DE102008014330A1

DE102008014330A1 - Hindernis-Erkennungssystem insbesondere für ein Antikollisions-System

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Publication number: DE102008014330A1
Application number: DE102008014330A
Authority: DE
Inventors: Pascal Cornic; Patrick Le Bihan; Yves Audic; Philippe Lacomme
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Beijing Voyager Technology Co Ltd
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2008-10-23
Also published as: US20090174591A1; FR2913775A1; FR2913775B1; US7903023B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Erkennung von Hindernissen (13, 55, 56, 57) am Boden (15), das an Bord eines Trägers (1) mitgeführt wird. Das Erkennungs-System enthält mindestens zwei Dauerstrich-Radars (2, 3, 4). Die Radars (2, 3, 4) sind mit einem System (15) zur Verarbeitung der Erkennungs-Daten, die von den Radars (2, 3, 4) stammen, verbunden. Das Erkennungs-System führt eine Lokalisation eines Hindernisses (13, 55, 56, 57) durch: - entlang einer radialen Achse (12) zwischen dem Radar (2, 3, 4) und dem Hindernis (13, 55, 56, 57), durch eine Berechnung der Entfernung zwischen dem Radar (2, 3, 4) und dem Hindernis (13, 55, 56, 57); - entlang einer vertikalen Achse (14) bezüglich des Radars (2, 3, 4), durch eine Berechnung der Elevation des Hindernisses (13, 55, 56, 57) unter Verwendung einer Monopuls-Ablagemessungs-Verarbeitung; - entlang einer horizontalen Querachse (18) bezüglich einer Peilachse (11) eines Radars (2, 3, 4), durch eine Berechnung der Azimut-Position des Hindernisses (13, 55, 56, 57). Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Erkennung von Hindernissen am Boden, um beim Rollen jegliche Kollision zwischen einem Luftfahrzeug und diesen Hindernissen zu vermeiden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hindernis-Erkennungssystem für ein Antikollisions-System, insbesondere für ein Luftfahrzeug beim Fahren. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Erkennung von Hindernissen am Boden, um jegliche Kollision zwischen einem Luftfahrzeug beim Fahren und diesen Hindernissen zu vermeiden.
Die Dichte des Flughafen-Verkehrs in der Luft wie am Boden ist von zunehmender Tendenz. Die Kollisionen zwischen Luftfahrzeugen und verschiedenen Hindernissen am Boden sind immer häufiger, insbesondere, wenn ein Luftfahrzeug von der Landebahn eines Flughafens aus zu einer Parkposition zurückkehrt. Zum Beispiel sind in einem Großraum-Luftfahrzeug die Flügel und die Triebwerke für den Piloten des Luftfahrzeuges schlecht sichtbar. Die Flügel und Triebwerke sind also besonders für Stöße gefährdet, mit verschiedenen Objekten wie:

– anderen Flugzeugen;
– Flughafen-Einrichtungen;
– technischen Fahrzeugen des Flughafens.

Diese Art von Unfällen bringt, zusätzlich zu den Reparaturkosten des Luftfahrzeuges, einen Verbleib des Luftfahrzeuges am Boden mit sich. Dieser Verbleib des Luftfahrzeuges am Boden ist für die Gesellschaft, die dieses Luftfahrzeug besitzt, finanziell schädlich.
Um diese Kollisions-Probleme zu beheben, sind die Flughäfen mit verschiedenen Mitteln ausgerüstet, die eine zentralisierte Verwaltung des Verkehrs am Boden ermöglichen. Diese Mittel sind insbesondere Radars zur Flughafen-Überwachung, Funk-Mittel, GPS und Transponder. Allerdings ist die Verkehrsdichte auf den Flughäfen derart, dass diese Mittel unzureichend sind, um die abschließende Führung der Luftfahrzeuge zu ihrer Parkposition sicherzustellen. Außerdem sind diese Mittel häufig ineffizient, zum Beispiel bei Nebelwetter und in allgemeiner Weise, wenn die meteorologischen Umstände schlecht sind oder es Nacht ist. Ein menschlicher Eingriff ist dann notwendig, um für das Luftfahrzeug jegliches Kollisions-Risiko mit auf einem Rollfeld am Boden vorhandenen Objekten zu verhindern.
Eine andere Art der Vermeidung von Kollisionen zwischen einem Luftfahrzeug und auf dem Boden vorhandenen Objekten ist das Ausrüsten der Luftfahrzeuge mit autonomen und die auf dem Flughafen existenten Mittel ergänzenden Antikollisions-Vorrichtungen. Diese Antikollisions-Vorrichtungen ermöglichen es insbesondere, den Schutz des Luftfahrzeuges auf einer sehr kurzen Entfernung gegenüber festen oder geringe Fortbewegungsgeschwindigkeit besitzenden Objekten sicherzustellen.
Unter diesen Mitteln werden insbesondere Vorrichtungen verwendet, die Kameras enthalten. Die Kameras sind jedoch bei schlechten meteorologischen Umständen ineffizient. Des Weiteren ermöglichen es die auf Kameras basierenden Vorrichtungen dem Piloten nicht, über präzise Informationen über die Entfernung zwischen dem Luftfahrzeug und einem potentiellen Hindernis und über die relative Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges bezüglich des Hindernisses zu verfügen.
