DE102007019806A1

DE102007019806A1 - Vorrichtung und Verfahren zur präzisen Bestimmung eines Horizontalbewegungszustands eines Hubschraubers bei eingeschränkten Sichtverhältnissen

Info

Publication number: DE102007019806A1
Application number: DE102007019806A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Pfenninger
Original assignee: ESG Elektroniksystem und Logistik GmbH
Current assignee: ESG Elektroniksystem und Logistik GmbH
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2009-05-14

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zur präzisen Bestimmung eines Horizontalbewegungszustands eines Hubschraubers bei eingeschränkten Sichtverhältnissen umfasst eine Bodenmarkierungsvorrichtung (12), welche dazu ausgebildet ist, einen vorbestimmten Bodenbereich (18) mit einer von ihrer Umgebung (U) unterscheidbaren, relativ zum vorbestimmten Bodenbereich (18) unbeweglichen Markierung (M) zu versehen, wobei sie weiter eine am Hubschrauber vorgesehene Bodenerfassungsvorrichtung (20) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den vorbestimmten Bodenbereich (18) zu erfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur präzisen Bestimmung eines Horizontalbewegungszustands eines Hubschraubers bei eingeschränkten Sichtverhältnissen.
Hubschrauber sind aufgrund ihrer spezifischen Flugeigenschaften in der Lage, an fast jedem beliebigen Ort zu landen und zu starten. Voraussetzung ist lediglich ein weitgehend ebenes Gebiet mit genügend Abstand zu Hindernissen wie Häusern oder Bäumen. Voraussetzung für eine Landung oder einen Start ist eine ausreichende Sicht in der Nähe des Hubschraubers.
Durch die Luftströmung des Rotors werden allerdings leicht Gegenstände und insbesondere Staub oder Schnee aufgewirbelt, was zu einer extremen Sichtbehinderung für dem Hubschrauberpiloten führt. Dieser Effekt wird im Falle der Staubaufwirbelung „Brown Out" und im Falle der Schneeaufwirbelung „White Out" genannt. Bei Rettungseinsätzen oder bei militärischen Missionen kann dies zu gefährlichen Situationen führen. Bei amerikanischen Militärhubschraubern ist es in den letzten Jahren im Rahmen von Auslandseinsätzen zu mehreren schweren Unfällen gekommen.
In der Situation des Brown Out hat die Besatzung häufig noch in einem engen Bereich um den Hubschrauber eingeschränkte Bodensicht. Allerdings ist ein wesentliches Problem, dass aufgrund der fehlenden Referenz zu umliegenden Objekten und oft einer gleichförmigen Bodentextur eine laterale Drift des Hubschraubers für die Besatzung nicht erkennbar ist. Dies bedeutet, dass sich die Position des Hubschraubers unbemerkt um mehrere Meter in einer zur Steig-/Sinkrichtung orthogonalen Richtung ändern und sich der Hubschrauber so Hindernissen gefährlich nähern kann. Es liegt aufgrund dieser Drift ein hohes Risiko eines Hinderniskontakts in der Phase des Schwebefluges oder auch beim Starten und Landen vor.
Hubschrauber sind zur Zeit häufig mit einem Geschwindigkeitsmesser auf der Grundlage des Dopplereffektes ausgestattet, mit dem die Geschwindigkeit über Grund gemessen werden kann. Systembedingt können mit einem solchen Dopplerradar kleine Geschwindigkeiten nicht gemessen und die Drift nicht erkannt werden. Ebenso kann die Position und damit eine seitliche Abweichung grundsätzlich mit einem GPS-System gemessen werden. Für eine hohe Präzision ist allerdings ein Differential-GPS notwendig, das eine entsprechende Bodeninfrastruktur benötigt (Referenzsender am Boden). In den Szenarien eines Rettungseinsatzes oder einer militärischen Operation ist eine solche Infrastruktur nicht immer vorhanden. Darüber hinaus ist nicht gewährleistet, dass GPS-Signale an jedem Ort und zu jeder Zeit in der geforderten Präzision zur Verfügung stehen. Abschattungen durch Gebäude oder Gebirge können zu einer eingeschränkten Verfügbarkeit führen. Darüber hinaus kann das GPS-Signal zumindest theoretisch durch Behörden abgeschaltet oder auch verfälscht werden.
Als weitere Möglichkeit, eine Drift zu erkennen, kann das Inertialsystem des Hubschraubers dienen. Ein solches System misst Beschleunigungen und errechnet hieraus Geschwindigkeiten und Positionen. Inhärente und unvermeidbare Messfehler werden sich mit der Zeit aufaddieren und zu einer ungenauen Positionsbestimmung führen. Die derzeitigen technischen Leistungswerte von Inertialsystemen genügen nicht, um eine Drift in der Situation des Brown Outs oder White Outs sicher zu vermeiden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lehre bereitzustellen, wie ein Horizontalbewegungszustand eines Hubschraubers bei eingeschränkten Sichtverhältnissen genauer als bisher mit vertretbarem Aufwand bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die eine Bodenmarkierungsvorrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, einen vorbestimmten Bodenbereich mit einer von ihrer Umgebung unterscheidbaren, relativ zum vorbestimmten Bodenbereich unbeweglichen Markierung zu versehen, wobei sie weiter eine am Hubschrauber vorgesehene Bodenerfassungsvorrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den vorbestimmten Bodenbereich zu erfassen.
Ebenso wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst: Markieren eines vorbestimmten Bodenbereichs mit einer von ihrer Umgebung unterscheidbaren Markierung und Erfassen des vorbestimmten Bodenbereichs.
Erfindungsgemäß ist also am Hubschrauber eine Bodenerfassungsvorrichtung vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, den mit der Markierung versehenen vorbestimmten Bodenbereich zu erfassen. Die so erfasste vom übrigen vorbestimmten Bodenbereich unterscheidbare und relativ zu diesem unbewegliche Markierung kann dann als Referenz dienen, welche von der mit dem Hubschrauber mitbewegten Bodenerfassungsvorrichtung erfasst wird. Somit führt die von der Bodenerfassungsvorrichtung erfasste Markierung im Erfassungsbereich der Bodenerfassungsvorrichtung eine einer Horizontalbewegung des Hubschraubers entsprechende Bewegung aus, so dass aus einer Bewegung der Markierung im Erfassungsbereich der Bodenerfassungsvorrichtung auf den Horizontalbewegungszustand geschlossen werden kann.
Besonders vorteilhaft ist eine berührungslose Erfassung der Markierung im Bodenbereich durch die Bodenerfassungsvorrichtung. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Bodenerfassungsvorrichtung eine von dem vorbestimmten und mit der Markierung versehenen Bodenbereich ausgehende Strahlung erfasst. Vorzugsweise ist die Strahlung derart, dass sie durch eingeschränkte Sichtverhältnisse, wie sie Brown Out- und White Out-Situationen vorliegen, wenig oder gar nicht beeinträchtigt ist. Die Strah lung kann beispielsweise eine radioaktive Strahlung sein. Dies ist aufgrund der mit ihr möglicherweise verbundenen Gefährdung der Umgebung jedoch nicht bevorzugt. Vorteilhafter ist dagegen die Verwendung einer Markierung, von welcher eine elektromagnetische Strahlung ausgeht, die von der Bodenerfassungsvorrichtung erfasst wird. Dies kann besonders bevorzugt eine Infrarot-Strahlung sein, so dass die Bodenerfassungsvorrichtung vorteilhafterweise eine vom vorbestimmten Bodenbereich ausgehende elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 700 nm erfasst.
Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass die Bodenerfassungsvorrichtung auch elektromagnetische Strahlung im Bereich des optisch wahrnehmbaren Lichts erfasst, da sich überraschend herausgestellt hat, dass der Bereich unmittelbar unter einem schwebenden Hubschrauber selbst bei Brown Out- und White Out-Situationen weitgehend von Schmutz-, Staub- oder Schneepartikeln frei ist, so dass die Sicht vom Hubschrauber direkt nach unten zum Boden im Wesentlichen frei ist, selbst wenn der Pilot beim Blick aus der Kanzel stark beeinträchtigte Sichtverhältnisse wahrnimmt.
Bei Brown Out- und White Out-Situationen werden von dem durch den Rotor erzeugten abwärts gerichteten Luftstrom Partikel am Boden aufgewirbelt, welche die Sicht eines ausreichend tief schwebenden Hubschraubers beeinträchtigen können. Da der vom Rotor erzeugte abwärts gerichtete Luftstrom beim Auftreffen auf die Bodenoberfläche divergiert, ist, wie oben bereits angedeutet wurde, der Bereich unmittelbar unter dem Hubschrauber überraschenderweise im Wesentlichen partikelfrei. Daher ist es zur Erhöhung der Erfassungsqualität vorteilhaft, wenn die Bodenerfassungsvorrichtung eine Erfassungsachse aufweist, längs welcher eine Erfassung des vorbestimmten Bodenbereichs erfolgt, wobei die Bodenerfassungsvorrichtung derart am Hubschrauber vorgesehen ist, dass die Erfassungsachse in einem Kegel liegt, der von der Bodenerfassungsvorrichtung mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung verlaufenden Kegelachse sich zum Boden hin öffnend ausgeht, wobei der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 45°, vorzugsweise von etwa 30°, besonders bevorzugt von etwa 15° aufweist. Mit Öffnungswin kel ist dabei derjenige Winkel bezeichnet, welcher von den Kegelrändern in einem ebenen, die Kegelachse enthaltenden Kegelschnitt eingeschlossen ist. Die Kegelachse ist dabei die Winkelhalbierende des Öffnungswinkels.
Gemäß einer ersten besonders robusten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Bodenmarkierungsvorrichtung einen im vorbestimmten Bodenbereich anordenbaren Markierungskörper umfassen. Dieser Markierungskörper kann in Abstimmung auf die verwendete Bodenerfassungsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass er sich hinsichtlich seiner Farbe vom vorbestimmten Bodenbereich unterscheidet. Ein solcher Markierungskörper könnte für eine im optischen Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung erfassende Bodenerfassungsvorrichtung verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Markierungskörper auch hinsichtlich seiner Form derart ausgebildet sein, dass er sich vom vorbestimmten Bodenbereich unterscheidet. Dies ist beispielsweise bei Wüstenboden denkbar. Auch ein derartiger Markierungskörper könnte durch eine im optischen Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung erfassenden Bodenerfassungsvorrichtung erfasst werden. Weiter könnte der Markierungskörper alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet sein, dass er sich hinsichtlich einer von ihm ausgehenden Strahlung vom vorbestimmten Bodenbereich unterscheidet. Beispielsweise könnte der Markierungskörper radioaktiv sein oder Funkwellen aussenden. Besonders bevorzugt ist jedoch daran gedacht, dass der Markierungskörper sich hinsichtlich der von ihm ausgehenden thermischen Strahlung vom vorbestimmten Bodenbereich unterscheidet. Derartige thermische Strahlung ist von Infrarot-Erfassungsgeräten gut erfassbar, da sich diese nicht nur gegenüber der Temperatur des umgebenden Bodenbereichs, sondern auch gegenüber der Strahlung, die von aufgewirbeltem Staub, Schnee oder Wassertröpfchen ausgeht, deutlich abhebt. Außerdem kann ein Infrarot-Bild auch ohne umfangreiche elektronische Aufbereitung des Erfassungssignals von einem menschlichen Betrachter schnell erfasst und verstanden werden.
Dabei kann daran gedacht sein, dass der Markierungskörper entweder heißer oder kälter als die Oberfläche des vorbestimmten Bodenbereichs ist.
Obwohl die Verwendung von Markierungskörpern eine besonders robuste Erfassung der Markierung gestattet, kann es unter Umständen gewollt sein, in dem vorbestimmten Bodenbereich keine dauerhaften Spuren zu hinterlassen.
Dies kann zum einen durch Markierungskörper erfolgen, welche durch endotherme oder exotherme chemische Reaktion umgewandelt werden oder zerfallen oder durch Markierungskörper, welche aufgrund einer Phasenumwandlung allmählich verschwinden. Letzteres kann besonders einfach und kostengünstig durch Verwendung von Markierungskörpern aus Eis oder Trockeneis, also gefrorenem CO₂, realisiert sein. Nach dem Schmelzen bzw. Sublimieren des Markierungskörpers bleibt nahezu keine Spur von diesem an der Markierungsstelle zurück. Markierungskörper aus Trockeneis haben den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer großen Kälte selbst in verschneiten Regionen einsetzbar sind, da sie in der Regel stets kälter als die Schnee- oder Eisoberfläche eines mit einem Hubschrauber erreichbaren Bodenbereichs sind.
Weiterhin kann daran gedacht sein, einen Farbbeutel als Markierungskörper zu verwenden, welcher beim Auftreffen auf den Boden platzt und einen Oberflächenabschnitt des vorbestimmten Bodenbereichs als Markierungs-Oberflächenabschnitt färbt. Dabei kann eine wasserlösliche Farbe zum Einsatz kommen, welche durch Regen aus dem vorbestimmten Bodenbereich ausgewaschen werden kann oder deren feste Bestandteile nach Verdunstung der flüchtigen Bestandteile kompostieren oder verwittern. Ebenfalls ist denkbar, dass der Markierungskörper einen Oberflächenabschnitt des vorbestimmten Bodenbereichs umformt und dadurch einen Markierungs-Oberflächenabschnitt schafft. Dies kann beispielsweise durch Verwendung eines Projektils als Markierungskörper geschehen, welches in den vorbestimmten Bodenbereich eingeschossen wird und dadurch einen erfassbaren Krater oder dergleichen bildet.
