DE102013018762A1 - Method and device for obstacle detection - Google Patents

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Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Hinderniserkennung bei einem Betrieb eines Luftfahrzeuges. Unter Verwendung mindestens eines Sensors werden Umgebungsdaten erfasst und auf mindestens einem Display visualisiert. Eine Verarbeitung der Daten wird von mindestens einer Steuereinrichtung durchgeführt. Die Steuereinheit ist als ein Einprozessorsystem mit mindestens einem Kern ausgebildet.The method and the device are used for obstacle detection during operation of an aircraft. Using at least one sensor, environmental data are recorded and visualized on at least one display. The data is processed by at least one control device. The control unit is designed as a single processor system with at least one core.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hinderniserkennung bei einem Betrieb eines Luftfahrzeugs, bei dem unter Verwendung mindestens eines Sensors Umgebungsdaten erfasst und auf mindestens einem Display visualisiert werden, sowie bei dem eine Verarbeitung der Daten von mindestens einer Recheneinheit durchgeführt und eine Mensch-Maschine-Interaktion von mindestens einer Recheneinheit gesteuert wird.The invention relates to a method for obstacle detection in an operation of an aircraft, in which detected using at least one sensor environmental data and visualized on at least one display, and in which a processing of the data performed by at least one computing unit and a human-machine interaction of at least one arithmetic unit is controlled.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei einem Betrieb eines Luftfahrzeugs, die mindestens einen Sensor zur Erfassung von Umgebungsdaten aufweist und die mit mindestens einem Display zur Visualisierung der Daten versehen ist, sowie die mindestens eine Recheneinheit zu einer Verarbeitung der Daten und mindestens eine Recheneinheit für eine Mensch-Maschine-Interaktion aufweist.The invention further relates to a device for obstacle detection in an operation of an aircraft, which has at least one sensor for detecting environmental data and which is provided with at least one display for visualizing the data, as well as the at least one computing unit for processing the data and at least one Computing unit for a human-machine interaction has.

Die Erfindung ist vor allem für den Betrieb in motorisierten Luftfahrzeugen konzipiert.The invention is primarily designed for operation in motorized aircraft.

Die bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Hinderniserkennung verursachen sowohl bei der Implementierung als auch bei einem Betrieb erhebliche Kosten. Deshalb sind diese Verfahren und Vorrichtungen nicht dazu geeignet, in kleinen Privatflugzeugen, insbesondere in sogenannten Ultralight-Flugzeugen, verwendet zu werden.Hitherto known methods and devices for obstacle detection cause considerable costs both during implementation and during operation. Therefore, these methods and devices are not suitable for use in small private aircraft, especially in so-called ultralight aircraft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der einleitend genannten Art so zu entwickeln, dass eine qualitativ hochwertige und zugleich energieeffiziente und ökonomische Hinderniserkennung unterstützt wird.The object of the present invention is to develop a method and a device of the type mentioned in the introduction in such a way that a high-quality and at the same time energy-efficient and economical obstacle recognition is supported.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist ein verteiltes System, in dem mehrere Recheneinheiten jeweils eine definierte Aufgabe im gesamten System übernehmen.The device according to the invention is a distributed system in which several arithmetic units each assume a defined task in the entire system.

Auf jeder Recheneinheit wird ein Betriebssystem eingesetzt. Das Betriebssystem ist auch auf Einzelkernprozessor-Architekturen lauffähig und erfüllt daher keine speziellen Anforderungen eines Mehrkernprozessors. Weiterhin muss es nicht den Anforderungen eines Echtzeitsystems entsprechen.Each computer uses an operating system. The operating system also runs on single-core processor architectures and therefore does not meet any special requirements of a multi-core processor. Furthermore, it does not have to meet the requirements of a real-time system.

Alle Recheneinheiten sind über ein BUS (Binary Unit System) miteinander verbunden.All arithmetic units are interconnected via a BUS (Binary Unit System).

