AT519574A4 - Vorrichtung zur Ortung einer Blendungsquelle für ein Flugzeug und Verwendung eines Laserscanners hiefür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (6) zur Ortung einer umgebungserzeugten Blendungsquelle (5) für ein Flugzeug (1), umfassend eine Positions- und Lagebestimmungseinrichtung, eine Datenbank (11) mit einem Terrainmodell {Q}, einen Lichtsensor (12), eine dem Lichtsensor (12) im Strahlengang des Lichtstrahls (L) vorgeordnete Strahlablenkeinrichtung (14), einen an den Lichtsensor (12) angeschlossenen Schwellwertdetektor (13), welcher den Zeitpunkt (t1), zu dem das Empfangssignal (E(t)) einen vorgegebenen Schwellwert (S) überschreitet, detektiert, und eine Auswerteeinrichtung (21), welche dafür ausgebildet ist, aus der Position, der Lage und dem Ablenkwinkel zum genannten Zeitpunkt (t1) den Schnittpunkt des Strahlengangs (15) mit dem Terrainmodell {Q} zu messen und als Ort (Q1) der Blendungsquelle (5) auszugeben. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines flugzeuggestützten Laserscanners (27) zur Ortung einer umgebungserzeugten Blendungsquelle (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ortung einer Blendungsquelle für ein Flugzeug und eine Verwendung eines Laserscanners hiefür.

Die Blendung von Piloten durch mutwillig oder fahrlässig betriebene Blendungsquellen wie Laserpointer vom Boden aus ist ein ernsthaftes Problem in der Luftfahrt. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, Flugzeuge mit Kameras auszustatten, welche im Landeanflug ein Bild der Flugzeugumgebung aufnehmen und darin einen übermäßig hellen Lichtpunkt als Blendungsquelle detektieren. Durch Verknüpfen des Blickwinkels und Bildes der Kamera mit den Positions- und Lagedaten eines GNSS- (Global Navigation Satellite System) -Empfängers und einer IMU (Inertial Measurement Unit) des Flugzeugs kann der Ort der Blendungsquelle bestimmt und z.B. an ein Einsatzfahrzeug am Boden gesendet werden, um den Störer vor Ort aufzugreifen.

Solche kamerabasierten Ortungsvorrichtungen sind jedoch nicht in der Lage, die Blendungsquelle hinreichend genau zu lokalisieren. Aufgrund der vergleichsweise langen Belichtungszeit der Kamera bewegt sich der Lichtpunkt im Kamerabild zu schnell und „verschmiert". Darüberhinaus können die in modernen Kameras zur Bildaufnahme verwendeten CMOS- bzw. CCD- w/dtcüd ο.·\τηττπ n TD ΌΛΌΤντηυοηΐΛίΤΓ . ü\T λ . r/nncc λ ccn 7 λ i 1 ιλ witcvt wnv?wr π λ Φυλίτυ vtct

Multipixel-Sensoren durch die hohe Intensität des Lichtpunkts von z.B. Laserpointern zerstört werden, was die Vorrichtung schnell ausfallen lässt.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine verbesserte Vorrichtung zur Ortung von Blendungsquellen für Flugzeuge zu schaffen, welche hohe Genauigkeit und Störungsunanfälligkeit hat.

Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung der einleitend genannten Art erreicht, umfassend: eine Einrichtung zur Bestimmung von Position und Lage der Vorrichtung in einem Weltkoordinatensystem; eine Datenbank mit einem Terrainmodell einer Umgebung des Flugzeugs im Weltkoordinatensystem; einen Lichtsensor, der einen darauf auftreffenden Lichtstrahl in ein elektrisches Empfangssignal umwandelt; eine dem Lichtsensor im Strahlengang des Lichtstrahls vorgeordnete Strahlablenkeinrichtung, welche dafür ausgebildet ist, den vor ihr liegenden Abschnitt des Strahlengangs durch periodisches Verändern ihres Ablenkwinkels über einen räumlichen Winkelbereich zu scannen; einen an den Lichtsensor angeschlossenen Schwellwertdetektor, welcher den Zeitpunkt, zu dem das Empfangssignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, detektiert; und eine an die Positions- und Lagebestimmungseinrichtung, die Datenbank, die Strahlablenkeinrichtung und den Schwellwertdetektor angeschlossene Auswerteeinrichtung, welche dafür ausgebildet ist, aus der Position, der Lage und dem Ablenkwinkel zum genannten Zeitpunkt den Schnittpunkt des Strahlengangabschnitts mit dem Terrainmodell zu messen und als Ort der Blendungsquelle auszugeben.