Schließlich kann auch die Strahlungseigenschaft eines Oberflächenabschnitts des vorbestimmten Bodenbereichs verglichen mit einem umgebenden Oberflächenabschnitt des Bodenbereichs durch den Markierungskörper verändert werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein zuvor erwähnter abwerfbarer und zum Bersten ausgebildeter Beutel mit einer radioaktiven Substanz gefüllt ist. Außerdem kann gerade bei heißen Bodenbereichen, etwa in Wüstengegenden, daran gedacht sein, einen derartigen Beutel gefüllt mit einer verdunstenden Flüssigkeit als Markierungskörper zu verwenden. Die nach dem Bersten des Beutels beim Auftreffen auf dem Boden frei werdende Flüssigkeit verdunstet und kühlt den Bodenbereich dadurch lokal. Auch hierdurch wird ein Markierungs-Oberflächenabschnitt erzeugt, welcher auch eine vom umgebenden Oberflächenabschnitt unterscheidbare Strahlungseigenschaft besitzt.
Um den Markierungskörper aus einer Distanz in den vorbestimmten Bodenbereich verbringen zu können, ohne dass eine Bedienperson den Bereich verschmutzter Luft durchschreiten müsste, ist es vorteilhaft, wenn die Bodenmarkierungsvorrichtung eine Auswurfvorrichtung umfasst, von welcher aus der Markierungskörper auswerfbar ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Bodenmarkierungsvorrichtung am Hubschrauber vorgesehen ist. Dann kann nämlich der vorbestimmte Bodenbereich stets mit der benötigten Markierung versehen werden, unabhängig davon, wo sich der Hubschrauber gerade befindet.
Dabei kann die Auswurfvorrichtung den Markierungskörper lediglich auslösen, welcher daraufhin schwerkraftgetrieben zu Boden fällt. Zur besseren Verankerung des Markierungskörpers im Boden oder/und zur möglichst schnellen Markierung des vorbestimmten Bodenbereichs kann vorgesehen sein, dass die Auswurfvorrichtung eine Beschleunigungseinrichtung, insbesondere eine mechanische oder/und pneumatische oder/und elektrische oder/und elektromagnetische oder/und pyrotechnische Beschleunigungseinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den Markierungskörper in Auswurfrichtung zu beschleunigen. Eine pyrotechnische Beschleunigungseinrichtung ist beispielsweise ein zündbarer Treibsatz, welcher den Markierungskörper beschleunigt.
Als Beschleunigungseinrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist auch der Fall zu verstehen, dass ein Treibsatz im Markierungskörper untergebracht ist, welcher vom Hubschrauber aus gezündet wird.
Um sicherstellen zu können, dass der Markierungskörper sich tatsächlich, wie im bevorzugten Fall gewünscht, hinsichtlich seiner thermischen Strahlung vom vorbestimmten Bodenbereich unterscheidet, umfasst die Vorrichtung eine Temperaturbeeinflussungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Markierungskörper-Temperatur des Markierungskörpers derart zu beeinflussen, dass sie sich von der Bodenbereichs-Temperatur des vorbestimmten Bodenbereichs unterscheidet.
Die Erhöhung der Markierungskörper-Temperatur kann in an sich bekannter Weise elektrisch durch Induktion oder/und Widerstandsheizen erfolgen oder kann bei geeigneter Ausbildung des Markierungskörpers durch Mikrowellenstrahlung erfolgen. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn der Markierungskörper zumindest abschnittsweise aus einem Material besteht, welches durch Mikrowellenstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge erwärmbar ist.
Auch eine Kühlung des Markierungskörpers kann vorgesehen sein. Dies kann in einem besonders einfachen Fall durch Beströmen des Markierungskörpers mit einem sich entspannenden Gas oder/und durch eine Wärmepumpe oder/und durch wenigstens ein Peltierelement erfolgen.
Weiterhin kann zur Vereinfachung des Aufbaus der Auswurfvorrichtung, insbesondere zur Verringerung der benötigten Bauteile, daran gedacht sein, dass die Temperaturbeeinflussungseinrichtung mit einer Auslösevorrichtung zum Auslösen eines Auswurfs eines Markierungskörpers zusammenwirkt. Hierzu kann vorgesehen sein, den Markierungskörper in einer geometrisch auf einen Konturabschnitt des Markierungskörpers abgestimmten Halterung zu haltern und die thermische Kontraktion oder Expansion beim Abkühlen bzw. Erwärmen des Markierungskörpers auszunutzen, um diesen aus der Halterung zu lösen. Weiterhin kann daran gedacht sein, eine Bimetallfeder vorzusehen, welche den Markierungskörper bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur aus einer Halterung löst oder/und in Auswurfrichtung abstreift. Auch der Markierungskörper selbst kann durch Vorsehen einer Bimetallanordnung an diesem thermisch sensitiv an einer Halterung gehaltert sein. Dann wird sich der Markierungskörper bei Erreichen der vorbestimmten Auslösetemperatur durch Verformung der an ihm vorgesehenen Bimetallanordnung von seiner Halterung lösen.
Beispielsweise könnte die am Markierungskörper vorgesehene Bimetallanordnung derart ausgebildet sein, dass sie unterhalb oder oberhalb einer vorbestimmten Auslösetemperatur in Formschlusseingriff mit einer Halterung am Hubschrauber ist, wobei die Bimetallanordnung derart ausgestaltet ist, dass sich zumindest ein Abschnitt derselben bei Erreichen der vorbestimmten Auslösetemperatur derart verformt hat, dass der Formschlusseingriff bei Erreichen der vorbestimmten Auslösetemperatur gelöst ist. Entsprechendes gilt für einen kraftschlüssigen Eingriff zwischen Markierungskörper und Halterung, jedoch bietet der Formschlusseingriff eine größere mögliche Temperaturdifferenz zwischen der Ausgangstemperatur der Markierungskörpers und der vorbestimmten Auslösetemperatur verglichen mit dem kraftschlüssigen Eingriff.
Weiter kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, in dem Markierungskörper eine Wärmequelle, etwa eine elektrische Wärmequelle in Form einer Batterie und eines Widerstandsheizdrahts und dergleichen oder eine chemische Wärmequelle beispielsweise in Form von exotherm oder endotherm miteinander reagierenden Substanzen vorzusehen. Darüber hinaus kann der Markierungskörper zur längeren Speicherung thermischer Energie einen Wärmespeicher aufweisen, beispielsweise in Form eines an sich bekannten Latenzwärmespeichers, in welchem thermische Energie in einem Aggregatszustand einer Substanz gespeichert ist, so dass die thermische Energie durch Phasenübergang an die Umgebung abgegeben werden kann.
Die oben genannten Beispiele dienen dazu, über einen möglichst langen Zeitraum eine von ihrer Umgebung unterscheidbare Markierung im vorbestimmten Bodenbereich zu erhalten.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher kein Markierungskörper ausgeworfen werden muss, sondern die Bodenmarkierung berührungslos im vorbestimmten Bodenbereich vorgesehen werden kann. Dies kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung dadurch realisiert sein, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung eine Bestrahlungseinrichtung, insbesondere zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Infrarot-Strahlungseinrichtung, besonders bevorzugt einen Laser, umfasst.