Um einen breiten Winkelbereich mit ausreichender Feldtiefe in sehr kurzer Zeit zu behandeln, können die Kameras mit Zoomen oder mit schnellen elektronischen Vorrichtungen zur Ausrichtung ausgerüstet sein. Die so ausgerüsteten Kameras sind komplex im Einsatz und verfügen nicht über die notwendige Zuverlässigkeit einer Antikollisions-Vorrichtung.
Andere Vorrichtungen auf Basis von LIDAR, was auf Englisch Light Detection And Ranging bedeutet, können verwendet werden. Die Antikollisions-Vorrichtungen, die LIDAR verwenden, haben jedoch die gleichen Nachteile wie die Vorrichtungen, die Kameras verwenden.
Akustische Sensoren können in Antikollisions-Vorrichtungen ebenso eingesetzt werden. Die akustischen Sensoren sind jedoch sehr empfindlich gegenüber Interferenzen und Störungen in der Fortpflanzung der akustischen Wellen. All dies macht die Verwendung von akustischen Sensoren in einer Flughafen-Umgebung schwierig. Die Reichweite der akustischen Sensoren ist ebenso zu gering, von der Größenordnung von einigen Metern, um für eine Antikollisions-Vorrichtung geeignet zu sein.
Andere Antikollisions-Vorrichtungen verwenden Radar-Technologien wie Ultra-Breitband-Radars. Diese Vorrichtungen riskieren andere Ausrüstungen, wie die an Bord der Luftfahrzeuge befindlichen Navigations-Ausrüstungen, zu stören. Die Ultra-Breitband-Radars sind also, wenn ihre Verwendung autorisiert ist, einer sehr restriktiven Regelung unterworfen, die insbesondere die Leistung der ausgestrahlten Welle beschränkt. Die Beschränkung der Sendeleistung dieser Radars reduziert wesentlich ihren Anwendungsbereich und insbesondere ihre Reichweite. Zusätzlich verfügen diese Radars, einzeln betrachtet, nicht über die Fähigkeit der Winkel-Unterscheidung. Sie ermöglichen also keine ausreichend genaue Lokalisation der Hindernisse. Solche Radars verfügen nur über interessante Fähigkeiten der Winkel-Unterscheidung, wenn sie in einem Netzwerk von großer Dimension zusammengefasst sind, was an Bord eines Luftfahrzeuges unmöglich umzusetzen ist.
Ein Ziel der Erfindung ist insbesondere, die vorgenannten Nachteile zu beheben. Hierzu hat die Erfindung ein Erkennungssystem für Hindernisse am Boden zum Gegenstand, das sich an Bord eines Trägers befindet. Das Erkennungssystem enthält mindestens zwei Dauerstrich-Radars. Die Radars sind insbesondere verbunden mit einem System zur Verwertung der Erkennungs-Daten, die von den Radars stammen. Das Erkennungssystem führt eine Lokalisation eines Hindernisses durch:

– entlang einer radialen Achse zwischen einem Radar und dem Hindernis, mittels einer Berechnung der Entfernung zwischen dem Radar und dem Hindernis;
– entlang einer vertikalen Achse bezüglich eines Radars, zum Beispiel mittels einer Berechnung der Höhe des Hindernisses unter Verwendung insbesondere einer Monopuls-Ablagemessungs-Verarbeitung;
– entlang einer horizontalen Querachse bezüglich einer Peilachse eines Radars, mittels einer Berechnung der Azimut-Position des Hindernisses.

Das Radar kann die Entfernung zwischen dem Radar und dem Hindernis durch eine Frequenz-Modulation der vom Radar ausgestrahlten Welle messen, zum Beispiel über ein Frequenzband von 50 Mhz bis 300 Mhz.
Das Radar kann die Azimut-Position des Hindernisses durch eine SAR-Verarbeitung messen.
Das Radar kann die Azimut-Position des Hindernisses durch eine Doppler-Filterung messen.
Eine Berechnung der Geschwindigkeit des Trägers kann ausgeführt werden über eine Verarbeitung eines Doppler-Spektrums, erhalten ausgehend von mindestens zwei Strahlen von mindestens zwei Radars. Die beiden Strahlen sind zum Beispiel konvergent und bestrahlen den selben Teil des Bodens.
Eine Berechnung der Geschwindigkeit des Trägers kann ausgeführt werden über eine Verarbeitung eines Doppler-Spektrums, erhalten ausgehend von mindestens zwei Strahlen von mindestens zwei Radars. Die beiden Strahlen sind zum Beispiel auf den Boden gerichtet, wobei sie unterschiedliche Peilachsen haben.
Die Brennweite eines Radars kann in Abhängigkeit eines zu bestrahlenden Bereiches eingestellt werden.
Der Träger ist zum Beispiel ein Luftfahrzeug.
