DE19941157A1 - Ultralight aircraft in composite construction can mount magnetic sensors directly avoiding position measurement errors - Google Patents
Ultralight aircraft in composite construction can mount magnetic sensors directly avoiding position measurement errorsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gewinnung von Bodendaten aus der Luft mit einem bodennah bewegten Flugkörper, dessen aktuelle Position während eines Sondierungsfluges von einem differenziellen satellitengestützten Ortungssystem bestimmt und zeitsynchron in Korrelation mit den gemessenen Bodendaten aufgezeichnet wird.The invention relates to a method and Device for extracting soil data from the air with a missile moving close to the ground, its current Position during a probe flight by one differential satellite positioning system determined and synchronized in time with the measured soil data is recorded.
Es sind verschiedene, auf Flugkörpern installierte Systeme zur Erkundung von Bodendaten bekannt, mit denen mit bildgebenden oder anderen Verfahren Daten gewonnen werden.There are different types of missiles installed on them Systems known for exploring soil data with which data obtained using imaging or other methods become.
Insbesondere die Gewinnung von Daten über Anomalien des elektromagnetischen Feldes an der Erdoberfläche, das heißt von Daten über oberflächennahe, verborgene ferromagnetische Körper wie Blindgänger, Minen oder andere ferromagnetische Altlasten, Rohrleitungen oder Mineralvorkommen und unterirdische Wasserläufe, erfordert eine möglichst bodennahe Erkundung, da eine messbare Feldänderung nur innerhalb eines geringen Abstandes von dem zu ortenden Messobjekt auftritt.In particular, the acquisition of data on anomalies of the electromagnetic field on the earth's surface, the means data about near-surface, hidden ferromagnetic bodies such as duds, mines or other ferromagnetic contaminated sites, pipelines or Mineral deposits and underground watercourses, requires an investigation as close to the ground as possible measurable field change only within a small Distance from the object to be located occurs.
Mit der DE 43 14 742 C2 ist ein Verfahren bekannt, nach dem ein Drehflügler in einer Höhe von 40 bis 50 Metern ein Arial abfliegt, wobei seine Position von einem differenziellen satellitengestützten Ortungssystem (DGPS) bestimmt wird. Eine Magnetfeldmesssonde wird dabei bodennah an einer Schleppleine in einem Abstand unter dem Drehflügler geführt, bei dem die durch den Flugkörper bedingte Feldverzerrung nur noch gering ist.DE 43 14 742 C2 discloses a method according to a rotary wing at a height of 40 to 50 meters an arial flies, its position from one differential satellite positioning system (DGPS) is determined. A magnetic field measuring probe is close to the ground on a towline at a distance under the rotary wing, in which the through the Missile-related field distortion is only low.
Die Ortung des Drehflüglers soll über das differenzielle satellitengestützte Ortungssystem dezimetergenau sein. Wie aber in der Patentschrift selber bereits zum Ausdruck gebracht wurde, kommt es bei einer Flächensondierung zu ungewollten Relativbewegungen zwischen dem Drehflügler und den Sensoren, das heißt das Schleppseil, das funktionsbedingt eine Länge von mindestens 35 Metern aufweist, kommt durch die Flugbewegungen und zusätzlich durch Luftbewegungen ins Schwingen, so dass die Position des Drehflüglers nicht mehr mit der Position der Sensoren in Korrelation gebracht werden kann. Die Geschwindigkeit des Drehflüglers muss deshalb entsprechend begrenzt werden. Bereits bei relativ geringen Windgeschwindigkeiten kann eine Messung überhaupt nicht mehr durchgeführt werden.The location of the rotary wing aircraft is said to be differential satellite positioning system be accurate to the decimeter. But as in the patent specification has already been expressed, it comes in the case of surface probing too unwanted Relative movements between the rotary wing and the Sensors, that is, the tow rope, the depending on the function, a length of at least 35 meters has, comes from the flight movements and in addition vibrating through air movements so that the Position of the rotary wing aircraft no longer with the position the sensors can be correlated. The The speed of the rotary wing aircraft must therefore be limited accordingly. Already at relative low wind speeds can be a measurement can no longer be performed at all.