Die Vorrichtung der Erfindung beruht auf einem völlig neuartigen Ansatz, nämlich der Verwendung einer Strahlablenkeinrichtung für den Störlichtstrahl, wie sie z.B. auf dem Gebiet von Laserscannern für Lasermessstrahlen an sich bekannt ist, in Verbindung mit einem dahinterliegenden Lichtsensor. Der Lichtsensor wird nur dann vom Lichtstrahl der Blendungsquelle getroffen, wenn die Strahlablenkeinrichtung gerade den „richtigen" Ablenkwinkel zur Blendungsquelle hat. Aus dem Ablenkwinkel zu diesem Zeitpunkt kann in Verbindung mit den Positions- und Lagemesswerten der Vorrichtung die Raumachse des Störlichtstrahls ermittelt werden; und durch Schneiden dieser Raumachse mit dem Terrainmodell der Flugzeugumgebung kann dann der Ort der Blendungsquelle hochgenau ermittelt werden.

Wenn die Strahlablenkeinrichtung z.B. mit Hilfe schnell scannender AblenkspiegelSysteme aufgebaut wird, kann in Verbindung mit einem Lichtsensor von entsprechend geringem Sensorquerschnitt eine hohe räumliche Auflösung der Ortsdetektion erreicht werden. Da anstelle eines Multipixel-Kamerachips nur ein einziger Lichtsensor für einen Lichtpunkt erforderlich ist, kann dieser Lichtsensor an den Dynamikbereich des zu erwartenden Störlichtstrahls optimal angepasst werden, z.B. auch einen direkt einfallenden Laserstrahl eines Laserpointers verarbeiten, ohne zerstört zu werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht damit eine hochgenaue und ausfallssichere Ortung von Blendungsquellen selbst hoher Intensität. Günstig ist es, wenn der Lichtsensor an die Wellenlänge handelsüblicher Laserpointer, wie sie von Störern häufig eingesetzt werden, angepasst ist, um Fehldetektionen zu vermeiden. Bevorzugt ist der Lichtsensor selektiv nur für Wellenlängen von Laserlicht empfindlich, besonders bevorzugt für rotes und/oder grünes Laserlicht. Alternativ kann dem Lichtsensor im Strahlengang ein optisches Bandpassfilter vorgeschaltet sein, bevorzugt für rotes und/oder grünes Laserlicht.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung wird als Lichtsensor eine Lawinenfotodiode verwendet. Lawinenfotodioden können einerseits Lichtintensitäten in einem sehr hohen Dynamikbereich von bis zu 90 dB verarbeiten, so dass sie sowohl weit entfernte als auch sehr nahe oder starke Blendungsquellen unbeschadet detektieren können. Lawinenfotodioden benötigen dazu andererseits nur einen sehr geringen Sensorquerschnitt, z.B. in der Größenordnung von einigen 10 pm oder einigen 100 pm im Durchmesser, was in Verbindung mit der Strahlablenkeinrichtung eine hohe räumliche Auflösung der Ortung gewährleistet.

Das Terrainmodell zum Schneiden des genannten Strahlengangabschnitts, d.h. der Raumachse des Störlichtstrahls, kann beispielsweise aus kommerziellen Terraindatenbanken für die Luftfahrt stammen und in der Datenbank vorgespeichert sein. Im einfachsten Fall, wenn der Boden flach, gleichsam eine Ebene ist, enthält das Terrainmodell bloß einen einzigen Wert für alle möglichen Positionen des Flugzeugs, nämlich einfach die (konstante) Höhe des Bodens, über dem das Flugzeug betrieben wird, im Weltkoordinatensystem. Bevorzugt gibt das Terrainmodell jedoch das Relief der Umgebung, wie Hügel, Berge, Täler, Häuserschluchten usw. wieder, über bzw. in der das Flugzeug betrieben wird, z.B. in Form eines Flächen-, Gitternetz- oder Punktemodells.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird das Terrainmodell gleich direkt mit Hilfe der Vorrichtung, gleichsam „online", mitvermessen. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung bevorzugt einen Laserscanner, der dafür ausgebildet ist, mittels Laufzeitmessungen an einem scannend über die Umgebung geführten und von dieser reflektierten Lasermessstrahl das Terrainmodell zu erstellen und in der Datenbank zu speichern.

