DE10013084A1 - Aufklärungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aufklärungssystem mit einer Vielzahl von Aufklärungsgeräten, die jeweils mindestens einen Sensor (2) zur Beobachtung der Umgebung des Aufklärungsgerätes, eine Ortungseinrichtung (3), einen Transceiver (4) und eine Stromversorgungseinrichtung (6) enthalten. Gemäß der Erfindung sind die Aufklärungsgeräte dafür eingerichtet, mit Hilfe der Transceiver ein selbstorganisierendes drahtloses Netz zu bilden, in dem Sensordaten und Positionsdaten von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät weitergeleitet werden. Die Aufklärungsgeräte werden im wesentlichen ungeordnet in einem zu beobachtenden geografischen Gebiet verteilt. So ein Aufklärungssystem ist mit wenig Aufwand realisierbar und unempfindlich gegenüber dem Ausfall von einzelnen Aufklärungsgeräten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufklärungssystem mit einer Vielzahl von Aufklärungsgeräten, die jeweils mindestens einen Sensor zur Beobachtung der Umgebung des Aufklärungs­ gerätes, eine Ortungseinrichtung zur Bestimmung der Position des Aufklärungsgerätes, einen Transceiver zur Kommunikation mit anderen Aufklärungsgeräten und eine Strom­ versorgungseinrichtung enthalten.

Aus der US 5,894,450 ist ein derartiges Aufklärungssystem bekannt, das aus U-Booten zur Überwachung eines Meeresgebietes besteht, die sich in einer regelmäßigen An­ ordnung bewegen, wobei sie ihre Beobachtungen und Positionen akustisch an eine Zentrale senden. Die Steuerung der U-Boote und die Datenübermittlung an die Zentrale erfordern jedoch einen erheblichen organisatorischen Aufwand und werden bei Ausfall eines U-Bootes noch schwieriger oder sogar unmöglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aufklärungssystem zu schaffen, das mit wenig Aufwand realisierbar ist und das unempfindlich gegenüber dem Ausfall von einzelnen Aufklärungsgeräten ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Aufklärungssystem dadurch gelöst, dass die Aufklärungsgeräte dafür eingerichtet sind, mit Hilfe der Transceiver ein selbst­ organisierendes drahtloses Netz zu bilden, in dem Sensordaten und Positionsdaten von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät weitergeleitet werden, und dass die Aufklärungs­ geräte im wesentlichen ungeordnet in einem zu beobachtenden geografischen Gebiet verteilt werden.

Ein geeignetes selbstorganisierendes drahtloses Netz beschreibt R. D. Poor in seiner Dissertation "Hyphos: A Self-Organizing, Wireless Network", Massachusetts Institute of Technology, 1997 (http://www.media.mit.edu/~r/academics/masters/). Selbstorganisa­ tion bedeutet, dass sich das Netz automatisch an Topografieänderungen anpasst. Kommt ein neuer Knoten in das Netz, so wird dieser spontan und selbstständig Netz­ teilnehmer. Verschwindet ein Knoten aus dem Netz, zum Beispiel durch Ausfall, so wird das Netz nicht zerstört, sondern es passt sich von selbst an die neue Situation an. Man benötigt keine feste Netzinfrastruktur. Die Funkverbindungen zwischen den Knoten haben relativ geringe Reichweiten. Insbesondere kommuniziert jeder Knoten nur mit seinen unmittelbaren Nachbarn. Dies ermöglicht hohe Übertragungsbandbreiten bzw. Übertragungsgeschwindigkeiten. Die Knoten können stationär oder mobil sein, und sie können als sehr kompakte und preiswerte Einheiten hergestellt werden.

Die Kommunikation über ein selbstorganisierendes Netz, auch Ad-hoc-Netz genannt, ermöglicht es bei dem erfindungsgemäßen Aufklärungssystem, die Aufklärungsgeräte im wesentlichen ungeordnet in dem Beobachtungsgebiet zu verteilen. In einer Aus­ führungsform werden die Aufklärungsgeräte in freiem Fall (z. B. aus dem Flugzeug) oder durch schiefen Wurf (z. B. aus einer Luftdruckkanone) in dem zu beobachtenden Gebiet platziert. Das heißt, die Aufklärungsgeräte nehmen mehr oder weniger ungeord­ nete und zufällige Positionen ein. Man muss sich lediglich bemühen, dass möglichst jedes Aufklärungsgerät mit wenigstens einem Nachbarn in Funkverbindung steht, wobei jedes Aufklärungsgerät im Durchschnitt mit mehreren Nachbarn in Funkverbindung steht. Das heißt, die Dichte der Aufklärungsgeräte muss so hoch sein, dass der mittlere Abstand zwischen den Geräten kleiner als die Reichweite der Funkverbindung ist. Die Reichweite muss aber nicht wesentlich größer als der mittlere Abstand sein.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Aufklärungsgeräte in dem Beob­ achtungsgebiet verteilt, indem sie von Hand ausgebracht werden, bei militärischer Aufklärung zum Beispiel von Aufklärern oder Pionieren, oder indem sie von Soldaten ständig mitgeführt werden. Weiterhin kann man unbemannte Transportgeräte in das zu beobachtende Gebiet eindringen lassen, zum Beispiel ferngesteuerte Fahrzeuge oder Fluggeräte, welche die Aufklärungsgeräte dort aussetzen.

Aufklärungsgeräte zur Realisierung der Erfindung können mit wenig Aufwand herge­ stellt werden, so dass die Anzahl der insgesamt eingesetzten Aufklärungsgeräte sehr hoch sein kann. Dadurch ist ein flächenmäßig großes und dennoch engmaschiges Netz von Aufklärungsgeräten möglich, bei dem die Gesamtzahl der Aufklärungsgeräte um ein Vielfaches höher ist als die Anzahl der Aufklärungsgeräte, mit denen ein einzelnes Aufklärungsgerät im Mittel in Verbindung steht.