Auch Kipp- und Niederbewegungen des Drehflüglers ändern die relative Position zwischen Sensor und Positionsmessgerät. Die Anbringung einer GPS-Antenne direkt am Sensor, das heißt am unteren Schleppseilende kann zwar die Genauigkeit der Ortsbestimmung des Sensors erhöhen, wirkt sich aber wiederum störend auf die Sensorik aus. Außerdem erlaubt die Anordnung eines Sensors an einem Schleppseil nur eine punktförmige Sensorik, mit der die Messgeschwindigkeit von vornherein begrenzt ist.Also change the tilting and lowering movements of the rotary wing aircraft the relative position between sensor and Position measuring device. Attaching a GPS antenna directly at the sensor, i.e. at the lower end of the tow rope can the accuracy of the location of the Increase sensors, but in turn has a disruptive effect the sensors. The arrangement also allows one Sensor on a tow rope only a punctiform Sensor technology with which the measuring speed of is limited in advance.
Die Messgenauigkeit und der erfassbare Messbereich in Tiefenrichtung des Bodens sind stark abhängig von dem Abstand des Sensors von der Erdoberfläche, der sich bei einer Flughöhe von 40 bis 50 Metern und einem ausgeschwungenen und pendelnden Schleppseil auch mit hoher fliegerischer Erfahrung nicht genau konstant halten läßt und zur Sicherheit immer mindestens 5 Meter betragen muss. Die Messdaten streuen deshalb in einem weiten Bereich.The measuring accuracy and the measurable measuring range in The depth direction of the soil is strongly dependent on that Distance of the sensor from the earth's surface, which is at an altitude of 40 to 50 meters and a swinging and swinging tow rope also with high flying experience is not exactly constant holds and for safety always at least 5 meters must be. The measurement data therefore scatter in one wide area.
Die Messung setzt so entsprechend gute Wetterbedingungen voraus und ist selbst dann auf eine geringe Messgeschwindigkeit und eine begrenzte Messgenauigkeit beschränkt, Überdies ist der Einsatz eines Drehflüglers mit erheblichen Kosten verbunden.The measurement sets accordingly good Weather conditions ahead and is even on one low measuring speed and a limited Measurement accuracy limited, moreover, the use of a rotary wing aircraft is associated with considerable costs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, mit denen Bodendaten mit größerer Messgeschwindigkeit und trotzdem mit großer Messgenauigkeit und hoher Ortskorrelation gewonnen werden können.The invention has for its object a method and specify a facility with which soil data with greater measuring speed and still with great measurement accuracy and high spatial correlation can be won.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object is achieved by Features of claims 1 and 2. Appropriate Refinements are the subject of the dependent claims.
Danach werden die Daten mittels eines bodennah über der zu sondierenden Fläche fliegenden Starrflüglers, vorzugsweise eines Starrflüglers in Ultraleicht- Bauweise, oder eines über der zu sondierenden Fläche schwebenden Luftkissenfahrzeuges durch mindestens einen Sensor gewonnen, der (die) an der Unterseite des Starrflüglers oder des Luftkissenfahrzeuges fest angebracht wird (werden).Then the data is overlaid by means of a near ground level surface of flying fixed-wing aircraft to be probed, preferably a fixed-wing aircraft in ultralight Construction method, or one over the surface to be probed floating hovercraft by at least one Won sensor, which (the) at the bottom of the Fixed wing or hovercraft is (are) attached.
Ultaleichtflugzeuge können in sehr geringer Höhe geflogen werden, sind leicht und trotzdem leistungsfähig und bilden durch ihre Kompositbauweise die Voraussetzung, dass Sensoren direkt an ihrer Unterseite fest angebracht werden können, ohne dass ferromagnetische Teile des Flugkörpers ein zu messendes magnetisches Feld erheblich verzerren. Außen am Flugkörper noch vorhandene ferromagnetische Blechteile und Achsen, Bolzen etc. können zusätzlich leicht gegen Teile aus unmagnetischem Material ausgetauscht werden, wie auch Bauteile innerhalb des Flugkörpers. Die Sensoren können an den Tragflügeln abgehängt und/oder am Fahrwerk befestigt werden, im Falle von Tiefdeckern auch direkt an den Tragflächen. Bei Luftkissen fahrzeugen werden sie dicht unterhalb der Plattform angebracht.Ultimate light aircraft can be at a very low altitude flown are easy and still efficient and form due to their composite construction the requirement that sensors directly on their Bottom can be fixed without ferromagnetic parts of the missile to be measured significantly distort magnetic field. Outside on Missile still existing ferromagnetic sheet metal parts and axes, bolts, etc. can also easily counteract Parts made of non-magnetic material are replaced, as well as components within the missile. The Sensors can be suspended from the wings and / or be attached to the landing gear in the case of low-wing aircraft also directly on the wings. With air cushions they will be vehicles just below the platform appropriate.