Die Vorrichtung nach der Erfindung hat insbesondere die wesentlichen Vorteile, dass sie zu geringen Kosten leicht an Bord eines Luftfahrzeuges zu integrieren ist, wobei sie die Fähigkeit hochauflösender Bilder besitzt, die das sehr schnelle Erkennen der Hindernisse am Boden ermöglicht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der folgenden Beschreibung hervorgehen, die in darstellender und nicht beschränkender Weise gegeben wird und mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen gemacht wurde, die wiedergeben:
die 1: ein Beispiel der Installation eines Netzwerkes von Radars nach der Erfindung in einem Luftfahrzeug;
die 2a: eine schematische Sicht von oben eines elementaren Radars des Netzwerkes von Radars nach der Erfindung;
die 2b: eine schematische Sicht der Seite des elementaren Radars.
die 3a: ein erstes Beispiel des Einsatzes des Netzwerkes von Radars nach der Erfindung in einem Luftfahrzeug;
die 3b: ein zweites Beispiel des Einsatzes des Netzwerkes von Radars nach der Erfindung in einem Luftfahrzeug;
die 3c: ein drittes Beispiel des Einsatzes des Netzwerkes von Radars nach der Erfindung in einem Luftfahrzeug;
die 4: zwei Erkennungs-Strahlen des elementaren Radars an Bord des Luftfahrzeuges für eine Höhen-Berechnung;
die 5: ein Beispiel des Einsatzes eines Netzwerkes von Radars, die am Ende eines Flügels des Luftfahrzeuges angeordnet sind;
die 6: ein Beispiel der Verwendung des Netzwerkes von Radars nach der Erfindung.
Die 1 gibt ein Luftfahrzeug 1 wieder, das mit Sensoren 2, 3, 4 nach der Erfindung versehen ist. Die Sensoren 2, 3, 4 sind Dauerstrich-Radars mit Millimeter-Wellen. Die Dauerstrich-Wellen ermöglichen es den Radars 2, 3, 4, gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Dies ermöglicht, keine blinde Zone bei der Erkennung zu haben. Die Radars 2, 3, 4 senden zum Beispiel auf einer Frequenz von der Größenordnung von 70 Ghz. Die Radars 2, 3, 4 bilden ein Netzwerk von Sensoren. Die Radars 2, 3, 4 sind ferner an ein System 8 zur Verarbeitung der Erkennungs-Daten angebunden. Dank der Erkennungs-Daten, die von den verschiedenen Radars 2, 3, 4 stammen, kann das System 8 zur Verarbeitung der Daten ein synthetisches und dynamisches Bild der Umgebung des Luftfahrzeuges 1 erzeugen. Dieses synthetische Bild ist eine Sicht der Gesamtheit der Situation der Umgebungen von empfindlichen Teilen des Luftfahrzeuges 1, wie den Flügeln 6. Diese Sicht kann feste Hindernisse enthalten, aber auch Hindernisse, die eine geringe Fortbewegungs-Geschwindigkeit besitzen. Das synthetische Bild wird anschließend dem Piloten des Luftfahrzeuges 1 vorgelegt, damit er ein Manöver zum Ausweichen eines Hindernisses vornehmen kann, falls nötig.
Die 1 zeigt ein Beispiel von mehreren möglichen Positionen für die Radars 2, 3, 4. Jede Position kann ein oder mehrere Radars aufnehmen. Ein einziges Radar pro Position ist in 1 wiedergeben. Die verschiedenen Positionen der Radars 2, 3, 4 sind die folgenden:

– ein erstes Radar 2 kann in der Nase 5 des Luftfahrzeuges 1 angeordnet sein;
– ein zweites Radar 3 kann sich in jedem Übergang befinden, insbesondere vorne zwischen einem Flügel 6 und einem Rumpf 7 des Luftfahrzeuges 1.
– ein drittes Radar 4 kann am Ende jedes Flügels 6 des Luftfahrzeuges 1 positioniert sein.

Die Radars 2, 3, 4 mit Millimeter-Wellen besitzen eine reduzierte Größe, die ihre Installation in einem Luftfahrzeug erleichtert.
Die 2a und 2b geben in schematischer Weise ein Radar 9 mit Millimeter-Wellen sowie seinen horizontalen Abdeckungs-Bereich 10 wieder. Das Radar 9 ist ein Beispiel eines elementaren Radars 9, das in einem Netzwerk von Sensoren 2, 3, 4 verwendet wird. Eine gute Auflösung der vom elementaren Radar 9 durchgeführten Messungen wird durch Ausführen der im Folgenden beschriebenen Verarbeitung entlang verschiedenen Mess-Achsen erreicht.
Entlang einer radialen Achse 12 zwischen dem elementaren Radar 9 und einem Hindernis 13, wiedergegeben in der 2a: eine Modulation der Frequenz der vom elementaren Radar 9 ausgesendeten Welle, über ein Frequenzband, das zum Beispiel von 50 Mhz bis 300 Mhz geht, wird verknüpft mit einer Verarbeitung des empfangenen Signals als Antwort auf die gesendete Welle, dem Fachmann gut bekannt. Diese Verarbeitungen ermöglichen es, eine gute Genauigkeit bei der Messung einer radialen Entfernung zwischen dem Hindernis 13 und dem elementaren Radar 9 zu erhalten.
Entlang einer vertikalen Achse 14, wiedergeben in der 2b: eine Messung der Höhe des Hindernisses 13 in Bezug auf den Boden 15 kann durch eine Monopuls-Ablagemessungs-Verarbeitung erhalten werden, insbesondere unter Verwendung von mindestens zwei ersten Sende-Strahlen 16, 17 des elementaren Radars 9. Jeder erste Strahl 16, 17 stammt von einer Erkennungs-Quelle 19, 20 des Radars 9. Die Quellen 19, 20 der beiden ersten Strahlen 16, 17 sind zum Beispiel eine über der anderen in einer vertikalen Ebene angeordnet. Eine Messung der Höhe des Hindernisses 13 kann zum Beispiel auf eine Berechnung der Erhebung eines Gipfelteils des Hindernisses 13 zurückgeführt werden.