Ein Ausfall von einzelnen Aufklärungsgeräten ist nicht nur technisch unproblematisch, da sich das Netz entsprechend neu organisiert, sondern wegen des geringen Aufwandes für die einzelnen Aufklärungsgeräte auch wirtschaftlich akzeptabel. Wenn man von vornherein erwartet, dass eine größere Anzahl von Aufklärungsgeräten ausfällt, sei es von selbst oder durch Fremdeinwirkung, so kann man vorausschauend eine größere Anzahl von Geräten platzieren als notwendig. Alternativ kann man Aufklärungsgeräte nachinstallieren, zum Beispiel durch Abwurf aus der Luft oder durch eine Art Schleuder oder Kanone mit genügender Reichweite.

Die Transceiver, das heißt die Sende-/Empfangsgeräte, mit deren Hilfe die Aufklä­ rungsgeräte drahtlos kommunizieren, sind vorzugsweise Funkgeräte. Man kann aber auch Transceiver verwenden, die andere elektromagnetische Wellen als Radiowellen verwenden, zum Beispiel Licht (Laserstrahlen), oder andere Wellen wie zum Beispiel Schall oder Ultraschall, da die zu überwindenden Entfernungen relativ klein sind.

Die Sensordaten und Positionsdaten, die jedes einzelne Aufklärungsgerät gewinnt, werden von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät bis zu einem Ziel-Aufklärungsgerät geleitet, wo sie zur Weiterverarbeitung und Analyse gespeichert bzw. entnommen wer­ den können. Insbesondere im Falle von militärischer Aufklärung kann es vorkommen, dass das Beobachtungsgebiet eine Art Insel innerhalb des feindlichen Gebietes bildet. In so einem Fall muss mindestens eines der Aufklärungsgeräte dafür eingerichtet sein, eine Relaisstation zu einer Kommunikationseinrichtung zu bilden, die sich außerhalb des feindlichen Gebietes befindet. So eine Relaisstation ist zwar aufwendiger als die übrigen Aufklärungsgeräte, kann aber bei Bedarf nachinstalliert werden. Alternativ kann man eine Art Teppich aus Aufklärungsgeräten mit geringer Reichweite bilden, der aus dem Beobachtungsgebiet in ein Gebiet führt, mit dem Funkverbindung möglich ist. Die Erfindung ermöglich eine Aufklärung ohne Gefährdung von Personen, die zudem wesentlich gezielter und detaillierter sein kann als zum Beispiel Satellitenaufklärung.

Die Erfindung ist nicht nur für militärische Aufklärung, zum Beispiel zur Vorbereitung von humanitären Einsätzen zur Wahrung von Menschenrechten oder zur Eindämmung von Kriegsfolgen, etwa durch Beobachtung des Ausbringens von Minen, sondern auch für polizeiliche oder zivile Zwecke geeignet. Polizeiliche Anwendungsmöglichkeiten sind zum Beispiel bei Großdemonstrationen, Unruhen, Aufständen und Geiselnahmen ge­ geben. Zivile Anwendungsmöglichkeiten gibt es für das Katastrophenmanagement bei Naturkatastrophen wie Erdbeben oder Tornados sowie im Umweltschutz, wenn eine Gefährdung von direkten Beobachtern bestehen würde.

In einer bevorzugten Ausführungsform gehört zu den Sensoren mindestens ein Bild­ sensor, ein Sensor, der ein zwei- oder mehrdimensionales Bild der Umgebung in einem oder mehreren Frequenzbereichen des elektromagnetischen Spektrums erzeugt. Ein geeigneter Bildsensor ist zum Beispiel eine elektronische Kamera. So eine Kamera kann im sichtbaren Bereich, aber z. B. auch im Infraroten und/oder mit Restlichtverstär­ ker arbeiten, um auch des Nachts ein Bild der Umgebung zu erhalten. Zusätzlich zu Bildsensoren oder alternativ kann man viele andere Sensoren verwenden, die nützliche Informationen liefern. Außerdem sind die Aufklärungsgeräte nicht auf passive Wahrnehmung der Umgebung beschränkt, sondern sie können die Umgebung auch aktiv abtasten, zum Beispiel mit Radargeräten oder Entfernungsmessern.

Die Ortungseinrichtung ist vorzugsweise ein Satellitenortungssystem oder ein anderes Ortungssystem, das nach dem Triangulationsprinzip arbeitet.

Die Aufklärungsgeräte können entweder mobil oder nicht mobil sein. Letztere kann man leicht so robust herstellen, so dass sie einen freien Fall auf den Erdboden normaler­ weise unbeschadet überstehen.

Mobile Aufklärungsgeräte kann man mit relativ wenig Aufwand pro Gerät zum Beispiel als Mikro-Flugkörper oder als sich am Boden bewegende, insektenähnliche Geräte realisieren, die sich entweder zufällig oder nach bestimmten Kriterien bewegen. Bei mobilen Aufklärungsgeräten ist der Aufwand pro Gerät zwar höher als bei stationären, jedoch wird dieser Nachteil dadurch wettgemacht, dass man insgesamt weniger Geräte benötigt, besonders wenn die Geräte fernsteuerbar sind.

Der höheren mechanischen Empfindlichkeit von am Boden beweglichen Aufklärungs­ geräten, die im freien Fall oder schiefen Wurf im Beobachtungsgebiet platziert werden, kann man zum Beispiel dadurch Rechnung tragen, dass man die Geräte mit Fallschir­ men, Prallsäcken oder dergleichen ausstattet.