Grundsätzlich kann auch die berührungslos markierende Bodenmarkierungsvorrichtung Teil einer Bodeninfrastruktur sein. Um stets in einem potentiellen Landegebiet eines Hubschraubers einsetzbar zu sein, ist es jedoch grundsätzlich bevorzugt, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung am Hubschrauber vorgesehen ist.
Wie bereits oben angedeutet wurde, kann je nach physikalischem Wirkprinzip, nach welchem die Erfassung der Markierung im vorbestimmten Bodenbereich erfolgt, die Markierung an einem beliebigen Ort relativ zum Hubschrauber vorgesehen werden. Jedoch ist es aufgrund der oben bereits geschilderten Sichtverhältnisse entsprechend der bevorzugten Erfassungsrichtung der Bodenerfassungsvorrichtung auch für die Bodenmarkierungsvorrichtung vorteilhaft, wenn bei Verwendung einer Auswurfvorrichtung diese den Markierungskörper längs einer Auswurfrichtung auswirft, wobei eine in Auswurfrichtung verlaufende Auswurfachse in einem Kegel liegt, der von der Auswurfvorrichtung mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung verlau fenden Kegelachse sich zum Boden hin öffnend ausgeht, wobei der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 45°, vorzugsweise von etwa 30°, besonders bevorzugt von etwa 15° aufweist.
Entsprechendes gilt für den Fall einer berührungslosen Markierung. In diesem Falle ist aus Gründen einer besonders erleichterten Erfassung der Markierung auch bei stark eingeschränkten Sichtverhältnissen bevorzugt, dass die Bestrahlungseinrichtung eine Bestrahlungsachse aufweist, längs welcher die Bestrahlungseinrichtung einen Strahl emittiert, wobei die Bestrahlungsachse in einem Kegel liegt, der von der Bestrahlungseinrichtung mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung verlaufenden Kegelachse sich zum Boden hin öffnend ausgeht, wobei der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 45°, vorzugsweise von etwa 30°, besonders bevorzugt von etwa 15° aufweist.
Bei der Erfassung einer am Boden vorgesehenen Markierung, insbesondere dann, wenn diese sich unter dem Hubschrauber befindet, kann eine Rollbewegung oder eine Nickbewegung des Hubschraubers zu Erfassungsergebnissen führen, welche mit dem Erfassungsergebnis einer Driftbewegung des Hubschraubers mit horizontaler Driftbewegungskomponente identisch sind. Dies gilt insbesondere für geringfügige Roll- oder Nickbewegungen des Hubschraubers einerseits und geringfügige Driftbewegungen des Hubschraubers andererseits, welche außerhalb des Erfassungsbereichs der zur Bewegungserfassung ohnehin vorhandenen Bordinstrumente liegen. Zur Vermeidung eines derartigen Erfassungsfehlers ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Korrekturvorrichtung aufweist, welche den Einfluss wenigstens einer Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers bezüglich eines gemeinsamen Inertialsystems von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung auf das Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung verringert oder sogar beseitigt.
Dabei kann die Korrekturvorrichtung gemäß einer einfachen und robusten Ausführungsform eine passive Korrekturvorrichtung sein, welche eine Auf hängung der Bodenerfassungsvorrichtung am Hubschrauber umfasst, die ihre Orientierung bezüglich des gemeinsamen Inertialsystems von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung unabhängig wenigstens von einer Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers im Wesentlichen beibehält. Die Aufhängung ist vorzugsweise eine kardanische Aufhängung. Um bei einer Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers ein unerwünschtes Schwingen der Bodenerfassungsvorrichtung relativ zum Hubschrauber zu vermeiden, ist die Aufhängung vorzugsweise mit einer Dämpfung versehen.
Alternativ kann die Korrekturvorrichtung als aktive Korrekturvorrichtung ausgebildet sein. Hierzu umfasst sie vorzugsweise eine Lagesensoreinrichtung, welche dazu ausgebildet sind den aktuellen Roll- oder/und Nickwinkel des Hubschraubers oder/und eine Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers bezüglich des gemeinsamen Inertialsystems von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung zu erfassen.
Die Lagesensoreinrichtung kann entweder dazu ausgebildet sein, nur den aktuellen Winkel des Hubschraubers bezüglich einer Rollachse oder/und einer Nickachse des gemeinsamen Inertialsystems zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Lagesensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, auch eine Änderung der genannten Winkel, also eine entsprechende Rollbewegung oder/und Nickbewegung des Hubschraubers um die zugeordneten Achsen zu erfassen.
Die Lagesensoreinrichtung kann eine am Hubschrauber bereits vorgesehene Lagesensoreinrichtung sein.
Zur Realisierung der aktiven Korrekturvorrichtung kann weiter in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass diese eine Stellvorrichtung umfasst, welche eine Aufhängung der Bodenerfassungsvorrichtung am Hubschrauber abhängig vom Erfassungsergebnis der Lagesensoreinrichtung derart relativ zum Hubschrauber verstellt, dass die Orientierung der Aufhängung bezüglich des gemeinsamen Inertialsystems von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung unabhängig wenigstens von der Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers im Wesentlichen unverändert bleibt. Hierdurch ist es möglich, dass die Stellvorrichtung eine Hubschrauberbewegung wenigstens um die Rollachse oder/und um die Nickachse kompensiert, so dass die Bodenerfassungsvorrichtung im gemeinsamen Inertialsystem trotz Bewegung des Hubschraubers um die genannten Achsen im Wesentlichen unbewegt bleibt.
Die oben genannte Lagesensoreinrichtung kann dazu herangezogen werden, um qualitativ festzustellen, ob eine erfasste Ortsveränderung der Markierung durch die Bodenerfassungsvorrichtung auf einer Drift des Hubschraubers mit horizontaler Driftbewegungskomponente oder auf einer Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschrauber beruht.
Diese bereitstellbare qualitative Information kann in vorteilhafter Weise quantifiziert werden, wenn die Korrekturvorrichtung eine Höhenerfassungsvorrichtung umfasst, welche zur Erfassung der Flughöhe des Hubschraubers über Grund ausgebildet ist, wobei die Korrekturvorrichtung weiter eine Rechenvorrichtung umfasst, welche ein Roh-Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung abhängig von Erfassungsergebnissen der Lagesensoreinrichtung sowie der Höhenerfassungsvorrichtung korrigiert und in ein wenigstens um die Roll- oder/und die Nickbewegung des Hubschraubers korrigiertes End-Erfassungsergebnis umwandelt. Als Höhenerfassungsvorrichtung kommen die an sich bekannten Einrichtung wie Radarhöhenmesser oder Höhenmessgeräte auf Laser- oder Ultraschallbasis in Frage. Es kann sich dabei um eine Höhenerfassungsvorrichtung handeln, welche unabhängig von der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits am Hubschrauber vorgesehen ist, um dem Piloten Höheninformationen über den Hubschrauber bereitzustellen.
Das oben bezeichnete gemeinsame Inertialsystem von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung kann durch eine am Hubschrauber vorgesehene Inertialplattform definiert sein. Als besonders geeignet haben sich hier für Gyroskope erwiesen. Häufig sind Hubschrauber zur Navigation mit einem Kreiselkompass ausgestattet, so dass das Gyroskop des Kreiselkompass als Inertialplattform der Korrekturvorrichtung verwendet werden kann.