Entlang einer horizontalen Achse 18, die senkrecht auf einer Peilachse 11 des elementaren Radars 9 liegt, wiedergeben in der 2a: eine SAR-Verarbeitung, was auf Englisch Synthetic Aperture Radar bedeutet, ermöglicht es, eine Auflösung kleiner einem Meter für eine Messung der Azimut-Position des Hindernisses 13 zu erhalten. Eine Verarbeitung durch einfache Doppler-Filterung ermöglicht es ebenfalls, sehr gute Ergebnisse für die Messung der Azimut-Position des Hindernisses 13 zu erhalten.
Die Verknüpfung der Verwendung eines Radars 9 mit Millimeter-Wellen mit den zuvor beschriebenen Verarbeitungen ermöglicht es vorteilhafterweise, einen ausreichend ausgedehnten Abdeckungs-Bereich zu erhalten, damit das Netzwerk der Sensoren 2, 3, 4 eine kleine Anzahl an elementaren Radars 9 verwendet. Die Vorrichtung der Radars nach der Erfindung verfügt ebenso über eine Unterscheidungs-Fähigkeit, die eine gute Genauigkeit bei der Lokalisation eines Hindernisses 13 ermöglicht.
Die 3a, 3b und 3c geben verschiedene mögliche Installations-Beispiele der elementaren Radars 9 nach der Erfindung wieder. Auf jeder der 3a, 3b und 3c sind wiedergegeben:

– das Luftfahrzeug 1 beim Rollen auf einer ersten Bahn 21, wobei das Luftfahrzeug 1 mit dem Netzwerk der Sensoren 2, 3, 4 nach der Erfindung ausgestattet ist, wobei sich das Luftfahrzeug 1 entlang einer Fortbewegungs-Achse 26 bewegt, die insbesondere parallel zur ersten Bahn 21 ist;
– ein anderes Luftfahrzeug 30 beim Rollen auf einer zweiten Bahn 22, zum Beispiel senkrecht zur ersten Bahn 21;
– ein Netzwerk von Sensoren 2, 3, 4 nach der Erfindung, das mindestens ein System 8 zur Verarbeitung der Erkennungs-Daten und mindestens zwei Sensoren 3, 4 enthält.

Das Luftfahrzeug 1 und das andere Luftfahrzeug 30 bewegen sich zu einem selben Punkt 23, wobei diese Fortbewegung dazu führen kann, dass eine Kollision zwischen den beiden Luftfahrzeugen 1, 30 verursacht wird.
Die 3a gibt ein erstes Beispiel eines ersten Netzwerkes aus Sensoren 4 nach der Erfindung wieder. Das erste Netzwerk aus Sensoren 4 enthält zum Beispiel mindestens zwei dritte Radars 4. Die dritten Radars 4 sind elementare Radars 9, wie die in den 2a und 2b wiedergegebenen. Die dritten Radars 4 sind an den Enden jedes der beiden Flügel des Luftfahrzeuges 1 angeordnet. Jedes dritte Radar 4 kann einen zweiten, schmalen Erkennungs-Strahl 24 verwenden, der eine Azimut-Öffnung der Größenordnung von 10 Grad besitzt. Der zweite Strahl 24 eines jeden dritten Radars 4 ist zum Beispiel derart ausgerichtet, dass die beiden Strahlen 24 der Radars 4 sich vor dem Luftfahrzeug 1 kreuzen. Die zweiten Strahlen 24 können derart ausgerichtet sein, dass sie die Gesamtheit der ersten Bahn 21 und die unmittelbare Umgebung der Bahn 21 auf einer Breite, die mindestens der des Luftfahrzeuges 1 entspricht, während der Fortbewegung des Luftfahrzeuges 1 abdecken. Diese Konfiguration der dritten Radars 4 und die Ausrichtung der zweiten Strahlen 24 ermöglicht eine Erkennung, die nicht nur einen Schutz der Enden der Flügel des Luftfahrzeuges 1 sicherstellt, sondern ebenso einen Schutz der Triebwerke und der Nase des Luftfahrzeuges 1.
Diese Art der Anordnung der dritten Radars 4 verwendet vorteilhafterweise eine reduzierte Anzahl an Sensoren. Die Anordnung der dritten Radars 4 ermöglicht es weiter, einen für den Schutz des Luftfahrzeuges 1 ausreichenden Erkennungs-Bereich abzudecken, ohne elektronische oder mechanische Ablenkung zu verwenden. Diese Anordnung der dritten Radars 4 ermöglicht also den Einsatz von einfachen Erkennungs-Verfahren. Insbesondere ermöglicht diese Vorrichtung, durch die Kreuzung der zweiten Strahlen 24, das Einsetzen einer Verarbeitung zum Beispiel von der Art SAR, die eine Verbesserung der Winkel-Auflösung der Erkennung durch ein Doppler-Trennungsverfahren ermöglicht.