Im Falle von beweglichen Aufklärungsgeräten kann man auch mehrere Geräte gemein­ sam vorsichtig im Beobachtungsgebiet oder in dessen Nähe aussetzten, zum Beispiel aus dem Hubschrauber, wobei sie sich selbst im Beobachtungsgebiet verteilen können. Flugkörper als Aufklärungsgeräte können auch direkt in der Luft ausgesetzt werden und kleinere oder größere Strecken bis in das Beobachtungsgebiet selbst überwinden. Die mobilen Aufklärungsgeräte können bereits vor Erreichen des Beobachtungsgebietes aktiviert werden, das selbstorganisierende drahtlose Netz aufzubauen, so dass dieses für eine Fern- oder Selbststeuerung bei der Überwindung der letzten Teilstrecken zur Verfügung steht.

Neben oder anstelle von Aufklärungsgeräten, die sich an Land oder in der Luft bewe­ gen, kann das System auch Schwimm- oder Tauchgeräte umfassen, die sich auf dem bzw. im Wasser bewegen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei­ bung mehrerer Ausführungsbeispiele und aus der Zeichnung, auf die Bezug genom­ men wird. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch ein Aufklärungsgerät in einem der Ausführungsbeispiele.

In einem ersten Ausführungsbeispiel hat ein Aufklärungsgerät die Form einer Kugel, die einen oder mehrere Sensoren in Form von elektronischen Kameras, einen GPS-Emp­ fänger, einen Transceiver (ein Sende-/Empfangsgerät) zur Funkverbindung mit benach­ barten Aufklärungsgeräten, einen Prozessor oder Controller zur Steuerung der vorge­ nannten Komponenten und zur Datenein- und -ausgabe in die bzw. aus den Kompo­ nenten, und eine Stromversorgungseinrichtung wie zum Beispiel eine Batterie enthält.

Die Aufklärungsgeräte werden so stabil konstruiert, dass sie einen Fall auf den Boden aus großer Höhe unbeschadet überstehen, zumindest wenn sie auf Erdreich fallen. Eine sehr robuste Ausführung ist zum Beispiel dadurch möglich, dass ein Verguss­ material alle elektronischen Bauteile in der Kugel einkapselt. Als elektronische Kamera eignen sich zum Beispiel CCD-Elemente, wobei ein Vergussmaterial auch den Raum zwischen den CCD-Elementen und einer zugehörigen Abbildungsoptik einnehmen kann, wenn es transparent ist. Die nötige Abbildungsoptik kann auch durch geeignete Formgebung des Vergussmaterials selbst hergestellt werden.

Eine Vielzahl dieser Kugeln werden aus der Luft relativ ungeordnet in einem zu beobachtenden geografischen Gebiet abgeworfen, so dass sie mehr oder weniger zufällig darin verteilt sind. Wenn der Schwerpunkt der Kugeln nicht in deren Mitte liegt, werden die Kugeln überwiegend in einer bestimmten Orientierung auf dem Boden zu liegen kommen. Dementsprechend werden z. B. Kameras in der Kugel so angeordnet, dass sie in Richtung des Horizontes blicken, wenn die Kugel in der gewünschten Orien­ tierung gelandet ist.

Die Vielzahl von Aufklärungsgeräten, die nach dem Abwurf noch funktionsfähig sind, bilden ein drahtloses Netz, das sich selbst organisiert, ohne eine vorgegebene Netz­ infrastruktur zu benötigen. Die Transceiver haben jeweils nur eine geringe Reichweite, so dass sie auch bei großer Übertragungsbandbreite bzw. Übertragungsgeschwindig­ keit wenig Energie benötigen (im Bereich Mikrowatt bis Milliwatt), ebenso wie die Prozessoren/Controller und Bildsensoren, die es ebenfalls in sehr energiesparenden Ausführungen gibt. Die Reichweite wird normalerweise so gewählt, das sie etwas größer ist als der mittlere Abstand der Aufklärungsgebiete in dem Beobachtungsgebiet, welcher durch die gewünschte Dichte von Beobachtungsposten gegeben ist.

Der Prozessor oder Controller jedes Aufklärungsgerätes steuert dessen Komponenten so, dass die Informationen, die die Sensoren gewinnen, zum Beispiel Bilder der Umge­ bung, und die Positionsdaten über den Transceiver zum Beispiel in Datenpaketen an benachbarte Aufklärungsgeräte übermittelt werden. Die Datenpakete tragen die Adresse mindestens eines Ziel-Aufklärungsgerätes, das sich in großer Entfernung vom ursprünglichen Aufklärungsgerät befinden kann und das selbst keine Sensoren auf­ weisen muss. Vorzugsweise werden mehrere Ziel-Aufklärungsgeräte verwendet, nicht nur aus Sicherheitsgründen, sondern auch, da die Informationen so auf vielen Wegen verbreitet und dem Netz entnommen werden können, wodurch das Übertragungs­ volumen erhöht wird.

Mit Hilfe des mindestens einen Ziel-Aufklärungsgerätes kann auch die Aktivierung der Aufklärungsgeräte und/oder die Datenübermittlung initiiert werden.

Die Daten werden jeweils an kommunikationsbereite Aufklärungsgeräte weitergeleitet, die nach Möglichkeit näher am Ziel-Aufklärungsgerät liegen, ohne dass die Route, die die Datenpakete am Ende nehmen werden, vorher vollständig definiert werden muss.

So eine Technik zur Streckenführung nennt man Contour-Routing. Contour-Routing setzt voraus, dass alle Knoten die Datenpakete nach dem gleichen Algorithmus weiterleiten. Im übrigen können die Aufklärungsgeräte eines Systems identisch sein, müssen es aber nicht. Außerdem muss es wenigstens einen Weg zwischen jedem Paar Knoten geben, die am Netz teilnehmen sollen.

