Projektionssystem macht Zielsimulation zuverlässiger und präziser

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Im Rahmen der Modernisierung eines der größten Zielsimulations-Systeme der Bundeswehr wurde ein leistungsfähiges Projektionssystem installiert.
Projektionssystem im Zielsimulationsdom in Greding

Quelle: Digital Projection International

Die Wehrtechnische Dienststelle für Informationstechnologie und Elektronik (WTD 81) der Bundeswehr hat jüngst die komplexe visuelle Installation in ihrem Zielsimulations-Dom (ZSD) modernisiert. Das Projekt wurde mit der partnerschaftlichen Unterstützung durch ein gemeinsames Team von project:syntropy und domeprojection.com umgesetzt, wobei project:syntropy das neue Projektionssystem, bestehend aus 41 HIGHlite-Laserprojektoren des Typs WUXGA 3D von Digital Projection, planen, installieren und in Betrieb nehmen sollte.

Die Modernisierung wurde im Auftrag von e.sigma Systems GmbH, einem Spezialanbieter von integrierten Trainingslösungen für internationale Streitkräfte, Sicherheitsagenturen und industrielle Auftraggeber, durchgeführt. Während des Projekts wurde das gesamte Infrarot-Projektionssystem des Zielsimulations-Doms erneuert.

Testzentrum für Präzision von Waffensystemen

Der Kuppelbau der WTD 81 in Greding, Bayern beherbergt ein Testzentrum der Bundeswehr, in dem die Präzision von Waffensystemen und einzelnen Komponenten, von Panzern bis hin zu Flugkörpern, in realitätsnahen 3D-Simulationen von Schlachtfeldszenarien sowohl im optischen als auch im Infrarot-Spektralbereich getestet werden.

Der Kuppelbau ist mit einer Höhe von 26 m und einem Außendurchmesser von 46 m eine imposante Konstruktion; damit ist er einer der weltweit größten freitragenden Kuppelbauten in Fertigbauweise. Die Projektionskuppel in seinem Inneren hat einen Durchmesser von 40 m und eine Projektionsfläche von 2.200 m2. Die Fläche selbst besteht aus mehr als 94’000 dünnen polygonalen Metallplatten in verschiedenen Formen, dies stellt besonders hohe Anforderungen an die Konzeption des Projektionssystems und dessen Kalibrierung.

„Wir wurden ursprünglich gebeten bei der Farbkalibrierung zu helfen” so Christian Steinmann von domeprojection.com. „Wir versuchten eine Kalibrierung an den vorhandenen Projektoren durchzuführen, doch das erwies sich als ziemlich unmöglich, da die Projektoren veraltet waren; sie hatten nicht genügend Helligkeit, und es war auch keine Randschärfenüberblendung („Edge-Blending“) möglich, da die Inhalte einfach kachelartig projiziert wurden.”

Auch wenn die anfängliche Kalibrierung von domeprojection.com in einer gewissen Verbesserung resultierte, gelangte die WTD 81 dennoch zu dem Fazit, dass eine komplette Modernisierung der beste Weg voran sei.

Neues Projektionssystem für den Dom

Und hier kam Lars Richter, Projektleiter bei project:syntropy, mit ins Spiel: „Wir wurden mit der Erneuerung des Projektionssystems des Doms beauftragt, weil das vorhandene Projektionssystem nicht den gesamten Sichtbereich abdeckte. Es hatte zudem eine geringe Auflösung und Helligkeit, und musste deshalb manuell kalibriert werden. Eine Reihe von Problemen rührte daher, dass das vorhandene Projektionssystem auf UHP-Lampen basierte; das heißt, die vorhandenen Projektoren mussten nach einem Lampenaustausch regelmäßig neu ausgerichtet werden. Die Neuausrichtung erfolgte manuell, und dieser hohe Instandhaltungsaufwand resultierte in Ausfallzeiten, was in Anbetracht der Erfordernisse des Endbenutzers nicht tragbar war.”

Dirk Siedle, EMEA Sales & Marketing Manager für Digital Projection erläuterte diese Probleme ausführlicher: „Kunden mit lampenbasierten Projektoren erleben, dass ihre Projektoren tatsächlich eine Leuchtleistung weit unter ihren anfänglichen Spezifikationen liefern, und das in einem Zyklus, der sich bei jedem Lampenwechsel, das heißt, alle 500 bis 2’000 Stunden, wiederholt. Würde man die Stabilität der Leuchtleistung grafisch darstellen, würde man ziemlich drastische Schwankungen feststellen.

Richter führte weiter aus: „Die Anforderungen des Auftraggebers an das Projektionssystem waren weitreichend, mit einer Helligkeit an der Projektionsfläche von > 120 Lux, einem individuellen Kontrast von 1’600:1, einer Betriebsdauer von 10’000 Stunden und einem niedrigen Geräuschpegel. Er benötigte darüber hinaus ein automatisches Neuausrichtungssystem, um die Wartungszeiten zu verringern und die Präzision insgesamt zu erhöhen.”

Dies erforderte die Kenntnis eines erfahrenen Systemintegrators, um ein kreatives und zugleich umsetzbares Systemdesign zu liefern, das sich bei allen schwierigen Anforderungen, einschließlich des verfügbaren Raums für die Projektorinstallation, integrieren ließe.