Auf jeder Recheneinheit befindet sich ein ausführbares Programm, das Daten vom BUS entgegennimmt, verarbeitet und eigene Daten an das BUS abgibt.Each processor has an executable program which receives data from the BUS, processes it and sends its own data to the BUS.

Die Programme auf den Recheneinheiten stellen sicher, dass alle Daten über das BUS für alle Recheneinheiten zur Verfügung stehen.The programs on the arithmetic units ensure that all data is available via the BUS for all arithmetic units.

Folgende Varianten des Systems sind realisierbar:

  • • Es existiert mindestens ein Sensor zur Erfassung von Umgebungsdaten. Dieser Sensor ist mit einer Recheneinheit verbunden, auf der die Daten unter Verwendung eines ausführbaren Programms erfasst und verarbeitet werden. Die Recheneinheit ist mit einem BUS verbunden, an das die Daten abgegeben werden und von dem sie Daten entgegennimmt, um sie zu verarbeiten.
  • • Es existiert mindestens ein Display zur Visualisierung der Daten. Dieses Display ist als Head-Up-Display ausgebildet und an eine Recheneinheit angebunden. Diese Recheneinheit nimmt unter Verwendung eines ausführbaren Programms Daten aus dem BUS entgegen, verarbeitet und visualisiert diese auf dem Display.
The following variants of the system can be realized:
  • • There is at least one sensor for acquiring environmental data. This sensor is connected to a computing unit on which the data is collected and processed using an executable program. The arithmetic unit is connected to a bus to which the data is delivered and from which it receives data for processing.
  • • There is at least one display for visualizing the data. This display is designed as a head-up display and connected to a computing unit. This arithmetic unit receives data from the BUS using an executable program, processes and visualizes it on the display.

Durch die Visualisierung der Daten auf einem angeschlossenen Head-Up-Display hat der Pilot alle notwendigen Informationen in seinem Hauptsichtfeld.By visualizing the data on a connected head-up display, the pilot has all the necessary information in his main field of vision.

An Stelle des Head-Up-Displays können auch andere geeignete Displays zur Visualisierung verwendet werden, etwa eine zur Darstellung elektronischer Daten geeignete Brille.

  • • Es existiert eine Steuereinrichtung, die an das BUS angeschlossen ist. In ihr werden Daten vom BUS entgegengenommen und verarbeitet und an das BUS übergeben. Die Aufgabe der Steuereinrichtung ist es, das gesamte verteilte System einzurichten, zu steuern und Daten zur Visualisierung bereitzustellen. Die Steuereinrichtung hat insbesondere auch die Aufgabe, die Mensch-Maschine-Interaktion zu gewährleisten. Mögliche Hardware-Ausprägungen für die Steuereinrichtung sind ein Tablet-PC oder ein andersgeartetes eingebettetes System („embedded system”).
Instead of the head-up display, other suitable displays for visualization can be used, such as a suitable for displaying electronic data glasses.
  • • There is a control device connected to the BUS. In it, data are received by the bus and processed and transferred to the bus. The task of the controller is to set up, control and provide data for visualization throughout the distributed system. In particular, the control device also has the task of ensuring human-machine interaction. Possible hardware variants for the control device are a tablet PC or another embedded system ("embedded system").

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown schematically. Show it:

Eine vereinfachte Darstellung einer Variante eines verteilten Gesamtsystems als Überblick, A simplified representation of a variant of a distributed overall system as an overview,

eine weitere grafische Variante eines Verteilten Systems, another graphical variant of a distributed system,

eine Darstellung zur Veranschaulichung einer ersten Variante des Verfahrensablaufes und a representation for illustrating a first variant of the procedure and

ein Diagramm zur Veranschaulichung einer anderen Variante des Verfahrensablaufes. a diagram illustrating another variant of the procedure.