Die Anordnung der dritten Radars 4, in der 3a wiedergegeben, ermöglicht die Sicherstellung des Schutzes des Luftfahrzeuges 1 in Roll-Phasen, zum Beispiel gleich nach dem Landen oder direkt vor dem Abheben. Während dieser Phasen bewegt sich das Luftfahrzeug hauptsächlich geradlinig auf der Bahn 21. Es gilt also hauptsächlich, die Enden der Flügel des Luftfahrzeuges 1 gegen eventuelle Kollisionen mit anderen Flugzeugen, Bahn-Fahrzeugen, Signaltafeln oder Beleuchtungs-Masten, die am Rand der Bahn 21 liegen, zu schützen. Die Konfiguration der dritten Radars 4, in der 3a wiedergegeben, ist insbesondere angemessen, wenn die relative Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges 1 bezüglich der potentiell anzutreffenden Hindernisse ausreichend groß ist, von der Größenordnung von mehreren zehn Knoten.
Die Reichweite der dritten Radars 4 kann angepasst werden, um dynamische Gegebenheiten, die mit der Fortbewegung des Luftfahrzeuges 1 während den Roll-Phasen verbunden sind, einzubeziehen. Diese dynamischen Gegebenheiten können zum Beispiel die Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges sowie die notwendige Distanz bis zum Stillstand des Luftfahrzeuges 1 im Falle einer Notbremsung sein. Diese Gegebenheiten können es insbesondere ermöglichen, einen Sicherheitsabstand zwischen dem Luftfahrzeug 1 und einem eventuellen Hindernis zu definieren.
Eine Abschätzung der momentanen Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges 1, Träger von zwei zweiten Radars 3, kann ebenso durchgeführt werden. Eine Doppler-Verarbeitung eines Boden-Echos anhand der Erkennungs-Signale, die von den beiden zweiten Radars 3 stammen, ermöglicht eine genaue Messung der momentanen Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges 1. Eine Abschätzung der Geschwindigkeit kann also erhalten werden anhand des Doppler-Spektrums, das mit Hilfe von mindestens zwei Sensoren, die verschiedene Peilachsen besitzen, gemessen wird. Das Doppler-Spektrum kann auch mit Hilfe von mindestens zwei Sensoren gemessen werden, die gekreuzte Strahlen besitzen und und einen selben Teil des Bodens bestrahlen. Die berechnete Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges 1 kann es ermöglichen, die verschiedenen Radars 2, 3, 4 des Sensor-Netzwerkes nach der Erfindung zu eichen, um insbesondere ihre Reichweite anzupassen. In der Tat wird man, je geringer die Geschwindigkeit ist, eher versuchen, in einem sehr breiten Erkennungs-Feld dem Luftfahrzeug nahe Hindernisse zu lokalisieren.
In der gleichen Weise kann zum Beispiel über eine Doppler-Verarbeitung eine Messung der Abweichung der Bahn des Luftfahrzeuges bezüglich des Zentrums der Bahn durchgeführt werden. In einer anderen Verwendung kann eine Erkennung der Entfernung des Luftfahrzeuges bezüglich des Randes der Bahn dazu verwendet werden, um eine Verfolgung des Bahn-Randes durchzuführen.
Die 3b gibt ein zweites Beispiel eines zweiten Netzwerkes von Sensoren 4 nach der Erfindung wieder. Das zweite Netzwerk von dritten Radars 4 greift das erste Netzwerk von dritten Radars 4 auf, vervollständigt durch mindestens zwei neue, dritte Radars 4, jeweils zum Beispiel am Ende eines Flügels des Luftfahrzeuges 1 angeordnet. Die neuen, dritten Radars 4 haben einen dritten Erkennungs-Strahl 25, der entlang einer Fortbewegungs-Achse 26 des Luftfahrzeuges 1 gerichtet ist. Die neuen, dritten Radars 4 besitzen die gleichen Merkmale wie die dritten Radars 4, die in der 3a wiedergeben werden. Die Ausrichtung von mindestens zwei dritten Erkennungs-Strahlen 25 entlang der Fortbewegungs-Richtung des Luftfahrzeuges 1 ermöglicht das Erkennen eines Fahrzeuges 27, das sich zum Beispiel mit einer Entfernung zum Luftfahrzeug 1, die geringer ist, als der zuvor definierte Sicherheitsabstand, in die Bahn 21 einreiht. Dieses Fahrzeug 27 wird vom ersten Netzwerk von dritten Radars 4 nicht erkannt, da sich das Fahrzeug ausreichend weit weg von der Bahn 21 befindet. Durch Hinzufügen der neuen, dritten Radars 4, deren dritte Erkennungs-Strahlen 25 entlang der Fortbewegungs-Achse 26 des Luftfahrzeuges 1 gerichtet sind, am Ende der Flügel kann die Erkennung eines Fahrzeuges 27, das bezüglich der Fortbewegungs-Achse des Luftfahrzeuges 1 seitlich in die Bahn eindringt, schneller erfolgen. Die Erkennung des anderen Luftfahrzeuges 30 ist weiterhin durch das zweite Netzwerk von Sensoren 4 nach der Erfindung sichergestellt.