Um dem Piloten die Möglichkeit zu geben, auf eine erfasste Driftbewegung des Hubschrauber zu reagieren und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten zu können, ist in einer besonders einfachen und robusten Ausführungsform vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Ausgabeeinrichtung aufweist, welche ein Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung ausgibt. Dies kann eine taktile oder/und hörbare oder/und sichtbare Ausgabe sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Ausgabeeinrichtung mit einem Vibrationsanzug zusammenwirken, welcher von einem Besatzungsmitglied, vorzugsweise dem Piloten, des Hubschraubers getragen wird. Abhängig vom erfassten Horizontalbewegungszustand kann die Ausgabeeinrichtung Zonen des Vibrationsanzugs zur Vibrationsausgabe aktivieren.
Eine als Ausgabeeinrichtung bevorzugte Anzeigeeinrichtung kann alphanumerische Zeichen verwenden, um den Piloten über den Horizontalbewegungszustand des Hubschraubers zu informieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Anzeigeeinrichtung auch durch Symbole und grafische Darstellung die Driftbewegung des Hubschraubers darstellen. Es hat sich dabei herausgestellt, dass Personen in der Regel grafische Darstellungen einer Bewegung oder einer Positionsveränderung leichter erfassen und interpretieren. Dies könnte etwa durch einen die Bewegungsrichtung angebenden Indikator geschehen, der bezüglich zur Geradeausrichtung des Hubschraubers um einen der Bewegungsrichtung entsprechenden Winkel verdreht angezeigt ist, so dass er in die Richtung der Driftbewegung des Hubschraubers weist. Vorteilhafterweise kann die Länge des Indikators der Driftgeschwindigkeit zugeordnet sein, so dass beispielsweise längere Indikatoren dem Piloten eine höhere Driftgeschwindigkeit anzeigen als kürzere.
Ebenfalls denkbar ist, dem Piloten lediglich ein visuelles Bild des erfassten Bodenbereichs auf die Anzeigeeinrichtung zu geben, so dass er dort die vom Bodenbereich unterscheidbare Markierung betrachten kann und aus ihrer Bewegung Rückschlüsse auf die Hubschrauberbewegung ziehen kann.
Um den Piloten, welcher bei Start- und Landephasen eine besonders große Menge an Informationen gleichzeitig zu verarbeiten hat, nach Möglichkeit zu entlasten, ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass sie eine Verarbeitungseinrichtung aufweist, welche ausgehend von einem Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung als Eingangsdaten die Markierung im vorbestimmten Bodenbereich identifiziert. Damit kann die Markierung automatisch durch die Verarbeitungseinrichtung identifiziert werden, beispielsweise im Wege der Bildverarbeitung bzw. Mustererkennung. Das der Verarbeitungseinrichtung als Eingangsgröße gelieferte Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung ist bei Vorhandensein einer aktiven Korrekturvorrichtung mit Höhenerfassungsvorrichtung vorzugsweise das oben bezeichnete korrigierte End-Erfassungsergebnis. Dies muss bei einer weniger bevorzugten Ausführungsform jedoch nicht so sein.
Zur weiteren Entlastung des Piloten kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Bewegungsermittlungsvorrichtung aufweist, welche ausgehend von zwei mit zeitlichem Abstand erhaltenen Erfassungsergebnissen der Bodenerfassungsvorrichtung, vorzugsweise nach Verarbeitung durch die Verarbeitungseinrichtung, eine Drift-Bewegungsrichtung des Hubschraubers und, bei bekanntem zeitlichen Abstand, vorzugsweise auch eine Drift-Bewegungsgeschwindigkeit ermittelt.
Eine weitere Maßnahme zur Entlastung des Hubschrauberpiloten kann darin liegen, ihn nicht nur von der Informationserfassung zu entlasten, sondern auch von der möglicherweise erforderlichen Korrektur einer ermittelten Driftbewegung. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Hubschrauber eine Autopilot-Vorrichtung umfasst, welche das Ermittlungsergebnis der Bewegungsermittlungsvorrichtung als Eingangsdaten erhält und abhängig davon ein der ermittelten Drift-Bewegung entgegengesetztes Korrektur-Flugmanöver ausführt.
Auch hierzu kann der zuvor erwähnte Vibrationsanzug verwendet werden und mit der Bewegungsermittlungsvorrichtung zusammenwirken. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Bewegungsermittlungsvorrichtung ausgehend von der ermittelten Drift-Bewegung Gegenmaßnahmen errechnet, die für ein Korrektur-Flugmanöver notwendig sind, und jene Bereiche des Vibrationsanzugs zur Vibration ansteuert, die sich intuitiv einer Richtung zuordnen lassen oder Gliedmaßen des Piloten bedecken, mit welchen dieser Steuereinrichtungen des Hubschraubers betätigen soll, um die errechneten Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Da sich die Unterscheidbarkeit der Markierung von dem vorbestimmten Bodenbereich mit der Zeit ändern kann, etwa im Falle einer Unterscheidbarkeit von Markierung und Bodenbereich durch unterschiedliche thermische Strahlung aufgrund von Temperaturausgleichsvorgängen, kann sich die Identifizierbarkeit der Markierung in dem vorbestimmten Bodenerfassungsbereich durch die Verarbeitungseinrichtung mit der Zeit verändern, insbesondere verschlechtern. Dies kann dazu führen, dass die automatische Ermittlung oder sogar Ausführung von Korrektur-Flugmanövern, wie sie oben erwähnt ist, aufgrund von Signalen unzureichender Qualität ausgeführt wird. Hierin liegt Gefährdungspotential sowohl für die Besatzung des Hubschraubers als auch für die unmittelbare Umgebung des Hubschraubers.
Zur Vermeidung dieser Situation kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinrichtung zur Ermittlung einer Signalgüte des Erfassungsergebnisses der Bodenerfassungsvorrichtung ausgebildet ist. Denkbar ist dabei, dass die Signalgüte durch die Verarbeitungseinrichtung abhängig von einem Signalunterschied zwischen einem der Markierung zuordenbaren Markierungssignal und einem der Umgebung der Markierung zuordenbaren Umgebungssignal ermittelt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Signalgüte abhängig von einer Kontraststärke zwischen einer Erfassung der Markierung und einer Erfassung ihrer Umgebung ermittelt werden. Als Signalunterschied kann im Falle einer bevorzugten Infraroterfassung des vorbestimmten Bodenbereichs eine der Markierung aufgrund des Markierungssignals zuordenbare Markierungstemperatur und eine der Umgebung aufgrund des Umgebungssignals zuordenbare Umgebungstemperatur sein.
Aus Sicherheitsgründen kann dann vorgesehen sein, dass die Ausführung des Korrektur-Flugmanövers nur dann erfolgt, wenn die ermittelte Signalgüte des Erfassungsergebnisses der Bodenerfassungsvorrichtung einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder übersteigt.