Der Laserscanner kann von den übrigen Komponenten der Vorrichtung abgesondert sein und das von ihm autark erstellte Terrainmodell zusätzlich oder ausschließlich in der Datenbank abspeichern. Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Laserscanner die Strahlablenkeinrichtung der Vorrichtung mitverwendet, um seinen Lasermessstrahl über die Umgebung zu scannen. Der Laserscanner ist dadurch ein Teil der Ortungsvorrichtung bzw. ist umgekehrt die Ortungsvorrichtung ein Teil des Laserscanners. Eine noch weitergehende Integration und damit Komponenteneinsparung ergibt sich, wenn der Laserscanner auch den Lichtsensor der Vorrichtung mitverwendet, um den reflektierten Lasermessstrahl zu empfangen. Diese Variante ist besonders günstig, wenn der Lasermessstrahl im selben Wellenlängenbereich liegt wie die zu erwartenden Störlichtstrahlen, oder wenn der Lichtsensor einen so breiten Wellenlängenbereich verarbeiten kann, dass er sowohl die Wellenlänge des Lasermessstrahls als auch die Wellenlängen der zu erwartenden Störlichtstrahlen verarbeiten kann.

In einer alternativen Variante liegt bevorzugt zwischen der Strahlablenkeinrichtung und dem Lichtsensor ein Strahlteller, welcher den Störlichtstrahl zum Lichtsensor und den reflektierten Lasermessstrahl zu einem davon gesonderten Laserempfänger des Laserscanners führt. Dadurch kann der Laserscanner beispielsweise mit einem infraroten Lasermessstrahl arbeiten, während der für die Blendungsquellenortung verwendete Lichtsensor an die Wellenlängen der zu erwartenden Störlichtstrahlen, z.B. rotes oder grünes Laserlicht, angepasst werden kann, um Fehldetektionen zu vermeiden.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dafür ausgebildet sein, aus der Position und dem Terrainmodell die Höhe der Vorrichtung über Grund zu messen und zumindest die Strahlablenkeinrichtung und den Lichtsensor abzuschalten, wenn die gemessene Höhe über einer vorgegebenen Mindesthöhe liegt. Alternativ kann die Auswerteeinrichtung dafür ausgebildet sein, vom Flugzeug einen

Messwert der Höhe über Grund zu empfangen und zumindest die Strahlablenkeinrichtung und den Lichtsensor abzuschalten, wenn der Messwert über einer vorgegebenen Mindesthöhe liegt. Mit jeder dieser Maßnahmen wird erreicht, dass die Vorrichtung erst aktiv wird, wenn sich das Flugzeug in Bodennähe oder in der Start- und Landephase befindet, wo Blendungsgefahr besteht. Oberhalb dieser Mindesthöhe kann die Vorrichtung in einen stromsparenden und die mechanischen Komponenten der Ablenkeinrichtung schonenden Ruhemodus verfallen. Für Beweissicherungszwecke umfasst die Vorrichtung bevorzugt einen an die Auswerteeinrichtung angeschlossenen Speicher zum Aufzeichnen des Zeitpunkts und Orts der Blendungsquelle, besonders bevorzugt zusammen mit der Position der Vorrichtung zu diesem Zeitpunkt.

Der Speicher ist bevorzugt ein Ringpufferspeicher zum Auf-zeichnen von Zeitpunkt und Ort der jeweils zuletzt georteten Blendungsquelle(n), wobei eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher der Betrieb der Vorrichtung anhaltbar o-der der Speicher in einen schreibgeschützten Modus versetzbar ist. Der Pilot kann so durch Betätigen der Eingabeeinrichtung während oder nach einer als störend empfundenen Blendung die zuletzt geortete(n) Blendungsquelle(n) zu Beweissicherungszwecken dauerhaft speichern. Wenn der Pilot hingegen subjektiv keine Störung empfunden und die Eingabeeinrichtung nicht betätigt hat, wird die detektierte und geortete Blendungsquelle nach einiger Zeit - wenn der Ringpufferspeicher voll ist -wieder überschrieben, um die Ansammlung unnötiger Daten zu vermeiden.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner eine an die Auswerteeinrichtung angeschlossene Sendeeinrichtung zum Senden des Zeitpunkts und Orts der Blendungsquelle an eine Einsatzzentrale, bevorzugt zusammen mit der Position der Vorrichtung zu diesem Zeitpunkt. Die Einsatzzentrale kann dann die entsprechenden Maßnahmen zur Ahndung der Flugverkehrsstörung treffen, beispielsweise ein Polizeifahrzeug zum Ort der Blendungsquelle entsenden, um den Störer vor Ort zu verhaften.

Bevorzugt ist die Sendeeinrichtung mit einer Eingabeeinrichtung ausgestattet, mittels welcher das genannte Senden auslösbar und/oder unterbindbar ist. Der Pilot kann damit das sofortige Senden des Blendungsquellenorts an die Einsatzzentrale veranlassen, wenn er eine Blendung als störend empfindet, bzw. Fehlalarme unterbinden oder stornieren.

