DE102008024308B4 - Method for detecting non-cooperative aviation on board an aircraft - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Detektion nichtkooperativen Luftverkehrs an Bord eines Luftfahrzeugs (1), wobei mittels zweier Sensoren (S1, S2) an den beiden Flügeln (2) des Luftfahrzeugs (1) der Abstand und/oder die Position des Ziels (Z) aus den Winkeln (φ1, φ2), unter denen die Sensoren (S1, S2) das Ziel (Z) detektieren, berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Position des Luftfahrzeugs (1) erfasst wird und mittels einer Geländedatenbank ein Abgleich des berechneten Abstands oder der Position des Ziels (Z) mit den Geländedaten vorgenommen wird, um das Ziel (Z) zu verifizieren.Method for detecting non-cooperative aviation on board an aircraft (1), wherein the distance and / or the position of the target (Z) from the angles (2) of the aircraft (1) are detected by means of two sensors (S1, S2) on the two wings (2) of the aircraft (1). φ 1 , φ 2 ), under which the sensors (S1, S2) detect the target (Z) is calculated, characterized in that the current position of the aircraft (1) is detected and by means of a terrain database, a comparison of the calculated distance or the position of the target (Z) is made with the terrain data to verify the target (Z).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion nichtkooperativen Luftverkehrs an Bord eines Luftfahrzeugs.The The invention relates to a method for detecting non-cooperative Aviation on board an aircraft.
In bestimmten Lufträumen befindet sich sowohl kontrollierter (kooperativer) und unkontrollierter (nicht-kooperativer) Luftverkehr. Der unkontrollierte Luftverkehr ist teilweise nicht verpflichtet, Transponder oder ähnliche Ausrüstung mitzuführen. Bisher muss unkontrollierter Verkehr visuell durch den Piloten erkannt werden.In certain airspaces is both controlled (cooperative) and uncontrolled (non-cooperative) Air traffic. The uncontrolled air traffic is partly not obliged, transponder or similar equipment carry. So far, uncontrolled traffic has to be visually recognized by the pilot become.
Die visuelle Erkennung gestattet derzeit keine ausreichend genaue Bestimmung der Entfernung. Der menschliche Pilot kann aufgrund seines Augenabstandes nur bis zu Entfernungen unter 10 m räumlich sehen. Der Pilot ist ansonsten auf seine Erfahrung angewiesen. Da aber im Voraus nicht bekannt ist, wie groß ein Flugobjekt ist, ist somit keine zuverlässige Entfernungsschätzung möglich.The Visual recognition currently does not allow a sufficiently accurate determination the distance. The human pilot can because of his eye relief see only up to distances under 10 m spatially. The pilot is otherwise dependent on his experience. But not in advance it is known how big a Flying object is, therefore, no reliable distance estimation possible.
Für den Betrieb von UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), z. B. Drohnen, ist es zur Zulassung erforderlich, nachzuweisen, dass derartige nichtkooperative Objekte zumindest mit der gleichen Genauigkeit detektiert werden können, wie dies auch der menschliche Pilot könnte.For the business of UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), e.g. As drones, it is for approval required to prove that such non-cooperative objects can be detected at least with the same accuracy as this could also be the human pilot.
Aus
der
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das Position (insbesondere die Relativposition bezogen auf das eigene Luftfahrzeugs) und/oder Abstand nichtkooperativer Flugobjekte an Bord eines Luftfahrzeugs zuverlässig und mit geringem Aufwand detektiert.It Object of the invention to provide a method, the position (in particular the relative position relative to the own aircraft) and / or Distance of non-cooperative flying objects on board an aircraft reliable and detected with little effort.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.These The object is achieved by the method according to claim 1. advantageous versions are the subject of dependent claims.