Fällt ein Aufklärungsgerät versehentlich an eine Stelle auf dem Boden, an der es keinen Kontakt mit dem übrigen Netz aufnehmen kann, so steht dieses natürlich nicht für die Beobachtung zur Verfügung, ebenso wie wenn es defekt wird oder entdeckt und außer Betrieb gesetzt wird. Solange die Dichte des Netzes nicht wesentlich abnimmt, wird seine Funktion dadurch nicht oder nur wenig beeinträchtigt. Nötigenfalls kann man weitere Aufklärungsgeräte nachinstallieren, zum Beispiel durch nochmaligen Abwurf.

Das Durchreichen der Datenpakete von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät bis zu dem Zielknoten über ein selbstorganisierendes drahtloses Netz, Hyphos-Netz genannt, ermöglicht es, die einzelnen Knoten mit sehr geringen Kosten und sehr geringem Stromverbrauch herzustellen. Die Streckenführungs-Algorithmen, nach denen jeder Knoten arbeitet, sind relativ einfach und benötigen nur wenig Rechenleistung, so dass ein sehr kleiner, kostengünstiger und stromsparender Controller mit internem oder externem Speicher verwendet werden kann, entweder frei programmierbar oder als anwenderspezifische Schaltung. Dennoch ist ein hoher Datendurchsatz möglich, der die Übertragung von Bildern erleichtert. Per Funk ist leicht ein Datendurchsatz von 2 MBit oder mehr möglich, was sogar eine flüssige Übertragung von Videobildern ermöglicht.

Die Anpassungsfähigkeit eines Hyphos-Netzes ist so gut, dass die Aufklärungsgeräte auch mobil sein können. Ausführungsbeispiele für mobile Aufklärungsgeräte werden weiter unten beschrieben.

Aus den oben genannten Gründen ist das von R. D. Poor beschriebene Hyphos-Netz für die Verwendung bei dem hier beschriebenen Aufklärungssystem besonders geeig­ net. Andere drahtlose Ad-hoc-Netze können aber ebenfalls geeignet sein. Für die im Stand der Technik vorgesehenen Anwendungen eines Hyphos-Netzes wird übrigens eine Knotendichte als optimal erachtet, bei der jeder Knoten mit ca. 10 bis 16 Nachbarn Funkkontakt hat. Andere Netz-Topologien können andere Knotenzahlen haben.

In der hier vorgesehenen Anwendung für ein Aufklärungssystem genügt eine geringere Knotendichte als normalerweise gewünscht, da es für Aufklärungszwecke nicht unbe­ dingt erforderlich ist, dass sämtliche Daten, die die Aufklärungsgeräte gewonnen haben, auch übertragen werden können. Das heißt, Einbußen bei der Zuverlässigkeit und Datenübertragungsgeschwindigkeit können hingenommen werden, solange das Netz als solches funktioniert.

Das Ziel-Aufklärungsgerät oder - für höhere Übertragungsvolumen und zur Sicherheit - mehrere Ziel-Aufklärungsgeräte können entweder vor Abwurf der Aufklärungsgeräte definiert werden, oder man nimmt von außen mit einem der Aufklärungsgeräte Funk­ kontakt auf, mit dem dies am besten möglich ist, und lässt die Information, dass dieses Aufklärungsgerät das Ziel sein soll, automatisch über das Netz verbreiten, während es sich konfiguriert.

Der Funkkontakt mit dem Ziel-Aufklärungsgerät kann entweder auf die gleiche Weise wie zwischen den benachbarten Aufklärungsgeräten erfolgen, d. h. über dessen Trans­ ceiver, oder man baut einen besonderen Transceiver mit höherer Reichweite in das Ziel-Aufklärungsgerät ein, welcher eine Funkverbindung zum Beispiel mit einem Welt­ raumsatelliten, einem Aufklärungsflugzeug oder direkt mit mindestens einer Zentrale am Boden aufnehmen kann. Um die Kommunikationssicherheit zu verbessern bzw. das Datenübertragungsvolumen zu erhöhen, kann man mehrere Zentralen und/oder Relais­ stationen verwenden. Jede Zentrale empfängt die Bild- und Positionsdaten mindestens eines Aufklärungsgerätes, einer Gruppe von Aufklärungsgeräten oder aller Aufklärungs­ geräte. Da die Datenübermittlung innerhalb des Netzes in jeder beliebigen Richtung stattfinden kann, können die Aufklärungsgeräte und Sensoren auch von einer Zentrale aus ferngesteuert werden, was für die weiter unten beschriebenen Ausführungs­ beispiele von Bedeutung ist.

Für eine Steuerung der Aufklärungsgeräte von einer oder mehreren Zentralen aus ar­ beiten die Transceiver vorzugsweise über mehrere alternative Kommunikationskanäle. Übertragungs- und Abhörsicherheit wird durch Frequenzsprünge und/oder direkte Folge sowie Verschlüsselung ermöglicht. Ein Wechsel von Kommunikationskanälen kann nicht nur innerhalb derselben Kommunikationsart, sondern auch von einer Kommuni­ kationsart zur zum anderen erfolgen, zum Beispiel zwischen den Kommunikationsarten Funk, Ultraschall und Infrarotlicht. Dies erschwert die Ortung durch den Gegner im Beobachtungsgebiet, verbessert die Abhörsicherheit und gibt Ausweichmöglichkeiten.

Die Transceiverantenne kann dafür eingerichtet sein, sich auf die gewünschte Ausbrei­ tungsrichtung einzustellen, vorzugsweise in Richtung auf ein Ziel-Aufklärungsgerät. Die Richtungseinstellung kann nicht nur mechanisch erfolgen, sondern auch elektronisch, indem der Controller unter mehreren vorausschauend eingebauten Antennen die günstigste auswählt und diese mit dem Transceiver verbindet.