Der Raumwinkelbereich, über den die Strahlablenkeinrichtung nach Störlichtstrahlen scannt, wird zweckmäßigerweise an das Sichtfeld des Piloten angepasst. Für Verkehrsflugzeuge, aus deren Pilotenkanzel vorwiegend nur nach vorne geblickt werden kann, ist das Blickfeld der Strahlablenkeinrichtung bevorzugt pyramidenförmig, d.h. im Querschnitt etwa rechteckig, z.B. bevorzugt etwa 80° mal etwa 30°. Für Hubschrauber, deren Kabine dem Piloten einen weitgehenden Rundumblick gestattet, ist das Blickfeld bevorzugt etwa scheibenförmig, z.B. etwa 360° mal etwa 30°.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Verwendung eines flugzeuggestützten Laserscanners zur Ortung einer umgebungserzeugten Blendungsquelle.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 schematisch das Blendungsszenario und eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Verkehrsflugzeug;

Fig. 2 das Blendungsszenario und eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Hubschrauber; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtungen der Fig. 1 und 2 mit weiteren optionalen Komponenten (strichliert).

In Fig. 1 ist ein Flugzeug 1, hier ein nur ausschnittsweise dargestelltes Verkehrsflugzeug, in einer Flughöhe (above ground level, AGL) h über bzw. in einer Umgebung 2 in einem Weltkoordinatensystem 3 gezeigt. Der Pilot (nicht gezeigt) an einem Ort P im Flugzeug 1 wird gerade von einem Störer 4 am Boden bzw. in der Umgebung 2 mittels einer Blendungsquelle 5, z.B. eines handelsüblichen portablen Laserpointers, mit einem Lichtstrahl L geblendet. Der Störer 4 bzw. die Blendungsquelle 5 befinden sich an einem Ort Qi der Umgebung 2.

Um den Ort Qi der Blendungsquelle 5 festzustellen, führt das Flugzeug 1 eine Vorrichtung 6 mit einem Blickfeld 7 mit, innerhalb dessen Blendungsquellen 5 und deren Orte Qi festgestellt werden können. Das Blickfeld 7 der Vorrichtung 6 ist in dem Beispiel von Fig. 1 etwa pyramidenförmig, d.h. in Richtung des Lichtstrahls L gesehen von etwa rechteckigem Querschnitt mit einem Öffnungswinkel entsprechend dem Blickfeld des Piloten, z.B. etwa 80° mal etwa 30°.

In dem Beispiel von Fig. 2 ist das Flugzeug 1 ein Helikopter, der die Vorrichtung 6 an seiner Unterseite trägt, und das Blickfeld 7 ist entsprechend dem Rundumblickfeld des Helikopterpiloten etwa scheibenförmig (genauer: eine Scheibe mit beidseitigen kegelförmigen Einsenkungen), z.B. etwa 360° mal etwa 30°.

Fig. 3 zeigt schematisch den Innenaufbau der Vorrichtung 6. Die Vorrichtung 6 umfasst eine Einrichtung 8 zur fortlaufenden Bestimmung der aktuellen Position P(t) und Raumlage [a0(t), ß0(t), Yo(t)] zum Zeitindex t. Die Position P(t) wird beispielsweise von einem Satellitennavigationsempfänger 9 eines GNSS (Global Navigation Satellite System) im Weltkoordinatensystem 3 ermittelt, z.B. einem GPS-, GLONASS- oder GALILEO-Empfänger. Die Raumlage des Flugzeugs 1 im Weltkoordinatensystem 3 wird beispielsweise mit Hilfe einer Trägheitsmesseinrichtung (Inertial Measurement Unit, IMU) 10 ermittelt und entspricht den jeweils aktuellen Nick-, Roll- und Gierwinkeln (Pitch, Roll, Yaw) a0(t), ß0(t) und y0(t) des Flugzeugs 1. Es versteht sich, dass die Positions- und Lagemesswerte P(t), a0(t), ß0(t), Yo (t) auch von einer bordeigenen Einrichtung 8 des Flugzeugs 1 bezogen werden können.

Die Vorrichtung 6 umfasst ferner eine Datenbank 11, in welcher ein Terrainmodell {Q} der Umgebung 2 des Flugzeugs 1 gespeichert ist. Das Terrainmodell {Q} bildet beispielsweise die Umgebung 2 des Flugzeugs 1 in Form einer Menge bzw. „Wolke" von Punkten {Qi, Q2, Q3, ...} im Weltkoordinatensystem 3 ab. Das Terrainmodell {Q} könnte jedoch die Umgebung 2 auch in Form eines Flächen-, Polygon- oder Gittermodells abbilden, wie in der Technik bekannt. Bei sehr einfachen Umgebungen 2, z.B. wenn das Flugzeug 1 stets nur über einem sehr flachen Boden betrieben wird, könnte sich das Terrainmodell {Q} jedoch auch lediglich auf einen einzigen Wert reduzieren, u.zw. die Höhe eines solchen flachen Bodens im Weltkoordinatensystem 3, z.B. über dem Meeresnull. In diesem Fall reduziert sich das Terrainmodell {Q} auf eine waagrechte Ebene, die durch ihre Höhe im Weltkoordinatensystem 3 definiert ist.