Ultraleichtflugzeuge sind zudem preiswerter als Drehflügler und überdies umweltfreundlich. Für ihre Verwendung ist lediglich eine Tieffluggenehmigung für den Piloten erforderlich.Ultralight aircraft are also cheaper than Rotary wing aircraft and also environmentally friendly. For your Use is only a low flying permit for required the pilot.
Die extrem bodennahe Datenaufnahme ermöglicht die Verwendung hochsensibler Sensoren sowohl zur Aufnahme elektromagnetischer Felddaten als auch anderer, zum Beispiel gassensibler Sensoren. Gassensoren könnten zum Beispiel für die Erkundung von Minen eingesetzt werden, die keine ferromagnetischen Gehäusekörper haben und deshalb durch elektromagnetische Feldmessung nicht aufzuspüren sind. The extremely close-to-ground data acquisition enables this Use highly sensitive sensors for both recording electromagnetic field data as well as others to Example of gas sensitive sensors. Gas sensors could be used for Example of mine exploration can be used that have no ferromagnetic housing body and therefore not by electromagnetic field measurement are tracked down.
Die Datenaufnahme kann bei hoher Fluggeschwindigkeit erfolgen, wobei durch die mögliche Mehrfachanordnung von Sensoren nebeneinander eine große Arbeitsbreite und damit nicht nur eine wesentlich höhere Flächenleistung pro Flug, sondern auch eine hohe Datensicherheit erreicht wird, da die Messbereiche der Sensoren sich teilweise überdecken können. Die Auflösung der Messung beträgt ein mehrfaches der bisherigen Daten gewinnungsverfahren. Nicht nur die Erfassbarkeit kleinerer Objekte, sondern auch die Messbereichstiefe im Boden wird erhöht.Data acquisition can take place at high airspeed take place, with the possible multiple arrangement of sensors side by side a large working width and not just a much higher area coverage per flight, but also high data security is achieved because the measuring ranges of the sensors are different can partially cover. The resolution of the measurement is a multiple of the previous data extraction process. Not just the detectability smaller objects, but also the measuring range depth in the ground is increased.
Da die Sensoren an dem Flugkörper fest angebracht sind, besteht in jeder Flug- beziehungsweise Schwebephase eine eindeutige Korrelation zwischen den gemessenen Daten und der Positionsangabe, so dass aus den aufgezeichneten Daten ohne jegliche nachträgliche Korrektur ein Flächenabbild mit den aufgefundenen Gegenständen gewonnen und auf kartografisches Material übertragen werden kann.Since the sensors are attached to the missile, exists in every flight or hover phase a clear correlation between the measured Data and the position, so that from the recorded data without any subsequent Correction of an area image with the found Obtained objects and on cartographic material can be transferred.
Die Sondierung erfolgt in bekannter Weise durch mäanderförmiges beziehungsweise reihenförmiges Überfliegen des zu untersuchenden Areals, wobei alle Daten, die durch die Sensorik gemessen werden, gemeinsam mit den zugehörigen Positionsdaten ständig aufgezeichnet werden.The probing is carried out in a known manner meandering or row-shaped Overfly the area to be examined, all Data measured by the sensors together with the associated position data constantly to be recorded.
Die Positionsdaten werden durch ein differenzielles satellitengestütztes Ortungssystem (DGPS) gewonnen, bei dem die mittels GPS-Empfänger ermittelte Position über eine Referenzstation an einem festen Standort in der Nähe des zu sondierenden Areals ständig korrigiert wird, so dass eine Genauigkeit der Positionsbestimmung von ±0,2 m erreichbar ist:The position data are indicated by a differential satellite-based positioning system (DGPS) won at over the position determined by GPS receiver a reference station at a fixed location in the The proximity of the area to be probed continuously corrected is, so that accuracy of positioning of ± 0.2 m can be reached:
Das Verfahren soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe procedure is described below using a Embodiment are explained. In the show associated drawings
Fig. 1 ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Ultraleichtflugzeug in Vorderansicht, Fig. 1 is a furnished for performing the method ultralight aircraft in front view,
Fig. 2 das Ultraleichtflugzeug gemäß Fig. 1 in Seitenansicht und Fig. 2 shows the ultralight aircraft according to FIG. 1 in side view
Fig. 3 ein Blockschaltbild des Mess- und Ortungssystems. Fig. 3 is a block diagram of the measurement and location system.