Die 3c gibt ein drittes Netzwerk von Sensoren 3, 4 wieder. Das dritte Netzwerk der Sensoren 3, 4 enthält mindestens zwei dritte Radars 4, die insbesondere an den Enden der Flügel des Luftfahrzeuges 1 angeordnet sind und mindestens zwei zweite Radars 3, die zum Beispiel am vorderen Übergang jedes Flügels des Luftfahrzeuges 1 und seinem Rumpf angeordnet sind. Die dritten Strahlen 25 der dritten Radars 4 sind entlang der Fortbewegungs-Achse 26 des Luftfahrzeuges 1 gerichtet. Jeder der vierten Erkennungs-Strahlen 28 der Sensoren 3 ist derart ausgerichtet, dass er einen dritten Strahl 25 eines dritten Radars 4, auf der selben Seite des Luftfahrzeuges 1 wie das zweite Radar 3 gelegen, kreuzt. Die Schnittstellen der dritten und vierten Strahlen 25, 28 liegen also beiderseits der Fortbewegungs-Achse 26 des Luftfahrzeuges 1.
Dieses dritte Netzwerk von Sensoren 2, 3, 4 ermöglicht es, eine wesentliche Unterscheidung für die Erkennung von Hindernissen zu erhalten, die eventuell an den Rändern der Bahn 21 liegen, wie zum Beispiel das andere Luftfahrzeug 30.
Andere Konfigurationen des Netzwerkes von Sensoren 3, 4 sind möglich, sie können zum Beispiel die Konfigurationen des ersten und des dritten Netzwerkes von Sensoren 3, 4 kombinieren. Der Vorteil der Durchführung einer Kreuzung der verschiedenen Strahlen 24, 25, 28 der Sensoren 3, 4 ist das Erhalten einer besseren Erkennungs-Genauigkeit dank einer Korrelation der Erkennungs-Informationen, die von jedem Sensor 3, 4 aufgenommen werden.
Die 4 gibt das Luftfahrzeug 1 wieder, versehen mit einem zweiten Radar 3, das zum Beispiel an einer vorderen Verbindungsstelle zwischen dem Rumpf des Luftfahrzeuges 1 und einem Flügel des Luftfahrzeuges 1 platziert ist. Das zweite Radar 3 ist insbesondere eine Radar 9 mit Millimeter-Wellen, wie in den 2a, 2b wiedergeben. Das zweite Radar 3 verfügt also über mindestens zwei Erkennungs-Strahlen 16, 17, die sich überdecken. Die beiden Strahlen 16, 17 ermöglichen es, Mess-Kanäle zu bilden, die es ermöglichen, eine herkömmliche Ablagemessungs-Verarbeitung einzusetzen. Die Öffnung der ersten Strahlen 16, 17 kann zum Beispiel von fünf Grad in der Elevation sein.
Die mittels der Erkennungs-Informationen der beiden ersten Strahlen 16, 17 durchgeführte Ablagemessungs-Verarbeitung ermöglicht eine Elevationswinkel-Lokalisation eines eventuellen Hindernisses 13. Dies kann also die Höhe des Hindernisses 13 bestimmen. Unter Berücksichtigung der Maße des Luftfahrzeuges 1 ermöglicht die Messung der Höhe des Hindernisses 13 zu entscheiden, ob es eine Kollision zwischen dem Luftfahrzeug 1 und dem Hindernis 13 geben kann oder nicht. Das Hindernis 13 kann eventuell unter den Flügeln des Luftfahrzeuges 1 passieren, was kein Kollisions-Risiko bedeutet.
Die 5 gibt ein Beispiel eines ersten Unter-Netzwerkes von Sensoren 40 wieder, die am Flügelende des Luftfahrzeuges 1 platziert sind. Drei vierte Radars 40 können am Ende des Flügels des Luftfahrzeuges 1 platziert werden. Unter diesen drei vierten Radars 40 können zwei Radars zweite Radars 4 sein, wie in den 3a, 3b, 3c beschrieben. Die zweiten Radars 4 sichern einen frontalen Schutz des Luftfahrzeuges 1. Die beiden zweiten Radars 4 haben zum Beispiel Erkennungs-Bereiche 41, 42, die eine große Reichweite besitzen, um die Bewegungen des Luftfahrzeuges 1 beim Rollen wie zuvor beschrieben zu sichern. Mindestens ein weiteres Radar 40 kann mit den zweiten Radars 4 verknüpft werden. Das weitere Radar 40 kann ein Radar mit breiterem Erkennungs-Bereich und kleinerer Reichweite sein, als die zweiten Radars 4. Das weitere Radar 40 kann so ermöglichen, das Luftfahrzeug 1 während Manövern zu schützen, die vom Luftfahrzeug 1 mit sehr geringer Geschwindigkeit durchgeführt werden. Diese Manöver bei sehr geringer Geschwindigkeit können zum Beispiel vom Luftfahrzeug ausgeführt werden, wenn es an seiner Parkposition ankommt. Die Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges 1 während dieser Art von Manövern ist von der Größenordnung von 15 Knoten. Die Reichweite des weiteren Radars 40 ist also zum Beispiel von etwa dreißig Metern, mit einer Azimut-Winkelöffnung von zum Beispiel etwa vierzig Grad. Die Elevations-Öffnung des weiteren Radars 40 ist von einigen Grad, zum Beispiel acht Grad. Das weitere Radar 40 ist von der gleichen Art wie das elementare Radar 9, einzig die Brennweite der Antenne des weiteren Radars 40 ist an den gewünschten Erkennungs-Bereich 43 angepasst. Die Erkennungs-Verarbeitungen, die vom weiteren Radar 40 durchgeführt werden, sind die gleichen, wie die zuvor beschriebenen.