Als weitere Komponenten umfasst die Vorrichtung 6 einen Lichtsensor 12, der einen darauf auftreffenden Lichtstrahl L fortlaufend in ein der Intensität des Lichtstrahls L proportionales Empfangssignal E(t) umwandelt.

Dem Lichtsensor 12 elektrisch nachgeschaltet ist ein Schwellwertdetektor 13, welcher das Empfangssignal E(t) fortlaufend mit einem vorgegebenen Schwellwert S vergleicht und bei Überschreiten des Schwellwerts S den Zeitpunkt ti, zu dem das Empfangssignal E(t) den Schwellwert S überschreitet, auf einem Ausgang ausgibt. Der Lichtsensor 12 und der Schwellwertdetektor 13 detektieren damit den Zeitpunkt t± des Auftretens eines Lichtstrahls L von besonders hoher, schwellwertüberschreitender Intensität.

Dem Lichtsensor 12 im Strahlengang des Lichtstrahls L vorgeordnet ist eine Strahlablenkeinrichtung 14, welche den vor ihr liegenden Abschnitt 15 des Strahlengangs des Lichtstrahls L durch Verändern ihres Ablenkwinkels über den Raumwinkelbereich des Blickfelds 7 scannt.

Der Ablenkwinkel der Strahlablenkeinrichtung 14 ist ein Raumwinkel, welcher beispielsweise durch zwei orthogonal zueinander stehende, auf das Koordinatensystem der Vorrichtung 6 bezogene Flächenwinkel ar(t), ßr(t) definiert werden kann. Die effektive Blickrichtung [a(t), ß(t)] der Strahlablenkeinrichtung 14 im Weltkoordinatensystem 3, d.h. die Lage des Strahlengangabschnitts 15 und damit die Raumachse des von der Blendungsquelle 5 ausgehenden Lichtstrahls L im Weltkoordinatensystem 3, ergibt sich aus einer vektoriellen Summe des Ablenkwinkels [ar(t), ßr (t) ] der Strahllablenkeinrichtung 14 und der Lage [a0(t), ß0(t), y0(t)] der Vorrichtung 6.

Die Strahlablenkabrichtung 14 kann zum Scannen in den zwei Dimensionen ar(t), ßr(t) beispielsweise eine rotierende Spiegelpyramide 15 mit einem Antriebsmotor 16 und einen schwingenden Spiegel 17 mit einem Antriebsmotor 18 enthalten, wie dem Fachmann bekannt, oder jede beliebige Kombination von Drehoder Schwingspiegeln, Spiegelpyramiden, Polygonspiegelrädern usw. Auch ein Aufbau mit MEMS-Spiegeln (Micro Electrical Mechanical Systems) ist möglich. Die Antriebsmotoren 16, 18 der verschiedenen Spiegel 15, 17 sind mit entsprechenden Winkelgebern zum Messen des Ablenkwinkels [ar(t), ßr(t)] der Strahlablenkeinrichtung 14 ausgestattet.

Im Strahlengang des Lichtstrahls L zwischen Strahlablenkeinrichtung 14 und Lichtsensor 12 sind ferner noch ein einfacher Umlenkspiegel 19 sowie ein Bandpassfilter 20 gezeigt, welches speziell auf den Wellenlängenbereich üblicher Blendquellen 5, z.B. Laserpointer mit rotem oder grünem Laserlicht, abgestimmt ist, um nur diesen Wellenlängenbereich zum Lichtsensor 12 durchzulassen. Alternativ könnte der Lichtsensor 12 auch selbst nur für Wellenlängen von zu erwartenden Blendungsquellen 5 empfindlich sein, z.B. für Laserlicht roter und/oder grüner Wellenlänge.

Alle Ausgangsdaten und Messwerte der genannten Komponenten, d.h. der Positions- und Lagebestimmungseinrichtung 8, der Terraindatenbank 11, des Schwellwertdetektors 13 und der Strahlablenkeinrichtung 14, sind einer Auswerteeinrichtung 21 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 21 ermittelt aus der Position P(t) und der Lage [a0(t), ß0(t), y0(t)] der Vorrichtung 6 im Weltkoordinatensystem 3 sowie dem Ablenkwinkel [aR(t), ßR (t)] der Strahlablenkeinrichtung 14 die Lage bzw. Raumachse [a(t), ß(t)] des Strahlengangabschnitts 15 des Lichtstrahls L im Weltkoordinatensystem 3 und schneidet den so ermittelten