Anstelle eines GPS-Empfängers kann man auch irgendein anderes Satellitenortungs­ system (z. B. GLONASS oder GNSS) und auch andere Selbstortungseinrichtungen verwenden, vorzugsweise solche, die nach dem Triangulationsprinzip arbeiten. Falls man z. B. aus Gründen der Ortungsgenauigkeit Satellitennavigation bevorzugt, aber nicht jedes Aufklärungsgerät mit einem GPS-Empfänger oder dergleichen ausstatten möchte, genügt es, wenn nur einige der Aufklärungsgeräte über GPS verfügen, wobei die anderen Aufklärungsgeräte ihre Position durch Funktriangulation mittels der vor­ handenen Transceiver relativ zu den bekannten Positionen ermitteln. Als Referenz- Funkbaken mit genau bekannter Position können unter Umständen auch irgendwelche Funkeinrichtungen dienen, die in dem zu beobachtenden Gebiet bereits vorhanden sind, zum Beispiel Relaisstationen für Mobilfunk.

Als Stromversorgungseinrichtung kommen neben Batterien eine Vielzahl von Energie­ lieferanten in Betracht, zum Beispiel Solarzellen, Brennstoffzellen, Thermo-Elektrizität, Chemo-Elektrizität oder Empfang von Mikrowellenenergie von entfernten Bodensta­ tionen oder von Flugzeugen oder Satelliten.

Wie erwähnt, wird die Stromversorgung der Aufklärungsgeräte durch Verwendung von elektronischen Komponenten mit besonders niedrigem Stromverbrauch bei hohem Wir­ kungsgrad erleichtert. Zusätzlich kann man Schlummer- oder Ruhezustands-Betriebs­ weisen vorsehen, in denen die erzeugte oder empfangene Energie in einem geeigneten Energiespeicher gespeichert werden kann, bis sie benötigt wird. Die Aufklärungsgeräte können von außen einzeln oder in Gruppen in den Energiesparmodus versetzt werden, um Energie zu sparen oder deren Entdeckung z. B. durch Funkpeilung zu verhindern.

Übrigens wird eine ungewollte Entdeckung der Aufklärungsgeräte durch Funkpeilung oder dergleichen durch den Umstand erschwert, dass die Reichweite der Funkverbin­ dungen oder anderen Kommunikationsarten gering ist, so dass sich die Aufklärungs­ geräte nicht leicht verraten. Die geringe Reichweite erhöht auch die Abhörsicherheit. Selbst wenn es dem Gegner gelingt, das ein oder andere Gerät ausfindig zu machen und abzuhören, bekommt er nicht die gesamte Kommunikation mit, da sich diese über eine Vielzahl von Wegen innerhalb des Netzes verteilt. Durch Verschlüsselungsver­ fahren bzw. durch Streuspektrum-Modulation kann die Abhörsicherheit noch weiter verbessert werden.

Aufklärungsgeräte, die sich in einem Energiesparmodus befinden, können von außen wieder aktiviert werden, oder sie wachen selbst aus einem Energiesparmodus auf, z. B. wenn ein einfacher Bewegungsmelder als Weckvorrichtung, etwa eine Fotozelle mit Richtcharakteristik, schnelle Lichtstärkeänderungen registriert. Alternativ kann eine von mehreren Kameras, vorzugsweise eine Kamera mit Rundumblick, eingeschaltet bleiben, um Bewegungen zu registrieren.

Zur weiteren Energieeinsparung kann die Sendeleistung jedes Transceivers variabel sein und sich jeweils so einstellen, dass die ideale Anzahl von Nachbarn erreicht wird. Wenn die Aufklärungsgeräte über Transceiver verfügen, deren Sendeleistung nach Bedarf wesentlich stärker eingestellt werden kann als für die normale Funktion des Netzes erforderlich, und sie in einem Energiesparmodus z. B. ihre Batterien aufgeladen haben, können sie die Sendeleistung für einige Zeit erheblich steigern, um Informa­ tionen von besonderer Relevanz mit Überreichweiten und dadurch mit besonderer Übertragungssicherheit und -geschwindigkeit zu senden.

Das Datenübertragungsvolumen kann durch Kompressionsverfahren verringert werden, wodurch die Übertragungsrate von Informationen verbessert wird. Ferner kann man die zur Verfügung stehende Datenübertragungskapazität wesentlich besser ausnutzen, wenn man sich auf die Übertragung von relevanten Informationen beschränkt. Bei­ spielsweise können Aufklärungsgeräte, bei denen eine oder mehrere Kameras keine brauchbaren Bilder senden, etwa wegen verdeckter Sicht, angewiesen werden, die Bilder dieser Kamera(s) nicht zu senden bzw. die Kamera(s) abzuschalten, um Strom zu sparen. Als eine weitere Möglichkeit zur Beschränkung auf relevante Informationen kann jedes Aufklärungsgerät eine automatische Vorauswahl von Informationen durch­ führen, zum Beispiel nur Bilder senden, die bewegte Objekte enthalten. Eine Beschrän­ kung auf besonders wichtige Informationen ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Übertragungsbandbreite des Netzes. Detailliertere Informationen können entweder von außen angefordert oder auf eine autonome Entscheidung innerhalb des Netzes hin übertragen werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel hat ein Aufklärungsgerät die Form eines Sta­ bes, in dem die oben beschriebenen Komponenten eingebaut sind. Der Stab stellt sich in der Luft senkrecht und läuft an seinem unteren Ende spitz zu, um in den Boden ein­ zustechen. Das Einstechen in Erdreich bewirkt ein sanfteres Abbremsen des Aufklä­ rungsgerätes aus freiem Fall, so das dessen mechanische Konstruktion weniger robust sein muss. Verlust von einzelnen Aufklärungsgeräten beim Auftreffen auf harten Boden wird hingenommen und bei der Festlegung der Platzierungsdichte berücksichtigt.