In existieren die drei Komponenten „Head-Up-Display”, „Mensch-Maschine-Interaktion” und „Sensorik” (Variante A). In The three components "Head-Up Display", "Human Machine Interaction" and "Sensor Technology" (Variant A) exist.

zeigt, dass die Erfindung durch weitere Komponenten mit definierten Aufgaben, hier z. B. „Datenaufzeichnung”, erweiterbar ist (Variante B). shows that the invention by other components with defined tasks, here z. B. "data recording", is extensible (variant B).

Die und zeigen bespielhaft zwei implementierte Verfahrensabläufe.The and show exemplarily two implemented procedures.

stellt dar, wie ein über einen Sensor erfasstes Objekt verarbeitet und am Head-Up-Display visualisiert wird. shows how an object detected by a sensor is processed and visualized on the head-up display.

zeigt, wie ein Bediener über die Steuereinrichtung mit dem System interagiert und diese Daten von den Recheneinheiten anderer Komponenten, wie z. B. Head-Up-Display und Sensorik, empfangen und verarbeitet werden. shows how an operator via the controller interacts with the system and these data from the computing units of other components, such. As head-up display and sensors, are received and processed.

Die Hardware-Komponenten der Erfindung zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

  • • Betriebstemperatur: 0–50°C
  • • Maximale Lasteinwirkung: 3,5 g
  • • Schutzart gemäß DIN EN 60529 : IP20
The hardware components of the invention are characterized by the following properties:
  • • Operating temperature: 0-50 ° C
  • • Maximum load: 3.5 g
  • • Degree of protection according to DIN EN 60529 : IP20

Die Erfindung arbeitet mit einem Einprozessorsystem mit mindestens einem Prozessorkern. Vorteile dieses Systems gegenüber Mehrprozessorsystemen liegen in einem niedrigeren Energiebedarf und einer nur passiven Kühlung, da beim Verzicht auf die Koordination zwischen mehreren physikalischen Prozessoren der erforderliche Aufwand an Rechenleistung weitaus geringer ist. Weitere Vorteile sind eine geringere Baugröße und geringere Kosten.The invention operates with a single-processor system having at least one processor core. Advantages of this system compared to multiprocessor systems are a lower energy consumption and only passive cooling, since waiving the coordination between multiple physical processors, the required amount of computing power is much lower. Further advantages are a smaller size and lower costs.

Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, Daten aus dem Luftfahrzeug und dessen Umgebung mittels Peripherie zu erfassen, zu verarbeiten und auf einem Head-Up-Display zu visualisieren.The object of the invention is, in particular, to acquire data from the aircraft and its surroundings by means of peripherals, to process them and to visualize them on a head-up display.

Dem Piloten werden durch die Erfindung Daten visualisiert, die seine aktuelle Fluglage anzeigen. Die Möglichkeit, Daten aus dem Luftfahrzeug und dessen Umgebung erfassen, kombinieren und berechnen zu können, macht die Anwendung für einen Piloten wertvoll, denn durch die Berechnung neuer Daten können beispielsweise Gefahrensituationen ermittelt werden.The pilot is visualized by the invention data indicating its current attitude. Being able to capture, combine and calculate data from the aircraft and its environment makes the application valuable to a pilot, because by calculating new data, for example, dangerous situations can be identified.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Aufzeichnung aller empfangenen Daten und das Extrahieren dieser Daten aus dem System zu gewährleisten.Another object of the invention is to ensure the recording of all received data and the extraction of this data from the system.

Die Anwendung der Erfindung erfordert es nicht, aktiv in die Systeme des Luftfahrzeugs einzugreifen. Sie ist ein rein passives System, das Daten erfasst, verarbeitet und visualisiert.The application of the invention does not require actively intervening in the systems of the aircraft. It is a purely passive system that collects, processes and visualizes data.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Luftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein motorisiertes Luftfahrzeug. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich um ein Flugzeug.The aircraft used in the invention is in particular a motorized aircraft. According to one embodiment, it is an aircraft.