In Fig. 1 ist die Vorderansicht, in Fig. 2 die Seitenansicht eines Ultraleichtflugzeuges 1 dargestellt, das zur Magnetfeldsondierung mit einer entsprechenden Sensorik ausgerüstet ist. An einem an Streben 3, 6 und 7 an den Tragflächen 2 und am Fahrwerk 4 aufgehängten Aluminiumrohr 5 sind sechs hier nicht näher gezeigte Magnetfeldsensoren im Abstand von ca. 2 m angebracht.In Fig. 1, 2, the side view of an ultralight aircraft 1 is the front view shown in Fig., Which is equipped for magnetic field probe with an appropriate sensor system. On an aluminum tube 5 suspended from struts 3 , 6 and 7 on the wings 2 and on the landing gear 4 , six magnetic field sensors, not shown here, are attached at a distance of approximately 2 m.
Das Ultraleichtflugzeug 1 ist aus einem nicht feldverzerrenden Flugzeugkörper in Kompositbauweise aufgebaut und weist eine Gesamtmasse von ca. 450 kg auf. Zur Durchführung des Messverfahrens werden werksseitig vorgesehene Ausrüstungsgegenstände aus einem ferromagnetischen Werkstoff oder solche, die ferromagnetische Teile enthalten, gegen Kunststoffteile oder nichtferromagnetische Metallteile, z. B. aus Aluminium oder V2A-Stahl ausgetauscht. So sind beispielsweise die. Lager der Landeklappen und sämtliche Ruder, die Achsen und Achsträger am Fahrwerk, Radbolzen und Bremsscheiben gegen unmagnetische Teile ausgewechselt worden. Bis auf den Motor kann das Ultraleichtflugzeug 1 so fast völlig von ferromagnetischen Teilen freigemacht werden. Noch verbliebene ferromagnetische Teile stören die Messung nicht mehr bzw. können bei der Kalibrierung der Magnetfeldsensoren mit einberechnet werden.The ultralight aircraft 1 is constructed from a non-field-distorting aircraft body in a composite construction and has a total mass of approximately 450 kg. To carry out the measuring process, equipment provided from the factory made of a ferromagnetic material or those containing ferromagnetic parts are used against plastic parts or non-ferromagnetic metal parts, e.g. B. exchanged from aluminum or V2A steel. For example, they are. Bearing of the flaps and all rudders, the axles and axle supports on the landing gear, wheel bolts and brake discs have been replaced with non-magnetic parts. Except for the motor, the ultralight aircraft 1 can thus be almost completely cleared of ferromagnetic parts. Remaining ferromagnetic parts no longer interfere with the measurement or can be included in the calibration of the magnetic field sensors.
Bei den Magnetfeldsensoren handelt es sich um Totalfeldmagnetometer, die eine Aufzeichnungsrate von mehreren Hundert Aufzeichnungen pro Sekunde besitzen, wodurch mit Fluggeschwindigkeiten über der zu sondierenden Fläche bis zu 150 km/h gearbeitet werden kann.The magnetic field sensors are Total field magnetometer, which has a recording rate of have several hundred recordings per second, which means flying at speeds above probing area up to 150 km / h can.
Mit dem Ultraleichtflugzeug 1 kann in einer Höhe über Boden bis herunter zu 1 m geflogen werden. Dabei können die Flugrichtung und die Flughöhe exakter eingehalten werden als mit einem Drehflügler, da die Richtungsstabilität weitaus höher ist. Die Flughöhe läßt sich mit einer Toleranz von ±0,5 m einhalten und die Flugrichtung mit einer Toleranz von ±0,2 m messen.The ultralight aircraft 1 can be flown at a height of up to 1 m. The flight direction and the flight altitude can be adhered to more precisely than with a rotary wing aircraft, since the directional stability is much higher. The flight altitude can be maintained with a tolerance of ± 0.5 m and the flight direction can be measured with a tolerance of ± 0.2 m.
Durch variable Abstände der Magnetfeldsensoren untereinander am Aluminiumrohr 5 ist neben der Einstellung der Arbeitsbreite auch die Anzahl der Sensoren wählbar. An- und Abbau erfolgen unkompliziert mit Festanschlüssen. Die Festanschlüsse sind so aufgebaut, dass auch eine Lageveränderung der Sensoren (Verdrehung, Winkelverstellung) möglich ist.Through variable distances between the magnetic field sensors on the aluminum tube 5 , in addition to the setting of the working width, the number of sensors can also be selected. Attachment and removal are straightforward with fixed connections. The fixed connections are designed in such a way that the sensors can also be changed in position (rotation, angular adjustment).