Außerdem kann zur Sicherstellung einer ausreichenden Signalgüte daran gedacht sein, dass die Verarbeitungseinrichtung derart mit der Bodenmarkierungsvorrichtung gekoppelt ist, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung erneut betätigt wird, wenn die ermittelte Signalgüte des Erfassungsergebnisses der Bodenerfassungsvorrichtung einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.
Um sicherzugehen, dass ein vorbestimmter Bodenbereich mit einer Markierung versehen wird, welcher auch durch die Bodenerfassungsvorrichtung erfasst werden kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung derart wettergebildet sein, dass der Hubschrauber eine Lagesensoreinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den aktuellen Roll- oder/und Nickwinkel des Hubschraubers bezüglich eines Inertialsystems des Hubschrauber zu erfassen, wobei die Lagesensoreinrichtung derart mit der Bodenmarkierungsvorrichtung gekoppelt ist, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung nur dann betätigbar ist, wenn der erfasste Roll- oder/und Nickwinkel des Hubschraubers innerhalb eines vorbestimmten Rollwinkelbereichs bzw. innerhalb eines vorbestimmten Nickwinkelbereichs liegen.
Die oben genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches die folgenden Schritte umfasst:

– Markieren eines vorbestimmten Bodenbereichs mit einer von ihrer Umgebung unterscheidbaren Markierung, und
– Erfassen des vorbestimmten Bodenbereichs.

Aus den oben genannten Gründen ist es bevorzugt, dass der Erfassungsschritt eine Erfassung längs einer Erfassungsachse umfasst, welche in einem Kegel liegt, der von einem Bezugspunkt am Hubschrauber mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung verlaufenden Kegelachse sich zum Boden hin öffnend ausgeht, wobei der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 45°, vorzugsweise von etwa 30°, besonders bevorzugt von etwa 15° aufweist.
Um sicherzustellen, dass ein Bodenbereich an jeder vom Hubschrauber angeflogenen Stelle unabhängig von einer etwaig vorhandenen Bodeninfrastruktur markierbar ist, ist bevorzugt, dass die Markierung des vorbestimmten Bodenbereichs vom Hubschrauber aus erfolgt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den oben genannten vorrichtungsbezogenen Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beiliegenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es stellt dar:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Horizontalbewegungszustands eines Hubschraubers bei eingeschränkten Sichtverhältnissen allgemein mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist lediglich grobschematisch als System-Blockschaltbild dargestellt.
Sie weist eine Bodenmarkierungsvorrichtung in Form eines Infrarot-Lasers 12 auf, welcher dazu ausgebildet ist, einen Abschnitt der Oberfläche 14 des Bodens 16 längs einer Bestrahlungsachse B mit intensivem Infrarotlicht zu bestrahlen. Dadurch wird auf der Bodenoberfläche 14 eine Markierung M erzeugt, die sich durch eine höhere Temperatur von der Umgebung U der Markierung M unterscheidet.
Die Markierung M liegt in einem vorbestimmten Bodenbereich 18, welcher durch eine Bodenerfassungsvorrichtung in Form einer Infrarotkamera 20 beobachtbar ist. Die Infrarotkamera 20 erfasst dabei die vom vorbestimmten Bodenbereich 18 ausgehende Wärmestrahlung und erfasst somit auch die im vorbestimmten Bodenbereich 18 liegende Markierung M. Bei dem vorbestimmten Bodenbereich 18 handelt es sich genauer um einen Oberflächenabschnitt der Bodenoberfläche 14. Die Infrarotkamera 20 erfasst den vorbestimmten Bodenbereich längs einer Erfassungsachse E innerhalb eines Erfassungskegels 22, dessen Kegelachse die Erfassungsachse E ist. Der Erfassungskegel 22 hat eine von der Objektivanordnung der Infrarotkamera 20 abhängigen Öffnungswinkel α. Die Erfassungsachse E und die Bestrahlungsachse B sind im in 1 gezeigten Beispiel zueinander parallel.
Damit bei einer Landung des Hubschraubers auf dem Boden 16 die Markierung M möglichst lange, d. h. auch noch bei geringen Flughöhen über Grund, durch die Infrarotkamera 20 erfassbar bleiben, sind die Infrarotkamera 20 und der Infrarot-Laser 12 bevorzugt derart angeordnet, dass ihre Achsen E bzw. B einen möglichst geringen Abstand voneinander aufweisen, so dass die Markierung M unmittelbar nach ihrer Anbringung möglichst im Zentrum des Erfassungsbereichs der Infrarotkamera 20 liegt.
Der Infrarot-Laser 12 ist signalübertragungsmäßig mit einer Steuereinheit 24 verbunden, welche über eine Signalübertragungsleitung 26 mit einer Bedieneinheit 28 in Verbindung steht. Durch die Bedieneinheit 28, welche im Cockpit des Hubschraubers vorgesehen ist, kann der Pilot des Hubschrau bers selektiv ein Feuern des Lasers 12 auslösen und somit für das Vorsehen einer Markierung M auf dem Boden 16 sorgen.
Die Infrarotkamera 20 ist über eine Signalübertragungsleitung 30 mit einer Rechen- und Grafikeinheit 32 signalübertragungsmäßig gekoppelt. Die bei der Erfassung des vorbestimmten Bodenbereichs 18 durch die Infrarotkamera 20 erhaltenen Daten werden über diese Signalübertragungsleitung 30 der Rechen- und Grafikeinheit 32 zugeführt. Die Rechen- und Grafikeinheit 32 stellt eine Verarbeitungseinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. In ihr werden, beispielsweise im Wege der Bildverarbeitung bzw. Mustererkennung, die Markierung und ihre Umgebung identifiziert und abhängig von den erhaltenen Signalen der Markierung M und der Umgebung U eine durch die jeweiligen Signale vorbestimmte Temperatur zugeordnet. Ausgehend von dieser Temperaturzuordnung wird eine Signalgüte des Erfassungsergebnisses der Infrarotkamera 20 ermittelt. Die Signalgüte ist dabei ein Maß für die Unterscheidbarkeit der Markierung M relativ zur Umgebung U. Wenn die Signalgüte einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, etwa wenn die der Markierung M zuordenbare Temperatur sich von der der Umgebung U zuordenbaren Temperatur betragsmäßig um nicht mehr als eine vorbestimmte Temperaturdifferenz unterscheidet, so wird über die Signalübertragungsleitung 34 eine Signalgütewarnung an die Besatzung, beispielsweise über die Anzeige 42, oder an die Steuereinheit 24 gesendet, welche daraufhin eine erneute Markierung der Bodenoberfläche 14 und somit ein erneutes Feuern des Infrarot-Lasers 12 auslöst.