Das Netzwerk von Sensor 2, 3, 4 nach der Erfindung ermöglicht also, die Erkennungs-Fähigkeiten einfach an verschiedene Situationen anzupassen, wobei die verschiedenen Erkennungs-Arten durch die selben, elementaren Radars 9 gesichert werden, die geeignete Parameter besitzen.
Die 6 gibt ein Beispiel einer Konflikt-Situation und den Einsatz einer Konfiguration eines im Luftfahrzeug 1 eingebauten Netzwerkes von Sensoren nach der Erfindung wieder. Allein ein zweites Unter-Netzwerk 50 ist in 6 wiedergegeben. Das zweite Unter-Netzwerk 50 enthält insbesondere vier elementare Radars 9. Jedes elementare Radar 9 besitzt Parameter derart, dass es einen speziellen Erkennungs-Bereich abdeckt. So sind in der 6 vier Erkennungs-Bereiche 51, 52, 53, 54 wiedergegeben. Jeder der wiedergegebenen Erkennungs-Bereiche 51, 52, 53, 54 ist mit einem elementaren Radar 9 verknüpft. So verfügt das elementare Radar 9, das dem ersten Erkennungs-Bereich 51 zugeordnet ist, zum Beispiel über eine kurze Reichweite mit einem breiten Erkennungs-Feld. Die elementaren Radars 9, die dem zweiten und dritten Erkennungs-Bereich 52, 53 zugeordnet sind, verfügen zum Beispiel über eine mittlere Reichweite im Vergleich zum elementaren Radar 9, das dem ersten Erkennungs-Bereich 51 zugeordnet ist. Das elementare Radar 9, das dem vierten Erkennungs-Bereich 54 zugeordnet ist, ist ein Radar mit großer Reichweite im Vergleich zum elementaren Radar 9, das dem ersten Erkennungs-Bereich 51 zugeordnet ist.
Drei Hindernisse 55, 56, 57, die vom zweiten Unter-Netzwerk 50 von Sensoren erkannt werden, sind in der 6 wiedergegeben. Ein erstes und ein zweites Hindernis 55, 56, in punktförmiger Weise wiedergegeben, können Beleuchtungs-Masten oder Signaltafeln sein. Ein drittes Hindernis 57 ist ein Hindernis von größerem Ausmaß, wie eine Flughafen-Infrastruktur. Die dem Ende des rechten Flügels des Luftfahrzeuges 1 nahen, ersten und zweiten Hindernisse 55, 56 werden durch das elementare Radar 9 erkannt, das dem ersten Erkennungs-Bereich 51 zugeordnet ist. Das dritte Hindernis 57 wird von den elementaren Radars 9 erkannt, die dem zweiten und dritten Erkennungs-Bereich 52, 53 zugeordnet sind. Zum Beispiel kann das Ergebnis der Erkennung des ersten, zweiten und dritten Hindernisses 55, 56, 57 dem Erkennungsdaten-Verarbeitungssystem 8, in der 1 wiedergegeben, ermöglichen, eine Kurve 58 auszuarbeiten, die einen Sicherheitsbereich um das erste, zweite und dritte Hindernis 55, 56, 57 abgrenzt. Diese Kurve 58 ist das Ergebnis der Vereinigung der Informationen, die von den Radars des zweiten Unter-Netzwerkes von Sensoren 50 stammen. Die verschiedenen Punkte der Kurve 58 sind insbesondere berechnet in Abhängigkeit von:

– der Entfernung zwischen einem Hindernis und dem Luftfahrzeug;
– der Annäherungsgeschwindigkeit zwischen dem Flugzeug und dem Hindernis.

Die Informationen über die Entfernung Hindernis-Luftfahrzeug und über die Relativ-Geschwindigkeit Hindernis-Luftfahrzeug stammen von den Erkennungs-Informationen. Die Kurve 58 kann insbesondere auf einem Kontroll-Bildschirm angezeigt werden, der in der Flugkanzel des Luftfahrzeuges 1 angeordnet sein kann. Dies ermöglicht, die Lage des Luftfahrzeuges 1 bezüglich der Hindernisse 55, 56, 57 einem Piloten des Luftfahrzeuges 1 darzustellen, damit er eventuelle Sicherheitsmaßnahmen wie eine Notbremsung oder ein Ausweichen ergreifen kann, falls ihm die Situation kritisch erscheint.
Die Anzahl der Radars in dem Netzwerk von Sensoren 2, 3, 4 nach der Erfindung ist nicht beschränkt: es gilt, mit dem Netzwerk von Sensoren nach der Erfindung einen ausreichenden Erkennungs-Bereich abzudecken, um effizient die empfindlichen Teile des Luftfahrzeuges 1 zu schützen. In gleicher Weise können die Einbaustellen der Radars des Netzwerkes von Sensoren nach der Erfindung anders sein, als die, die in den 1, 3a, 3b, 3c, 4, 5, 6 wiedergegeben werden. Die Einbaustellen der Radars 2, 3, 4 können insbesondere von der Struktur des Luftfahrzeuges 1 oder der Position jedes zu schützenden Bereiches im Luftfahrzeug 1 abhängen.