Strahlengangabschnitt 15 geometrisch mit dem Terrainmodell {Q}·

Wie in Fig. 1 gezeigt, liefert der Schnittpunkt des Strahlengangabschnittes 15 des Lichtstrahls L zum Zeitpunkt ti mit dem Terrainmodell {Q} - u.zw. annähernd, wenn der Störer 4 bzw. die Blendungsquelle 5 nicht im Terrainmodell {Q} enthalten ist, oder genau, wenn das Terrainmodell {Q} den Störer 4 bzw. die Blendungsquelle 5 mitumfasst, weil es z.B. online erzeugt wurde, wie später noch ausführlicher erläutert - den Ort Qi der Blendungsquelle 5.

Der Ort Qi der Blendungsquelle 5 wird auf einem Ausgang 22 der Auswerteeinrichtung 21 ausgegeben und kann beispielsweise auf einer Anzeige (nicht gezeigt) angezeigt oder sonstwie weiterverarbeitet werden. Beispielsweise ist an den Ausgang 22 der Auswerteeinrichtung 21 eine Sendeeinrichtung 23 angeschlossen, welche den Zeitpunkt ti und Ort Qi der Blendungsquelle 5, optional zusammen mit der Position P(ti) der Vorrichtung 6, an eine entfernte Einsatzzentrale (nicht gezeigt) sendet .

Alternativ oder zusätzlich ist an den Ausgang 22 der Auswerteeinrichtung 21 ein Speicher 24 zum Aufzeichnen des Zeitpunkts ti und Orts Q der Blendungsquelle 5, optional zusammen mit der Position P(ti) der Vorrichtung 6, angeschlossen.

Der Speicher 24 kann alle in einem längeren Zeitraum de-tektierten Orte Qi von Blendungsquellen 5 dauerhaft protokollieren, denen die Vorrichtung 6 bzw. das Flugzeug 1 begegnet.

Alternativ kann der Speicher 24 ein Ringpufferspeicher sein, der immer nur eine Anzahl von zuletzt georteten Blendungsquellen 5 aufzeichnet, um Speicherplatz zu sparen.

Mit Hilfe einer optionalen Eingabeeinrichtung 25, z.B. eines in Reichweite des Piloten im Flugzeug 1 montierten Tasters, kann der Inhalt des Speichers 24 „eingefroren" werden und/oder das Senden des (oder der) zuletzt georteten Blendungsquelle (n) 5, d.h. ihres Orts, Zeitpunkts und optional der zugehörigen Flugzeugposition, über die Sendeeinrichtung 23 veranlasst werden. Zum „Einfrieren" des Speicherinhalts kann die Eingabeeinrichtung 25 den Speicher 24 beispielsweise in einen schreibgeschützten Modus versetzen oder den Betrieb der Vorrichtung 6 anhalten.

Optional kann die Vorrichtung 6 abhängig von der AGL-Höhe h in und außer Betrieb gesetzt werden, so dass sie nur unterhalb einer Mindesthöhe, in der das Flugzeug 1 von Blendungsquellen 5 erreicht werden kann, arbeitet, insbesondere in der Start- und Landephase. Zu diesem Zweck empfängt die Auswerteeinrichtung 21 optional einen Messwert der Höhe h, beispielsweise von einem Höhenmesser 26 des Flugzeugs.

Anstelle eines bordeigenen Höhenmessers 26 kann der Höhenmesser 26 auch in die Vorrichtung 6 integriert sein und beispielsweise die Höhe h aus der Position P(t) und dem Terrainmodell {Q} ermitteln, wie durch die strichlierten Pfeile angedeutet .

Wenn die Höhe h über einer vorgegebenen Mindesthöhe, z.B. 1000 m, liegt, kann beispielsweise die Strahlablenkeinrichtung 14 abgeschaltet werden, um ihre mechanischen Komponenten 15 -18 zu schonen, und bevorzugt auch der Lichtsensor 12, um Fehldetektionen zu vermeiden. Optional können auch noch weitere Teile der Vorrichtung 6 abgeschaltet werden, mit Ausnahme des Höhenmessers 26 und jenes Teils der Auswerteeinrichtung 21, der zum Wiederaufwecken der Vorrichtung 6 unterhalb der genannten Mindesthöhe dient.