Das vorgeschlagene Verfahren nutzt je einen Sensor an beiden Flügeln des Luftfahrzeugs. Damit kann durch Vergleich des Winkels, unter dem das Objekt auf den einzelnen Sensoren jeweils erkannt wird, der Abstand und/oder die Position des Ziels detektiert werden. Die Sensoren werden bevorzugt an den Außenspitzen der Flügel angebracht, um eine möglichst große Entfernungsauflösung zu erreichen. Bei ausreichender Spannweite können die Sensoren aber auch an anderen Orten am Flügel angeordnet sein.The Proposed method uses one sensor on each wing of the Aircraft. This can be done by comparing the angle under which the object is detected on each sensor, the Distance and / or the position of the target can be detected. The sensors are preferred on the outer tips the wing appropriate to one as possible size range resolution to reach. With sufficient span, the sensors can also in other places on the wing be arranged.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können mehr als zwei derartige Sensoren genutzt werden, um einen größeren Winkelbereich (idealerweise 360°) erfassen zu können.In an execution the method according to the invention can more than two such sensors can be used to cover a larger angular range (ideally 360 °) to be able to.
Als Sensoren können sowohl aktive Sensoren (z. B. Radare, Laserradare) als auch passive Sensoren eingesetzt werden (z. B. IR-Sensoren).When Sensors can both active sensors (eg radars, laser radars) and passive sensors be used (eg, IR sensors).
Optische Sensoren haben den Vorteil, dass die sehr kostengünstig, weil kommerziell verfügbar, sind. So sind seit einiger Zeit auf dem Markt passive IR-Sensorsysteme für die nachträgliche Anbringung an Sportflugzeugen erhältlich. Diese kostengünstigen Sensoren können auch im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.optical Sensors have the advantage of being very cost effective because commercially available. For some time now, passive IR sensor systems have been available on the market for subsequent mounting Sport aircraft available. This inexpensive Sensors can also be used within the scope of the invention.
Mit Hilfe eines derartigen Systems ist es möglich, die Zulassungsforderung für UAV, wonach zumindest die Fähigkeiten des menschlichen Piloten in Bezug auf die Hinderniserkennung erfüllt sein müssen, zu übertreffen.With Help of such a system, it is possible the admission requirement for UAV, according to which at least the skills be met by the human pilot in terms of obstacle detection have to, to excel.
Die beiden Flügel unterliegen in der Regel starken Relativbewegungen zueinander und führen mit dem Flugzeug zusätzliche Bewegungen aus (insbesondere Roll- und Gierschwingungen). Um diese Verschiebungen und Verdrehungen der Sensoren zu kompensieren, kann z. B. über Lagesensoren oder Lageänderungssensoren die Bewegung des Luftfahrzeugs erfasst werden. Die Relativbewegung der Sensoren an den beiden Flügeln kann dann darauf aufbauend durch eine Detektion der Durchbiegung der Flügel in der Berechnung berücksichtigt werden. Alternativ ist aber auch eine direkte Positionsbestimmung der beiden Flügelspitzen (z. B. durch Satellitennavigation) möglich.The two wings are usually subject to strong relative movements to each other and lead with the plane additional Movements (especially roll and yaw). To these shifts and to compensate for rotations of the sensors, z. B. via position sensors or position change sensors the movement of the aircraft are detected. The relative movement the sensors on the two wings can then based on this by detecting the deflection of the wing included in the calculation become. Alternatively, however, is also a direct position determination the two wing tips (eg by satellite navigation) possible.
Erfindungsgemäß wird bei bekannter eigener Position des Luftfahrzeugs durch Zugriff auf eine Geländedatenbank ein einmal detektiertes Ziel verifiziert. Das detektierte Ziel ist nur dann von Interesse im Hinblick auf das Ausweichen gegenüber Luftfahrzeugen, falls sein Abstand zum Luftfahrzeug geringer ist als der Abstand des Luftfahrzeugs zum Gelände, wie er sich aufgrund der Geländedaten der Datenbank ergibt. Damit können insbesondere als Ziel erfasste Geländeobjekte erkannt und verworfen werden.According to the invention is at known own position of the aircraft by accessing a terrain database verifies a once detected target. The detected target is only of interest with regard to evasion of aircraft, if its distance from the aircraft is less than the distance of the aircraft to the terrain, such as he himself due to the terrain data of the database. With that you can especially detected as target target terrain objects detected and discarded become.