Man kann bewegliche Abbildungsoptiken vorsehen, zum Beispiel Drehspiegel, oder die Kamera selbst rotieren lassen, um mit nur einer Kamera einen größeren Bereich der Umgebung zu erfassen. Bewegliche Abbildungsoptiken ermöglichen es, die Kameras statt mit Flächensensoren mit noch weniger aufwendigen Zeilensensoren herzustellen. Für einen Rundumblick ohne bewegliche Elemente benötigt man an sich mehrere Ka­ meras, die durch einen Multiplexer nacheinander abgefragt oder durch Fernsteuerung ausgewählt werden. Bei genügender Auflösung der Lichtsensoren oder zur Gewinnung von Grobinformationen kann man einen Rundumblick jedoch auch mit feststehenden Bauelementen erzielen, zum Beispiel mit Fischaugenobjektiven oder mit Lichtsensoren, die nach dem Prinzip von Insektenaugen arbeiten.

In die Aufklärungsgeräte kann man Kameras für sichtbares Licht, solche für unsicht­ bares Licht wie zum Beispiel Restlicht, Infrarot, Ultraviolett oder Wärmestrahlung, oder kombinierte Kameras einbauen. Die Kameras können Standbild- oder Laufbildkameras sein. Über photogrammetrische Triangulation ist Entfernungsmessung mit zwei kopla­ naren Kamerasensoren möglich. Die Lageregelung von beweglichen Sensoren, zum Beispiel Schwenken, Neigen und Zoom von Kameras, und nötigenfalls eine Lageregelung der Transceiverantennen kann aktiv, passiv oder ferngesteuert von der oder den Zentralen erfolgen.

Zusätzlich zu Kameras oder alternativ kann man weitere nützliche Sensoren einbauen, zum Beispiel Mikrofone, Thermometer, Druckmesser, Gas- oder Kampfmittelsensoren, elektronische Kompasse oder Azimut-Detektoren. Außerdem kann man Sensoren ver­ wenden, die auf aktiver Abtastung der Umgebung beruhen, zum Beispiel Kameras mit Lichtquelle und Restlichtverstärker, Entfernungsmesser bzw. Umgebungsprofilmesser, zum Beispiel mittels Laserstrahlen oder Ultraschall, oder Radar.

Ein Azimut-Detektor ermöglicht es, die Lage der Kameras oder anderen Sensoren im Raum genau zu erfassen und zusammen mit dem Aufnahmezeitpunkt zu übertragen. Durch einfache Fotozellen, ggf. mit geeigneter Richtcharakteristik des Ansprechver­ haltens, kann man die Lage der Sensoren anhand des Sonnenstandes und/oder aus der Intensität des Tageslichtes ableiten.

Der Zeitpunkt, in dem eine Aufnahme entstanden ist oder irgendwelche anderen Infor­ mationen von Sensoren gewonnen wurden, ist natürlich eine wichtige Information für die Aufklärung. Außerdem benötigt man die genaue Uhrzeit für die Positionsbestim­ mung durch Funktriangulation. Falls die Ortungseinrichtung ein GPS-Empfänger ist, kann man die atomuhrgenaue Zeit verwenden, die vom GPS-System gesendet wird. Andernfalls kann man Uhren verwenden, die in die Aufklärungsgeräte eingebaut sind. Damit deren Zeiten nicht auseinander laufen, kann man zum Beispiel zu bestimmten Zeiten ein starkes Synchronisationssignal senden, z. B. aus dem Flugzeug, das von allen Aufklärungsgeräten empfangen werden kann.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist ein Aufklärungsgerät, das die Form einer Kugel oder eines Stabes, wie oben beschrieben, oder irgendeine andere Form haben kann, außen eine Anzahl von Fangfäden auf, die sich in Bäumen verfangen können, auf die das Aufklärungsgerät zufällig trifft. Ein hängen gebliebenes Aufklärungsgerät liefert eine bessere Sicht als auf dem Boden und, wenn es sich im Wind dreht, auch eine Rundumsicht, selbst wenn nur eine Kamera zum Horizont blickt.

Fangfäden oder dergleichen haben den Zusatznutzen, dass sie den freien Fall des Aufklärungsgerätes etwas bremsen. Wenn die Gefahr der Entdeckung und Zerstörung gering ist oder wenn sie bei Anwendungen im Umweltschutz oder Katastrophenmana­ gement nicht besteht, kann man noch wirkungsvollere Abbremsvorrichtungen verwen­ den, zum Beispiel kleine Fallschirme oder Prallsäcke, so dass das Aufklärungsgerät weniger robust gebaut sein muss.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel hat ein Aufklärungsgerät, das in der Figur sche­ matisch dargestellt ist und eine Grundplatte 1, eine elektronische Kamera 2, einen Po­ sitionsdetektor wie z. B. einen GPS-Empfänger 3, einen Transceiver 4, einen Controller wie z. B. einen Controller 5 und eine Batterie 6 enthält, mehrere bewegliche Beine 7, auf denen es sich wie ein Insekt bewegen kann. Preiswerte autonome "Krabbler" mit einer Grundplatte, einer einfachen analogen Elektronik, einer Batterie oder Fotozelle als Stromversorgung und einigen steifen Drähten als Beine, die sich koordiniert bewegen können, werden heute bereits hergestellt und können ohne weiteres auch die zusätz­ lichen Komponenten tragen, die man für ein Aufklärungssystem benötigt. Der Mehr­ aufwand für die Beweglichkeit der Aufklärungsgeräte wird dadurch wettgemacht, dass man insgesamt weniger Geräte benötigt, um ein vorgegebenes Beobachtungsgebiet abzudecken.