Durch die geringe Flughöhe ist eine hohe Auflösung der Messung erreichbar, so dass auch kleine ferromagnetische Gegenstände sicher erkannt werden. So sind z. B. noch Geschosse mit dem Kaliber 8,8 mm sicher zu orten.Due to the low flight altitude, a high resolution is the Measurement achievable, so that even small ones ferromagnetic objects can be reliably recognized. So are z. For example, bullets with a caliber of 8.8 mm are safe to locate.
Die gemessenen Daten sind exakt mit der Position der Magnetfeldsensoren korrelierbar, da es nur eine vernachlässigbare Relativbewegung zwischen den Magnetfeldsensoren und einem DGPS-Empfänger an Bord des Ultraleichtflugzeuges 1 gibt.The measured data can be correlated exactly with the position of the magnetic field sensors, since there is only a negligible relative movement between the magnetic field sensors and a DGPS receiver on board the ultralight aircraft 1 .
Die zugehörigen Ortsdaten werden wie bekannt mittels eines differenziellen satellitengestützten Ortungssystems (DGPS) bestimmt. Hierbei arbeitet ein DGPS-Empfänger an Bord des Ultraleichtflugzeuges 1 mit einer DGPS-Referenzstation zusammen, die beispielsweise am Rand des zu sondierenden Areals platziert wird und Signale an den DGPS-Empfänger im Ultraleichtflugzeug 1 senden kann. Die Referenzstation wie auch der DGPS- Empfänger an Bord des Ultraleichtflugzeuges 1 empfangen die Ortungssignale von mehreren Satelliten, die miteinander verglichen werden. Aus dem Vergleich werden ständig Korrekturwerte gebildet, die in einem zentralen Rechner an Bord des Ultraleichtflugzeuges 1 bei der Positionsaufzeichnung berücksichtigt werden.As is known, the associated location data are determined by means of a differential satellite-based positioning system (DGPS). Here, a DGPS receiver on board the ultralight aircraft 1 works together with a DGPS reference station, which is placed, for example, at the edge of the area to be probed and can send signals to the DGPS receiver in the ultralight aircraft 1 . The reference station as well as the DGPS receiver on board the ultralight aircraft 1 receive the location signals from several satellites, which are compared with one another. Correction values are continuously formed from the comparison and are taken into account in a central computer on board the ultralight aircraft 1 when recording the position.
Durch die Referenzstation ist der DGPS-Empfänger auch in der Lage, nicht nur die exakten Positionsdaten in der x-y-Ebene über dem zu sondierenden Terrain zu bestimmen, sondern auch die exakte Höhe über dem Erdboden (z-Richtung). Dies geschieht durch Auswertung der Winkelposition des Ultraleichtflugzeuges 1 gegenüber der Referenzstation. Auf einen separaten Höhenmesser kann deshalb verzichtet werden. With the reference station, the DGPS receiver is also able to determine not only the exact position data in the xy plane above the terrain to be probed, but also the exact height above the ground (z direction). This is done by evaluating the angular position of the ultralight aircraft 1 relative to the reference station. A separate altimeter can therefore be dispensed with.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Mess- und Ortungssystems, das auch gleichzeitig die Flugführungsdaten verwaltet. Sämtliche Daten werden durch einen zentralen Rechner verarbeitet, über den dann auch die Flugdaten, die Mess- und die Positionsdaten aufgezeichnet werden, die dann nach Beendigung eines Sondierungsfluges in grafischer Form ausgegeben und ausgewertet werden können. Fig. 3 shows a block diagram of the measurement and positioning system that manages the flight guidance data simultaneously. All data is processed by a central computer, which then also records the flight data, the measurement and the position data, which can then be output and evaluated in graphical form after the end of a probing flight.
11
Ultraleichflugzeug
Ultralight aircraft
22nd
Tragflächen
Wings
33rd
Strebe
strut
44th
Fahrwerk
landing gear
55
Aluminiumrohr
Aluminum tube
66
Strebe
strut
77
Strebe
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SEATERRA GMBH, 16348 WANDLITZ, DE |
|
| 8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: FRACH, DIRK,DIPL.-ING., 12524 BERLIN, DE |
|
| R071 | Expiry of right |