Auch durch Prüfung, ob sich die Position des detektierten Ziels relativ zum Gelände über der Zeit ändert, kann ein Ziel schnell verifiziert werden. Hindernisse, die ihre Position relativ zum Boden beibehalten, sind überwiegend Geländeobjekte und werden verworfen. Vordringlich sind Ziele, die ihre Position zum Gelände verändern. Ausnahmen bilden z. B. schwebende Hubschrauber oder Luftschiffe. Diese sind ebenso für Ausweichmanöver relevant, meist kann diesen aber einfacher ausgewichen werden. Aus dem zeitlichen Verlauf der Abstandsänderung und der bekannten eigenen Position kann die Geschwindigkeit des Ziels ermittelt werden. Besonders vorteilhaft kann aus der Geschwindigkeit des Ziels das erforderliche Ausweichmanöver abgeleitet werden.Also, by examining whether the position of the detected target changes relative to the terrain over time, a target can be quickly verified. Obstacles that maintain their position relative to the ground are mostly terrain objects and are discarded. Most important are goals that change their position to the terrain. Exceptions are z. B. hovering helicopters or airships. These are also relevant for evasive maneuvers, but usually this can be avoided more easily. From the time course of the distance change and the known own position, the speed of the target can be determined. Particularly advantageous can be derived from the speed of the target, the required evasive maneuver.
Bei bekannter Position des Luftfahrzeugs im Raum und Tageszeit kann die Position von Sonne und Mond errechnet werden. Deren Positionen können vorteilhaft mit der Position des detektierten Zieles abgeglichen werden, um zu vermeiden, dass Gestirne als fliegende Objekte erkannt werden.at known position of the aircraft in space and time of day the position of sun and moon are calculated. Their positions can advantageously aligned with the position of the detected target to avoid stars being recognized as flying objects become.
Die Erfindung wird anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described with reference to concrete embodiments with reference closer to figures explained. Show it:
Bei einem UAV großer Spannweite kann der Abstand a zwischen den beiden Sensoren S1, S2 z. B. 26 m betragen.at a UAV big Span can be the distance a between the two sensors S1, S2 z. B. 26 m.
Durch Einsatz weiterer passiver Sensoren bzw. Sensorpaare am Luftfahrzeug kann der Winkelbereich erweitert werden (z. B. auf volle Rundumsicht/360°).By Use of additional passive sensors or sensor pairs on the aircraft The angle range can be extended (eg to full 360 ° view).
In
der
Die Auflösung Δφ legt fest, ab wann ein Objekt im Unendlichen gesehen wird, also eine Entfernungsabschätzung nicht mehr möglich ist. Ein beispielhafter IR-Sensor weist über einen Bildwinkel von 40° 320 horizontale Detektionselemente auf. Dies bedeutet eine Auflösung Δφ = 40°/320 = 0,125°.The Resolution Δφ states from when an object is seen at infinity, so not a distance estimation more is possible is. An exemplary IR sensor has a horizontal angle of view of 40 ° Detection elements. This means a resolution Δφ = 40 ° / 320 = 0.125 °.
Bei
zwei Sensoren im Abstand a gilt für die maximale Entfernung,
bei der eine Entfernungsbestimmung möglich ist:
Bei
einer Spannweite von a = 26 m (wenn die Sensoren S1 und S2 an den
Flügelspitzen
angeordnet sind) ergibt sich d = 6 km, d. h. bis zu einer Entfernung
von 6 km kann mit dem erfindungsgemäßen Sensor der Abstand zum
Ziel bestimmt werden. In dem in
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- 2008-05-20 DE DE200810024308 patent/DE102008024308B4/en active Active
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Legal Events
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---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110309 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: AIRBUS DEFENCE AND SPACE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: EADS DEUTSCHLAND GMBH, 85521 OTTOBRUNN, DE Effective date: 20140819 |