Bildquelle: Digital Projection International

Konstante, vorhersagbare und zuverlässige Leuchtleistung

Die Lösung war 41 Laserprojektoren des Typs HIGHlite WUXGA 3D von Digital Projection zu verwenden, die, wie Siedle erklärte, von project:syntropy integriert wurden: „Die interne Technik des HIGHlite-Laserprojektors bietet eine wesentlich konstantere Leuchtleistung mit einer sehr linearen Leistungskurve, beginnend vom ersten Einsatz bis hin zu einer Betriebszeit von 20’000 Stunden. Keine drastischen Schwankungen mehr. Der Projektor liefert einfach nur eine konstante, vorhersehbare und zuverlässige Leuchtleistung.“

Die größte Herausforderung bei der Konzeption bestand in der Plazierung der Projektoren, denn Vorgabe war, daß jedes im Arbeitsbereich zu sehende Pixel idealerweise nicht mehr als 20° Reflektionsstrahlung abgibt, wobei dieser Bereich mit einem Radius von 2 m vom Zentrum des Doms definiert ist. Dies erklärt sich durch den sehr hohen Reflexionswert der Projektionsfläche. Die Herausforderung erwies sich als noch schwieriger dadurch, dass der Bereich, in dem die Projektoren installiert werden konnten, im Ganzen sehr beschränkt war und die gewünschten niedrigen Geräuschpegel ein Spezialgehäuse für den Projektor erforderten. Der Sichtbereich durfte zudem nicht blockiert werden und ausreichende Kühlung der Projektoren mußte ermöglicht werden. Um den hohen Anforderungen gerecht zu werden kam hier die langjährige Erfahrung von project:syntropy auf dem Gebiet der Konzeption von High-End-Projektionssystemen und deren eigene Produkte mit ins Spiel.

Software für Installation

Während der Installation spielte die Software von domeprojection.com eine wesentliche Rolle, wobei bereits vor der Installation eine ganze Reihe von Berechnungen zum Projektionssystem angestellt werden musste. Steinmann erklärte: „Wir haben eine Kamera in der Mitte des Doms positioniert, die uns ermöglichte, alle Projektionsflächen zu erkennen. Dann haben wir Tests durchgeführt, um die Präzision der Geometrie zu prüfen und sicherzustellen, dass die Systeme zusammen funktionieren würden.

„Der erste Test wurde mit einem Laserpointer zu dem Zielsystem-Manipulator durchgeführt. Der Manipulator bewegte sich auf einer genauen Bahn, und diese ‚Bahn‘ wurde mit dem visuellen System projiziert. Die resultierende Divergenz betrug jetzt nur noch 1,7 Bogenminuten.” Er erläuterte weiter: „Beim zweiten Test projizierten wir einen Marker unter Verwendung eines Theodolits, um die Punkte so präzise wie möglich zu messen. Die Divergenz betrug <10 mm auf der Projektionsfläche. Dann wurde die Farbkalibrierung mithilfe der ColorCalibration-Ergänzung mit einem Jeti-Spektrometer von ProjectionTools erreicht.”

Projektionssystem: Erste Tests und Simulationen

Darüber hinaus wurde die von e.sigma während der Simulationen verwendete proprietäre Software im Rahmen des Upgrades verbessert. Durch enge Zusammenarbeit mit domeprojection.com entwickelte e.sigma eine Schnittstelle, um das Warping & Blending direkt in die Software selbst zu importieren. Sobald das System installiert sei, müsste es in der Lage sein, eine Reihe von Aufgaben zu erfüllen, wie Roland Bals von e.sigma erklärte: „In dem Dom werden Waffensysteme getestet, die Boden-, Luft- und Seebedrohungen abwehren können. Eine weitere Reihe von Aufgaben ist die Untersuchung von Lenkflugkörpern, insbesondere ihrer Suchköpfe. Moderne Suchköpfe und Waffensysteme haben typischerweise Sensoren im Wellenlängenbereich von Ultraviolett bis Infrarot. Die Projektionsfläche des ZSD hat eine speziell entwickelte reflektierende Oberfläche, die es ermöglicht, sowohl statische als auch mobile Signaturen von Zielen mit annähernd 100 Prozent über den gesamten Spektralbereich zu reflektieren.

„Die zu prüfenden Geräte (Test-Prototypen) sind in der Lage, die Ziele aufgrund der reflektierten Strahlung zu erkennen und zu verfolgen. Die Zielszenarien werden in ihrer Präsentation und Dynamik so präzise reproduziert, dass das Verhalten der Feuerregelkreise des Testrings durch Messungen aufgezeichnet werden kann.”

Roland Bals führt weiter aus: „Eine weitere wichtige Aufgabe ist die Untersuchung der Minderwertigkeit verfügbarer Waffensysteme und Raketen. Die gegenwärtig bekannten Eingriffsmaßnahmen aus der elektronischen Kriegführung sollen an den verfügbaren Systemen getestet werden, um in der Lage zu sein, aussagekräftige Feststellungen über deren Wirksamkeit zu machen. Bei der Repräsentation eines Szenarios insgesamt werden die Einflüsse von Gelände und Wolken sowie von Tageszeit und Wetter berücksichtigt. Die Form und Ausrichtung der Ziele auf der Projektionsfläche werden wirklichkeitsnah aufgezeichnet, um eine Zielverfolgung durch die Sensoren der Test-Prototypen zu ermöglichen.“

Weitere Informationen: https://www.digitalprojection.com/emea/

Erfahren Sie hier mehr über High-End-Projektionen in der Kuppel.

Lesen Sie auch: „Virtual Reality CAVE: Tauchgänge für die Industrien der Zukunft“

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