsweise entlang aller sechs Freiheitsgrade. Der Stellmotor 73 und die Aktorik 74 erhalten für die jeweilige Einstellung Steuersignale S von der Steuereinrichtung 6 (s. z.B. Fig. 1)
Bezugszeichenliste
Vorrichtung
TX-Empfangseinrichtung
TX-Signal
RX-Aussendeeinrichtung
RX-Signal
Steuereinrichtung
Steuersignal
Mikroprozessor
Oszilloskop
Laseraltimeter
Schnittstelle für TX-Signal
Schnittstelle für RX-Signal
Einrichtungen zum Aussenden eines Lichtsignals
Einrichtungen zum Empfangen eines Lichtsignals TX-Pfad
RX-Pfad
Erzeugungseinrichtung weitere Empfangseinrichtung
Signalgenerator
Laser
Signalschalteinrichtung weitere Signalschalteinrichtung
Schnittstelle zur signaltechnischen Verbindung
Schnittstelle zur signaltechnischen Verbindung
Recheneinheit
Gehäuse
Dämpfungseinrichtung
Stelleinrichtung
Optik
Filtereinheit
Stellmotor
Aktorik
Speichereinrichtung 91 Auswerteeinrichtung
100 Begrenzung Reinraum
S Steuersignal
SD Strahldurchmesser
51 Empfang eines optischen und/oder elektrischen TX-Signals
52 Ausgabe eines Steuersignals
53 Aussenden eines optischen RX-Signals
54 Empfang eines RX-Signals
55 Auswerten eines RX-Signals
56 Abgleich von Parametern
57 Anpassen von Parametern

Claims

Patentansprüche Vorrichtung (1) zur Simulation einer Entfernungsmessung, umfassend mindestens eine TX-Empfangseinrichtung (2) zum Empfang mindestens eines optischen und/oder elektrischen TX-Signals (3), mindestens eine RX-Aussendeeinrichtung (4) zum Aussenden mindestens eines optischen RX-Signals (5), sowie mindestens eine Steuereinrichtung (6) zur Steuerung der Simulation, wobei die Steuereinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, mindestens ein Steuersignal (7) zum Aussenden des RX- Signals (5) an die mindestens eine RX-Aussendeeinrichtung (4) zeitlich nach einem Empfang des TX-Signals (3) auszugeben, wobei ein Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals (7) von einer zu Simulierendenden Entfernung abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zusätzlich mindestens eine Stelleinrichtung (70) zur Einstellung des RX-Signals (5) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (70) einen Spiegel und/oder eine Optik (71) sowie einen Stellmotor (73) aufweist, wobei der Stellmotor (73) derart ausgebildet ist, dass durch Ansteuern des Stellmotors (73) eine Ausrichtung und/oder Orientierung der Stelleinrichtung (70) oder von Komponenten der Stelleinrichtung (70) derart beeinflusst wird, dass eine Ausrichtung des optischen RX-Signals gezielt eingestellt werden kann. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zusätzlich mindestens eine Schnittstelle (21, 22) zur signaltechnischen Verbindung mit einem Laseraltimeter (20) aufweist. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zusätzlich eine Erzeugungseinrichtung (31) zur Erzeugung des TX-Signals (3) und/oder mindestens eine weitere Empfangseinrichtung (32) zum Empfang des RX- Signals (5) aufweist. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mindestens eine Schnittstelle (41, 42) zur signaltechnischen Verbindung mit einer Recheneinheit (43) aufweist. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Gehäuse (50) aufweist, wobei mindestens die TX-Empfangseinrichtung (2) und die RX-Aussendeeinrichtung (4) in dem Gehäuse (50) angeordnet sind. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zusätzlich mindestens eine Dämpfungseinrichtung (60) zur Dämpfung einer Intensität des RX-Signals (5) aufweist. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (70) derart ausgebildet ist, dass durch die Stelleinrichtung (70) ein Strahldurchmesser und/oder eine Divergenz gezielt eingestellt werden können. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zusätzlich mindestens eine Speichereinrichtung (80) zur Speicherung und/oder zur Bereitstellung von Simulationsdaten aufweist, wobei die Steuereinrichtung (6) signaltechnisch mit der Speichereinrichtung (80) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (6) zusätzlich dazu ausgebildet ist, das Steuersignal (7) in Abhängigkeit der Simulationsdaten auszugeben. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zusätzlich mindestens eine Auswerteeinrichtung (91) zur Auswertung des RX-Signals (5) aufweist. Verfahren zur Simulation einer Entfernungsmessung umfassend die Schritte:
Empfang (S1) eines optischen und/oder elektrischen TX-Signals (3) mittels mindestens einer Empfangseinrichtung (2),
Ausgabe (S2) eines Steuersignals (7) zum Aussenden eines RX-Signals (5) mittels mindestens einer Steuereinrichtung (6), wobei die Ausgabe zeitlich nach dem Empfang des TX-Signals (3) erfolgt, wobei ein Zeitpunkt der Ausgabe des Steuersignals (7) von einer zu Simulierendenden Entfernung abhängt,
Einstellen des RX-Signals (5) mittels einer Stelleinrichtung (70), wobei die Stelleinrichtung (70) einen Spiegel und/oder eine Optik (71) sowie einen Stellmotor (73) aufweist, wobei durch Ansteuern des Stellmotors (73) eine Ausrichtung und/oder Orientierung der Stelleinrichtung (70) oder von Komponenten der Stelleinrichtung (70) derart beeinflusst wird, dass eine Ausrichtung des optischen RX-Signals gezielt eingestellt werden kann.
Aussenden (S3) eines optischen RX-Signals (5) mittels mindestens einer RX- Aussendeeinrichtung (4).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69308005T2 (de) 1992-12-11 1997-06-05 Hughes Aircraft Co Prüfsystem für einen Laser-Entfernungsmesser mit Reichweitesimulation
DE102007057372A1 (de) 2007-11-27 2009-05-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Testsystem für Lidarsensoren
DE102017110790A1 (de) 2017-05-18 2018-11-22 Konrad Gmbh Simulationsvorrichtung für ein LiDAR-Lichtmesssystem
CN112649795A (zh) * 2020-11-19 2021-04-13 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种用于评估激光测距机性能的距离模拟方法及系统
DE102021203365A1 (de) 2021-04-01 2021-09-30 iSyst Intelligente Systeme GmbH Verfahren zum Testen eines Messsystems sowie Testsystem

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