So ein bewegliches Aufklärungsgerät kann programmiert sein, vorgegebene Aufgaben durchzuführen, etwa sich zum Licht oder zu Wärmequellen hin zu bewegen, ohne Kon­ takt mit mindestens einem weiteren Aufklärungsgerät zu verlieren. Ein Aufklärungsgerät kann sich auch aus der Reichweite der übrigen Aufklärungsgeräte heraus bewegen, autonom einige Bilder oder andere Informationen gewinnen und speichern und, wenn es keinen Funkkontakt zu irgendeinem anderen Aufklärungsgerät bekommt, zu dem Aufklärungsgerät laufen, mit dem es zuletzt Kontakt hatte, um die Bilddaten an das Netz zu übergeben. Die vorübergehende Selbstständigkeit ermöglicht es, Ziele zu verfolgen, die im ständigem Kontakt mit dem Netz nicht möglich wären. Es gibt kleine und kostengünstige Prozessoren, die leistungsfähig genug sind, um die Aufklärungs­ geräte mit gewissen Selbstlernfähigkeiten auszustatten, so dass sie nicht aufwendig vorprogrammiert werden müssen, um aus einem Bereich ohne Funkkontakt den Rückweg zu einem Aufklärungsgerät zu suchen, mit dem der Kontakt zum Netz wiederhergestellt werden kann.

Autonome Aktionen, d. h. ohne Kontakt zum Netz, zur Durchführung von bestimmten Aufgaben, können auch von Gruppen von Aufklärungsgeräten organisiert durchgeführt werden, um ein größeres Gebiet zu erkunden, das außer Reichweite liegt. Die zu erfül­ lenden Aufgaben können von einer oder mehreren Zentralen als Handlungsprogramme übermittelt und in den Aufklärungsgeräten gespeichert werden.

Bewegliche Aufklärungsgeräte können nicht nur zur Aufklärung dienen, sondern außer­ dem dafür eingerichtet sein, irgendwelche nützlichen Aktionen durchzuführen. Zum Beispiel können die Aufklärungsgeräte mit Einrichtungen ausgestattet sein, um ent­ deckte Minen auszulösen, zum Beispiel durch Berühren, Schall, Vibrationen, Wärme, Bohren, Sprengsätze, Schusseinrichtungen oder anderes, was Minen zur Explosion bringt. Aufgrund der geringen Kosten der einzelnen Aufklärungsgeräte und der Unemp­ findlichkeit des Netzes gegenüber Ausfall von einzelnen Aufklärungsgeräten kann eine Zerstörung von Geräten beim Auslösen von Minen in Kauf genommen werden. Neben reinen Aufklärungsgeräten kann es auch Spezialgeräte für Minenräumung geben, die über das selbstorganisierende Netz von anderen Geräten herbeigerufen werden, wenn sie eine Mine entdecken, oder von außen an den Ort der Mine gesteuert werden. Indi­ viduelle oder kollektive Handlungsmuster für den Fall einer Minenentdeckung können entweder vorprogrammiert sein oder ein fallweise von außen nachgeladenes Hand­ lungsprogramm sein. Spezialgeräte und/oder vorprogrammierte bzw. nachgeladene Handlungsmuster sind auch für andere Aktionen möglich, die je nach Anwendungsfall gewünscht sein können, zum Beispiel Dekontaminierungsaktionen oder andere gefähr­ liche Arbeiten.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Aufklärungsgeräte Flugkörper, zum Beispiel Drohnen, die Transceiver aufweisen, über die sie ein selbstorganisierendes drahtloses Netz miteinander knüpfen. Ähnlich wie bei den in der Beschreibungs­ einleitung erwähnten U-Booten, ist die Steuerung von konventionellen Drohnen sehr kompliziert, und um die gewünschten Daten zu erhalten, benötigt man entweder aufwendige Funkeinrichtungen mit hoher Reichweite, oder man muss die Drohnen sicher zurückholen. Wie sich aus dem Obigen ergibt, gibt es diese Probleme nicht, wenn man ein selbstorganisierendes drahtloses Netz verwendet, und da die benötigte Elektronik sehr klein und leicht ist, können die Drohnen sehr viel kleiner und leichter konstruiert werden als bisher. Dies kann so weit gehen, dass als Drohnen Mikro-Flugkörper verwendet werden, wenige Zentimeter große Flugkörper mit eigenem Antrieb, die man bereits erfolgreich hergestellt hat. An die Zuverlässigkeit müssen keine hohen Anforderungen gestellt werden, da die Kosten pro Einheit einen Bruchteil derjenigen von konventionellen Drohnen betragen und ein Ausfall einzelner Aufklärungsgeräte unkritisch ist, wie weiter oben erläutert wurde.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Aufklärungsgeräte Flugkörper ohne eigenen Antrieb, zum Beispiel Segler, die nach Ausbringung aus dem Flugzeug selbst- oder ferngesteuert in das Zielgebiet schweben. Vom Zielort aus können sie sich weiter bewegen, wenn sie mit einem entsprechenden Antrieb ausgerüstet sind, zum Beispiel den beweglichen Beinen aus dem früheren Ausführungsbeispiel. Für den Flug nötige Teile wie Flügel oder Lenkfallschirme können nach der Landung automatisch abge­ trennt werden, um nicht weiter hinderlich zu sein.