In einer fakultativen Ausführungsform der Vorrichtung 6 wird das Terrainmodell {Q} der Flugzeugumgebung 2 nicht in der Datenbank 11 vorgespeichert, sondern während des Betriebs der Vorrichtung 6 bzw. des Flugzeugs 1 „online" vermessen und in der Datenbank 11 gespeichert. Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung 6 optional einen Laserscanner 27 mit einem Lasersender 28, der einen Lasermessstrahl M auf die Umgebung 2 aussendet, und einen Laserempfänger 29, der den von der Umgebung 2 reflektierten Lasermessstrahl M empfängt. Aus der Laufzeit des Lasermessstrahls M vom Lasersender 28 zum zu vermessenden Reflexionspunkt Q der Umgebung 2 und zurück zum Laserempfänger 29 kann dann in einer Laufzeitmesseinrichtung 27' des Laserscanners 27 in an sich bekannter Weise die Entfernung zum zu vermessenden Punkt Q ermittelt werden; und aus der jeweiligen Position P in Verbindung mit der jeweiligen Raumachse des Lasermessstrahls M bei der Entfernungsmessung des Punktes Q kann daraus der Punkt Q im Weltkoordinatensystem 3 bestimmt werden.

Aus einer Vielzahl von solcherart bestimmten Punkten Q kann dann das Terrainmodell {Q} erstellt werden.

Um den Lasermessstrahl M zur Vermessung einer solchen Vielzahl von Punkten Q über die Umgebung 2 zu scannen, benötigt der Laserscanner 27 seinerseits eine Strahlablenkeinrichtung für den Messstrahl M. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel wird dazu gleich die ohnehin vorhandene Strahlablenkeinrichtung 14 der Vorrichtung 6 mitverwendet. Der Lasermessstrahl M wird zu diesem Zweck in den Strahlengang des Lichtstrahls L ein- und ausgekoppelt, und zwar über halbdurchlässige Spiegel 30, 31. Es versteht sich jedoch, dass der Laserscanner 27 auch über eine eigene, von der Strahlablenkeinrichtung 14 gesonderte Strahlablenkeinrichtung verfügen könnte.

Um eine gegenseitige Störung von Lasermessstrahl M und Lichtstrahl L zu vermeiden, arbeitet der Laserscanner 27 bevorzugt in einem anderen Wellenlängenbereich als jener der zu erwartenden Störlichtstrahlen L. Beispielsweise verwendet der Laserscanner 27 einen Infrarot-Lasermessstrahl M, während der Lichtsensor 12 bzw. sein Bandpassfilter 20 für den sichtbaren Wellenlängenbereich ausgebildet sind. Der Auskoppelspiegel 31, optional in Verbindung mit dem Bandpassfilter 20, bil-det/bilden dann einen Strahlteiler, welcher dafür sorgt, dass der Lichtstrahl L zum Lichtsensor 12 und der reflektierte Lasermessstrahl M zum Laserempfänger 29 geführt wird.

Alternativ könnte der Laserscanner 27 auch den Lichtsensor 12 als Laserempfänger mitverwenden, um Komponenten einzuspa- ren. Der Lichtsensor 12 ist in diesem Fall entweder nur für sichtbares Licht empfindlich, wenn der Lasermessstrahl M im sichtbaren Bereich liegt, oder sowohl für sichtbares Licht als auch Infrarotlicht, wenn der Lasermessstrahl M im Infrarotbereich liegt. Bei dieser Ausführungsform ist der Schwellwertdetektor 13 gleichsam in einen Empfangskanal des Laserscanners 27, welcher den Lichtsensor 12 mitverwendet, integriert und detektiert ein besonders hohes, schwellwertüberschreitendes Signal im Empfangssignal E(t) des Laserscanners 27 als Blendungsquelle 5. Diese Ausführungsform kann z.B. auch durch Verwendung eines herkömmlichen Laserscanners realisiert werden, in oder an dessen Lasermessstrahl-Empfangskanal ein Schwell-wertdetektor 13 ein- bzw. angeschaltet wird, um den Zeitpunkt ti des Schwellwertüberschreitens zu detektieren. Ein Schneiden des Strahlengangabschnitts 15 mit dem vom Laserscanner erstellten Terrainmodell {Q} ist dann nicht mehr notwendig, weil einfach der Messpunkt Q(ti) des Laserscanners zum Zeitpunkt t± als Ort Qi der Blendungsquelle 5 verwendet werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Modifikationen und Kombinationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

Claims (17)