Die Erfindung lässt sich ebenso auf jegliche andere Art von Trägern anwenden, die sich am Boden fortbewegen.
Die im Netzwerk von Sensoren nach der Erfindung verwendeten Radars besitzen vorteilhafterweise geringe Ausmaße, ein geringes Gewicht und verbrauchen vorteilhafterweise wenig Energie. Die Radar-Vorrichtung nach der Erfindung ist mit einer reduzierten Anzahl an Sensoren 2, 3, 4 effizient. All dies ermöglicht, das Netzwerk von Sensoren 2, 3, 4 einfach in einem Luftfahrzeug 1 zu integrieren.
Die im Erkennungs-System nach der Erfindung verwendeten Radars 2, 3, 4 verfügen über ein ausgedehntes Erkennungs-Feld. Eine genaue Ausrichtung der Radar-Strahlen ist also nicht notwendig. Dies verleiht der Vorrichtung nach der Erfindung vorteilhafterweise eine große Unkompliziertheit beim Einsatz.
Eine gleiche Art von elementarem Radar 9 nach der Erfindung kann verschiedene Strahlen verwenden, um so die Gesamtheit des zu schützenden Bereiches in Verknüpfung mit mehreren weiteren, elementaren Radars 9 abzudecken.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist vorteilhafterweise autonom. In der Tat ermöglicht die Vorrichtung insbesondere, die Geschwindigkeit des Trägers bezüglich des Bodens zu berechnen und so die Radars 2, 3, 4 der Vorrichtung zu parametrisieren.
Die Verwendung des Doppler-Lokalisationsverfahrens führt vorteilhafterweise zu einer sehr geringen Erkennungsdauer für ein Hindernis.
Die Verwendung von Radars 9 mit Millimeter-Wellen ermöglicht der Vorrichtung nach der Erfindung, eine gute Unterscheidungs-Fähigkeit zu erhalten.
Ferner ermöglicht die vorteilhafte Verwendung von Asga-Technologien, was Arséniure de Gallium bedeutet, oder SiGe-Technologien, was Silicium Germanium bedeutet, die für eine Massenproduktion von Radars geeignet sind, vorteilhafterweise, ihre Einzelkosten zu senken.

Claims

System zur Erkennung von Hindernissen (13, 55, 56, 57) am Boden (15), das von einem Träger (1) mitgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Dauerstrich-Radars (2, 3, 4) enthält, die verbunden sind mit einem System (15) zur Auswertung der Erkennungsdaten, die von den Radars (2, 3, 4) stammen, wobei jedes Radar (2, 3, 4) eine Lokalisation eines Hindernisses (13, 55, 56, 57) durchführt: – entlang einer radialen Achse (12) zwischen dem Radar (2, 3, 4) und dem Hindernis (13, 55, 56, 57), durch eine Berechnung der Entfernung zwischen dem Radar (2, 3, 4) und dem Hindernis (13, 55, 56, 57); – entlang einer vertikalen Achse (14) bezüglich des Radars (2, 3, 4), durch eine Berechnung der Elevation des Hindernisses (13, 55, 56, 57) unter Verwendung einer Monopuls-Ablagemessungs-Verarbeitung; – entlang einer horizontalen Querachse (18) bezüglich einer Peilachse (11) des Radars (2, 3, 4), durch eine Berechnung der Azimut-Position des Hindernisses (13, 55, 56, 57).
Erkennungs-Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radar (2, 3, 4) die Entfernung zwischen dem Radar (2, 3, 4) und dem Hindernis (13, 55, 56, 57) durch eine Frequenzmodulation der durch das Radar (2, 3, 4) ausgesendeten Welle auf einem Frequenzband von 50 Mhz bis 300 Mhz misst.
Erkennungs-System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radar (2, 3, 4) die Azimut-Position des Hindernisses (13, 55, 56, 57) durch eine SAR-Verarbeitung misst.
Erkennungs-System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Radar (2, 3, 4) die Azimut-Position des Hindernisses (13, 55, 56, 57) durch eine Doppler-Filterung misst.
Erkennungs-System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnung der Geschwindigkeit des Trägers (1) durchgeführt wird durch eine Verarbeitung eines Doppler-Spektrums, das anhand von mindestens zwei Strahlen (24) von mindestens zwei Radars (2, 3, 4) erhalten wird, wobei die beiden Strahlen (24) konvergent sind und einen selben Teil des Bodens (15) ausleuchten.
Erkennungs-System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Berechnung der Geschwindigkeit des Trägers (1) durchgeführt wird durch eine Verarbeitung eines Doppler-Spektrums, das anhand von mindestens zwei Strahlen (24) von mindestens zwei Radars (2, 3, 4) erhalten wird, wobei die beiden Strahlen (24) unter verschiedenen Peilachsen (11) auf den Boden (15) gerichtet sind.
Erkennungs-System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite eines Radars (2, 3, 4) in Abhängigkeit eines auszuleuchtenden Bereiches (41, 42, 43, 51, 52, 53, 54) angepasst wird.
Erkennungs-System nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) ein Luftfahrzeug (1) ist.