Mobile Aufklärungsgeräte brauchen nicht von vornherein breit gestreut verteilt werden, sondern sie können in größeren Gruppen abgesetzt werden, wonach sie sich von selbst verteilen. Dadurch trägt man dem Umstand Rechnung, dass man mobile Aufklärungs­ geräte im allgemeinen nicht so robust auslegen kann wie die zuerst beschriebenen stationären Aufklärungsgeräte. Bei einem Abwurf in Gruppen aus einem Flugzeug verringert man außerdem eine Gefährdung des Flugzeugs selbst. Flugkörper als Aufklärungsgeräte können natürlich unmittelbar aus dem Flugzeug abgeworfen werden. Werden mehrere bodengestützte mobile Aufklärungsgeräte gemeinsam ausgesetzt, wird der Aufwand für ein behutsames Absetzen im Beobachtungsgebiet geringer. Auch ist es unschädlich, wenn z. B. ein Fallschirm, an dem die Aufklärungsgeräte zu Boden geschwebt sind, entdeckt wird, da sich die Aufklärungsgeräte inzwischen verteilt haben.

Bei Anwendungen im zivilen Bereich kann die Ausbringung der Aufklärungsgeräte häufig auf sehr einfache Weise erfolgen. Zum Beispiel bei einer Geiselnahme können unbemerkt eine Reihe von Aufklärungsgeräten abgesetzt und sodann aus der Ferne benutzt werden.

Das Aufklärungssystem kann verschiedene Typen von Aufklärungsgeräten umfassen, zum Beispiel stationäre und mobile, wenn sie sich in eine homogene Netzstruktur ein­ fügen. Das heißt, nur die Bauteile bzw. die Software zum Aufbau des selbstorganisierenden drahtlosen Netzes müssen bei allen im System aktiven Aufklärungsgeräten übereinstimmen. Die im Einzelfall verwendeten Typen von Aufklärungsgeräten können auf die jeweilige Überwachungsaufgabe abgestimmt werden, so dass das Aufklärungs­ system sehr flexibel ist.

Das Aufklärungssystem arbeitet wie ein sehr großer "virtueller Informations-Multiplexer", zum Beispiel als "virtueller Video-Multiplexer" mit simultaner oder sequenzieller Bild­ folge über alle, einige oder per Kommando auf einzelne Sensoren zur Überwachung des zu beobachtenden Gebietes. Aufgrund des geringen Aufwandes pro Aufklärungs­ gerät kann die Platzierungsdichte sehr hoch sein, beispielsweise in Abständen von 50 Meter. In dem Beispiel militärische Aufklärung bedeutet dies, das Täuschungen wie z. B. falsche Brücken oder Panzer zuverlässig erkannt und Opfer vermieden werden können.

Bei ausreichender lokaler Intelligenz, zum Beispiel zur Ton- oder Bildauswertung, können die Aufklärungsgeräte bestimmten Beobachtungsdaten einen Prioritätsstatus geben, anhand dessen die anderen Geräte erkennen können, dass diese Daten vorrangig zu befördern sind.

Claims (15)

1. Aufklärungssystem mit einer Vielzahl von Aufklärungsgeräten, die jeweils mindestens einen Sensor zur Beobachtung der Umgebung des Aufklärungsgerätes, eine Ortungs­ einrichtung zur Bestimmung der Position des Aufklärungsgerätes, einen Transceiver zur Kommunikation mit anderen Aufklärungsgeräten und eine Stromversorgungs­ einrichtung enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte dafür eingerichtet sind, mit Hilfe der Transceiver (4) ein selbstorganisierendes drahtloses Netz zu bilden, in dem Sensordaten und Positionsdaten von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät weitergeleitet werden, und dass die Aufklärungsgeräte im wesent­ lichen ungeordnet in einem zu beobachtenden geografischen Gebiet verteilt werden.

2. Aufklärungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklä­ rungsgeräte in freiem Fall oder durch schiefen Wurf in dem zu beobachtenden Gebiet platziert werden.

3. Aufklärungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklä­ rungsgeräte von Hand in dem zu beobachtenden Gebiet platziert werden.

4. Aufklärungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklä­ rungsgeräte durch Fahrzeuge oder Fluggeräte in dem zu beobachtenden Gebiet platziert werden.

5. Aufklärungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Aufklärungsgeräte derart in dem zu beobachtenden Gebiet platziert werden, dass im wesentlichen jedes Aufklärungsgerät mit wenigstens einem benach­ barten Aufklärungsgerät in drahtloser Verbindung steht und dass jedes Aufklärungs­ gerät im Durchschnitt mit mehreren benachbarten Aufklärungsgeräten in drahtloser Verbindung steht.

6. Aufklärungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzahl der eingesetzten Aufklärungsgeräte um ein Vielfaches größer ist als die Anzahl der Auf­ klärungsgeräte, mit denen ein einzelnes Aufklärungsgerät im Durchschnitt in drahtloser Verbindung steht.

7. Aufklärungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Sensordaten und Positionsdaten, die jedes einzelne Aufklärungs­ gerät gewinnt, von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät bis zu einem oder mehreren Ziel-Aufklärungsgeräten geleitet werden.

8. Aufklärungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der oder die Sensoren mindestens einen Bildsensor (2) umfassen.

9. Aufklärungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Ortungseinrichtung ein Satellitenortungssystem (3) ist.

10. Aufklärungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Aufklärungsgeräte nicht mobil sind.

11. Aufklärungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte mobil sind.

12. Aufklärungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklä­ rungsgeräte sich am Boden bewegende Geräte sind.

13. Aufklärungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklä­ rungsgeräte Flugkörper sind.

14. Aufklärungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklä­ rungsgeräte Schwimm- oder Tauchgeräte sind.

15. Aufklärungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte zumindest einen Teil der Strecke in das zu beobachtende Gebiet selbsttätig zurücklegen.