1. Patentansprüche :

   1. Vorrichtung (6) zur Ortung einer umgebungserzeugten Blendungsquelle (5) für ein Flugzeug (1), gekennzeichnet durch: eine Einrichtung (8) zur Bestimmung von Position und Lage der Vorrichtung (6) in einem Weltkoordinatensystem (3); eine Datenbank (11) mit einem Terrainmodell {Q} einer Umgebung (2) des Flugzeugs (1) im Weltkoordinatensystem (3); einen Lichtsensor (12) , der einen darauf auftreffenden Lichtstrahl (L) in ein elektrisches Empfangssignal (E(t)) umwandelt; eine dem Lichtsensor (12) im Strahlengang des Lichtstrahls (L) vorgeordnete Strahlablenkeinrichtung (14), welche dafür ausgebildet ist, den vor ihr liegenden Abschnitt (15) des Strahlengangs durch periodisches Verändern ihres Ablenkwinkels über einen räumlichen Winkelbereich (7) zu scannen; einen an den Lichtsensor (12) angeschlossenen Schwellwertdetektor (13), welcher den Zeitpunkt (ti) , zu dem das Empfangssignal (E(t)) einen vorgegebenen Schwellwert (S) überschreitet, detektiert; und eine an die Positions- und Lagebestimmungseinrichtung (8), die Datenbank (11), die Strahlablenkeinrichtung (14) und den Schwellwertdetektor (13) angeschlossene Auswerteeinrichtung (21), welche dafür ausgebildet ist, aus der Position, der Lage und dem Ablenkwinkel zum genannten Zeitpunkt (ti) den Schnittpunkt des Strahlengangabschnitts (15) mit dem Terrainmodell {Q} zu messen und als Ort (Qi) der Blendungsquelle (5) auszugeben .
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensors (12) selektiv nur für Wellenlängen von Laserlicht empfindlich ist, bevorzugt rotes und/oder grünes Laserlicht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lichtsensor (12) im Strahlengang ein optisches Bandpassfilter (20) vorgeschaltet ist, bevorzugt für rotes und/oder grünes Laserlicht.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (12) eine Lawinenfotodiode ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Laserscanner (27) umfasst, der dafür ausgebildet ist, mittels Laufzeitmessungen an einem scannend über die Umgebung (2) geführten und von dieser reflektierten Lasermessstrahl (M) das Terrainmodell {Q} zu erstellen und in der Datenbank (11) zu speichern.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner (27) die Strahlablenkeinrichtung (14) mitverwendet, um den Lasermessstrahl (M) über die Umgebung (2) zu scannen.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner (27) den Lichtsensor (12) mitverwendet, um den reflektierten Lasermessstrahl (M) zu empfangen .
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Strahlablenkeinrichtung (14) und Lichtsensor (12) ein Strahlteiler (31; 20, 31) liegt, welcher den Lichtstrahl (L) zum Lichtsensor (12) und den reflektierten Lasermessstrahl (M) zu einem davon gesonderten Laserempfänger (29) des Laserscanners (27) führt.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (21) dafür ausgebildet ist, aus der Position und dem Terrainmodell die Höhe (h) der Vorrichtung (6) über Grund zu messen und zumindest die Strahlablenkeinrichtung (14) und den Lichtsensor (12) abzuschalten, wenn die gemessene Höhe (h) über einer vorgegebenen Mindesthöhe liegt.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (21) dafür ausgebildet ist, vom Flugzeug (1) einen Messwert der Höhe (h) über Grund zu empfangen und zumindest die Strahlablenkeinrichtung (14) und den Lichtsensor (12) abzuschalten, wenn der Messwert (h) über einer vorgegebenen Mindesthöhe liegt.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen an die Auswerteeinrichtung (21) angeschlossenen Speicher (24) zum Aufzeichnen des Zeitpunkts (ti) und Orts (Qi) der Blendungsquelle (5), bevorzugt zusammen mit der Position (P(ti)) der Vorrichtung (6) zu diesem Zeitpunkt.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (24) ein Ringpufferspeicher zum Aufzeichnen von Zeitpunkt (ti) und Ort (Qi) der jeweils zuletzt georteten Blendungsquelle(n) (5) ist, wobei eine Eingabeeinrichtung (25) vorgesehen ist, mittels welcher der Betrieb der Vorrichtung (6) anhaltbar oder der Speicher (24) in einen schreibgeschützten Modus versetzbar ist.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine an die Auswerteeinrichtung (21) angeschlossene Sendeeinrichtung (23) zum Senden des Zeitpunkts (ti) und Orts (Qi) der Blendungsquelle (5) an eine Einsatzzentrale, bevorzugt zusammen mit der Position (P(ti)) der Vorrichtung (6) zu diesem Zeitpunkt.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (23) mit einer Eingabeeinrichtung (25) ausgestattet ist, mittels welcher das genannte Senden auslösbar und/oder unterbindbar ist.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinrichtung (14) den Strahlengangabschnitt (15) über ein pyramidenförmiges Blickfeld scannt, bevorzugt von etwa 80° mal etwa 30°.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkeinrichtung (14) den Strahlengangabschnitt (15) über ein scheibenförmiges Blickfeld scannt, bevorzugt von etwa 360° mal etwa 30°.
17. 17. Verwendung eines flugzeuggestützten Laserscanners (27) zur Ortung einer umgebungserzeugten Blendungsquelle (5).