Eine Lagesensoreinrichtung 36 überträgt an die Rechen- und Grafikeinheit 32 über die Signalübertragungsleitung 38 jeweils aktuelle Informationen über den Rollwinkel und den Nickwinkel des Hubschraubers. Weiterhin erhält die Rechen- und Grafikeinheit 32 durch eine nicht dargestellte Höhenerfassungseinrichtung aktuelle Informationen über die Flughöhe des Hubschraubers über der Bodenoberfläche 14. Aus den Daten über den Rollwinkel, den Nickwinkel und die Flughöhe des Hubschraubers kann die Rechen- und Grafikeinheit 32 die durch die Rollbewegung und die Nickbewegung des Hubschraubers verursachte Ortsänderung der Markierung M im Erfassungsbereich der Infrarotkamera 20 errechnen und kompensieren. Ein derart korrigiertes Erfassungsergebnis der Infrarotkamera 20 wird von der Rechen- und Grafikeinheit 32 über die Signalübertragungsleitung 40 an die Anzeige 42 weitergeleitet.
In der Anzeige 42 ist der Erfassungsbereich der Infrarotkamera 20, also in dem in 1 gezeigten Fall eine Abbildung des vorbestimmten Bodenbereichs 18 dargestellt. Die Abbildung des vorbestimmten Bodenbereichs ist mit 18' bezeichnet. In dieser Abbildung des vorbestimmten Bodenbereichs 18' wird an der Anzeige 42 ein Abbild der von der Rechen- und Grafikeinheit 32 identifizierten Markierung M dargestellt. Die Abbildung der Markierung M in der Anzeige 42 ist mit M' bezeichnet. Aufgrund der Korrektur der Erfassungsergebnisse der Infrarotkamera 20 durch die Rechen- und Grafikeinheit 32 ändert sich die Lage der Abbildung M' der Markierung M in der Anzeige 42 trotz möglicher Roll- und Nickbewegungen des Hubschraubers nicht. Driftet dagegen der Hubschrauber in einer Richtung orthogonal zur Schwerkraftwirkungsrichtung g, ändert die Abbildung M' der Markierung M in Anzeige 42 ihren Ort, und zwar proportional zur Positionsabweichung und in einer der Driftbewegung entgegengesetzten Richtung. So kann der Pilot auch bei sehr schlechten Sichtverhältnissen, etwa bei durch den Rotorluftstrom aufgewirbelten Staub- und Sandpartikeln in der Nacht in zivilisatorisch wenig erschlossenen Gegenden eine horizontale Driftbewegung des Hubschraubers sicher erkennen.
Die Rechen- und Grafikeinheit 32, welche die Markierung M innerhalb der Umgebung U des vorbestimmten Bodenbereichs 18 identifiziert, errechnet aus den um die Einflüsse der Roll- und Nickbewegung korrigierten Erfassungsergebnissen der Infrarotkamera 20 zu unterschiedlichen Zeiten eine momentane Driftbewegungsrichtung des Hubschraubers und ihre zugeordnete Driftgeschwindigkeit. Diese Daten werden über eine Signalübertragungsleitung 44 an den Autopiloten 46 des Hubschraubers gesendet. Der Autopilot 46 führt abhängig von der über die Signalübertragungsleitung 44 erhaltenen Driftbewegungsrichtung und -geschwindigkeit ein Korrektur-Flugmanöver derart durch, dass die horizontale Position des Hubschraubers relativ zur Markierung M sich betragsmäßig nicht um mehr als einen vorbestimmten Driftbetrag ändert. Somit sind die Infrarotkamera 20, die Rechen- und Grafikeinheit 32, die Lagesensoranordnung 36 und der Autopilot 46 Teil eines Regelkreises, welcher die horizontale Position des Hubschraubers relativ zur Markierung M regelt.
Alle Bauteile 12, 20, 24, 28, 32, 36, 42 und 46 befinden sich an Bord eines Hubschraubers.
Alternativ oder zusätzlich zum Feuern des Lasers 12 kann am Hubschrauber eine nicht dargestellte Auswurfvorrichtung vorgesehen sein, welche in den vorbestimmten Bodenbereich 18 einen Markierungskörper auswirft, der eine von der Oberfläche 14 des Bodens 16 verschiedene Temperatur aufweist.

Claims

Vorrichtung zur präzisen Bestimmung eines Horizontalbewegungszustands eines Hubschraubers bei eingeschränkten Sichtverhältnissen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bodenmarkierungsvorrichtung (12) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, einen vorbestimmten Bodenbereich (18) mit einer von ihrer Umgebung (U) unterscheidbaren, relativ zum vorbestimmten Bodenbereich (18) unbeweglichen Markierung (M) zu versehen, wobei sie weiter eine am Hubschrauber vorgesehene Bodenerfassungsvorrichtung (20) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den vorbestimmten Bodenbereich (18) zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenerfassungsvorrichtung (20) eine vom vorbestimmten Bodenbereich (18) ausgehende Strahlung, insbesondere elektromagnetische Strahlung erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenerfassungsvorrichtung (20) eine vom vorbestimmten Bodenbereich (18) ausgehende elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 700 nm erfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenerfassungsvorrichtung (20) eine Erfassungsachse (E) aufweist, längs welcher eine Erfassung des vorbestimmten Bodenbereichs (18) erfolgt, wobei die Bodenerfassungsvorrichtung (20) derart am Hubschrauber vorgesehen ist, dass die Erfassungsachse (E) in einem Kegel liegt, der von der Bodenerfassungsvorrichtung (20) mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung (g) verlaufenden Kegelachse sich zum Boden hin öffnend ausgeht, wobei der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 45°, vorzugsweise von etwa 30°, besonders bevorzugt von etwa 15° aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung (12) einen im vorbestimmten Bodenbereich (18) anordenbaren Markierungskörper umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Markierungskörper derart ausgebildet ist, dass er sich hinsichtlich Farbe oder/und Form oder/und Strahlung, insbesondere thermischer Strahlung, vom vorbestimmten Bodenbereich (18) unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Markierungskörper dazu ausgebildet ist, die Farbe oder/und die Form oder/und die Strahlungseigenschaft eines Markierungs-Oberflächenabschnitts des vorbestimmten Bodenbereichs (18) verglichen mit einem den Markierungs-Oberflächenabschnitt umgebenden Oberflächenabschnitt des Bodenbereichs zu verändern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung (12) eine Auswurfvorrichtung umfasst, von welcher aus der Markierungskörper auswerfbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswurfvorrichtung eine Beschleunigungseinrichtung, insbesondere eine mechanische oder/und pneumatische oder/und elektrische oder/und elektromagnetische oder/und pyrotechnische Beschleunigungseinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den Markierungskörper zumindest auch in Auswurfrichtung zu beschleunigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Temperaturbeeinflussungseinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, die Markierungskörper-Temperatur des Markierungskörpers derart zu beeinflussen, dass sie sich von der Bodenbereichs-Temperatur des vorbestimmten Bodenbereichs (18) unterscheidet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung (12) eine Bestrahlungseinrichtung, insbesondere zur Aussendung elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Infrarot-Strahlungseinrichtung, besonders bevorzugt einen Laser (12), umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung (12) am Hubschrauber vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, unter Einbeziehung des Anspruchs 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswurfvorrichtung den Markierungskörper längs einer Auswurfrichtung auswirft, wobei eine in Auswurfrichtung verlaufende Auswurfachse in einem Kegel liegt, der von der Auswurfvorrichtung mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung verlaufenden Kegelachse sich zum Boden hin öffnend ausgeht, wobei der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 45°, vorzugsweise von etwa 30°, besonders bevorzugt von etwa 15° aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, unter Einbeziehung des Anspruchs 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlungseinrichtung (12) eine Bestrahlungsachse (B) aufweist, längs welcher die Bestrahlungseinrichtung (12) einen Strahl emittiert, wobei die Bestrahlungsachse in einem Kegel liegt, der von der Bestrahlungseinrichtung mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung verlaufenden Kegelachse sich zum Boden hin öffnend ausgeht, wobei der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 45°, vorzugsweise von etwa 30°, besonders bevorzugt von etwa 15° aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Korrekturvorrichtung (32) aufweist, welche den Einfluss wenigstens einer Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers bezüglich eines gemeinsamen Inertialsystems von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung (20) auf das Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung (20) verringert oder sogar beseitigt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturvorrichtung (32) eine, vorzugsweise kardanische, Aufhängung der Bodenerfassungsvorrichtung (20) am Hubschrauber umfasst, welche ihre Orientierung bezüglich des gemeinsamen Inertialsystems von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung unabhängig wenigstens von einer Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers im Wesentlichen beibehält.
Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturvorrichtung (32) eine Lagesensoreinrichtung (36) umfasst, welche dazu ausgebildet sind den aktuellen Roll- oder/und Nickwinkel des Hubschraubers oder/und eine Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers bezüglich des gemeinsamen Inertialsystems von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung (20) zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturvorrichtung (32) eine Stellvorrichtung umfasst, welche eine Aufhängung der Bodenerfassungsvorrichtung (20) am Hubschrauber abhängig vom Erfassungsergebnis der Lagesensoreinrichtung (36) derart relativ zum Hubschrauber verstellt, dass die Orientierung der Aufhängung bezüglich des gemeinsamen Inertialsystems von Hubschrauber und Bodenerfassungsvorrichtung (20) unabhängig wenigstens von der Roll- oder/und Nickbewegung des Hubschraubers im Wesentlichen unverändert bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturvorrichtung (32) eine Höhenerfassungsvorrichtung umfasst, welche zur Erfassung der Flughöhe des Hubschraubers über Grund (14) ausgebildet ist, wobei die Korrekturvorrichtung (32) weiter eine Rechenvorrichtung umfasst, welche ein Roh-Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung (20) abhängig von Erfassungsergebnissen der Lagesensoreinrichtung (36) sowie der Höhenerfassungsvorrichtung korrigiert und in ein wenigstens um die Roll- oder/und die Nickbewegung des Hubschraubers korrigiertes End-Erfassungsergebnis umwandelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturvorrichtung (32) eine Inertialplattform umfasst, etwa in Form eines Gyroskops.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ausgabeeinrichtung (42) aufweist, welche ein Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung (20) ausgibt, vorzugsweise als visuelle Ausgabe anzeigt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verarbeitungseinrichtung (32) aufweist, welche ausgehend von einem Erfassungsergebnis der Bodenerfassungsvorrichtung (20) als Eingangsdaten die Markierung im vorbestimmten Bodenbereich identifiziert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, vorzugsweise unter Einbeziehung von Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bewegungsermittlungsvorrichtung (32) aufweist, welche ausgehend von zwei mit zeitlichem Abstand erhaltenen Erfassungsergebnissen der Bodenerfassungsvorrichtung (20), vorzugsweise nach Verarbeitung durch die Verarbeitungseinrichtung (32), eine Drift-Bewegungsrichtung des Hubschraubers und vorzugsweise auch eine Drift-Bewegungsgeschwindigkeit ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass der Hubschrauber eine Autopilot-Vorrichtung (46) umfasst, welche das Ermittlungsergebnis der Bewegungsermittlungsvorrichtung (32) als Eingangsdaten erhält und abhängig davon ein der ermittelten Drift-Bewegung entgegengesetztes Korrektur-Flugmanöver ausführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (32) zur Ermittlung einer Signalgüte des Erfassungsergebnisses der Bodenerfassungsvorrichtung (20) ausgebildet ist, etwa abhängig von einem Signalunterschied zwischen einem der Markierung (M) zuordenbaren Markierungssignal und einem der Umgebung (U) der Markierung (M) zuordenbaren Umgebungssignal oder abhängig von einer Kontraststärke zwischen der Markierung (M) und ihrer Umgebung (U).
Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung des Korrektur-Flugmanövers nur dann erfolgt, wenn die ermittelte Signalgüte des Erfassungsergebnisses der Bodenerfassungsvorrichtung (20) einen vorbe stimmten Schwellenwert erreicht oder übersteigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (32) derart mit der Bodenmarkierungsvorrichtung (12) gekoppelt ist, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung (12) erneut betätigt wird, wenn die ermittelte Signalgüte des Erfassungsergebnisses der Bodenerfassungsvorrichtung (20) einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, unter Einbeziehung der Ansprüche 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswurfvorrichtung derart mit einer Temperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines auszuwerfenden Markierungskörpers gekoppelt ist, dass die Auslösevorrichtung abhängig von der erfassten Temperatur des Markierungskörpers betätigbar ist, insbesondere betätigt wird, wenn die Temperaturerfassungsvorrichtung erfasst, dass die Temperatur des Markierungskörpers eine vorbestimmte Schwellentemperatur erreicht oder übersteigt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubschrauber eine Lagesensoreinrichtung (36) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den aktuellen Roll- oder/und Nickwinkel des Hubschraubers bezüglich eines Inertialsystems des Hubschrauber zu erfassen, wobei die Lagesensoreinrichtung (36) derart mit der Bodenmarkierungsvorrichtung (12) gekoppelt ist, dass die Bodenmarkierungsvorrichtung (12) nur dann betätigbar ist, wenn der erfasste Roll- oder/und Nickwinkel des Hubschraubers innerhalb eines vorbestimmten Rollwinkelbereichs bzw. innerhalb eines vorbestimmten Nickwinkelbereichs liegen.
Verfahren zur präzisen Bestimmung eines Horizontalbewegungszu stands eines Hubschraubers bei eingeschränkten Sichtverhältnissen, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Schritte umfasst: – Markieren eines vorbestimmten Bodenbereichs mit einer von ihrer Umgebung unterscheidbaren Markierung, und – Erfassen des vorbestimmten Bodenbereichs.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsschritt eine Erfassung längs einer Erfassungsachse umfasst, welche in einem Kegel liegt, der von einem Bezugspunkt am Hubschrauber mit einer in Schwerkraftwirkungsrichtung verlaufenden Kegelachse sich zum Boden hin öffnend ausgeht, wobei der Kegel einen Öffnungswinkel von etwa 45°, vorzugsweise von etwa 30°, besonders bevorzugt von etwa 15° aufweist.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung des vorbestimmten Bodenbereichs vom Hubschrauber aus erfolgt.