Die Recheneinheiten der Komponenten „Head-Up-Display”, „Mensch-Maschine-Interaktion” und „Sensorik” übernehmen gemäß Teilaufgaben im gesamten System und übermitteln einander Daten über ein BUS.The processing units of the components "Head-Up-Display", "Human Machine Interaction" and "Sensor Technology" take over according to Subtasks throughout the system and transmit data to each other over a BUS.

Die Erfindung kann gemäß durch weitere Komponenten mit definierten Aufgaben – hier: Datenaufzeichnung auf einem gesonderten Datenspeichergerät – erweitert werden. Die neue Komponente ist durch das BUS mit den anderen Komponenten verbunden.The invention can according to be extended by other components with defined tasks - here: data recording on a separate data storage device. The new component is connected to the other components through the BUS.

Ein Objekt wird gemäß durch einen Sensor erfasst. Daten über das Objekt werden durch eine Recheneinheit verarbeitet und über ein BUS an andere Recheneinheiten weitergegeben. Die Daten werden beispielsweise von der Recheneinheit des Head-Up-Displays empfangen, um dann auf dem Head-Up-Display visualisiert zu werden.An object becomes according to detected by a sensor. Data about the object is processed by a computing unit and passed on to other computing units via a bus. The data is received, for example, from the processing unit of the head-up display, to be visualized on the head-up display.

Der Pilot interagiert gemäß über die Steuereinrichtung mit dem System, indem er z. B. eine Warnmeldung bestätigt. Die Daten der Steuereinrichtung werden durch eine Recheneinheit verarbeitet und über ein BUS weitergegeben. Die Daten werden von den Recheneinheiten der Komponenten „Head-Up-Display” und „Sensorik” empfangen und verarbeitet. Als Folge ändern sich z. B. die im Display dargestellte Information und die Datenverarbeitung in der Komponente „Sensorik”.The pilot interacts according to via the control device with the system by z. B. confirmed a warning message. The data of the control device are processed by a computing unit and passed on via a bus. The data is received and processed by the processing units of the components "Head-Up Display" and "Sensor Technology". As a result, z. B. the information shown in the display and the data processing in the component "sensors".

Die Steuerung und Konfiguration befindet sich auf einem Rechner mit Bedienoberfläche. Dieser ist verbunden mit dem Netzwerk aus dezentralen Recheneinheiten. Jede dieser Recheneinheiten hat eine definierte Aufgabe im System zu erfüllen und ist daher mit einer entsprechenden Software ausgestattet. Beispielsweise ist an einer der Recheneinheiten das Head-Up-Display angebunden. Daten, die für diese Recheneinheit (HUD) bestimmt sind, werden verstanden, verarbeitet, ggf. aufbereitet und visualisiert.The control and configuration is located on a computer with user interface. This is connected to the network of decentralized computing units. Each of these computational units has a defined task to fulfill in the system and is therefore equipped with appropriate software. For example, the head-up display is connected to one of the arithmetic units. Data intended for this computing unit (HUD) are understood, processed, possibly processed and visualized.

Jede der Recheneinheiten ist durch ihre Konfiguration in der Lage, eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Weiterhin ist sie in der Lage, auch die Aufgaben anderer Recheneinheiten zu übernehmen, in dem sie entsprechend konfiguriert wird. Da die Intelligenz des gesamten Systems auf ein dezentrales verteiltes System gelegt wurde, ist eine zentrale Verarbeitung und Entscheidung durch eine zentrale Einheit nicht notwendig. Beispielsweise ist durch einen Ausfall der MMI-Gruppe das restliche System immer noch in der Lage, kritische Werte zu analysieren und entsprechende Warnungen auf dem HUD anzuzeigen.Each of the arithmetic units is able to perform a specific task through its configuration. Furthermore, it is able to take over the tasks of other computing units, in which it is configured accordingly. Since the intelligence of the entire system has been placed on a decentralized distributed system, central processing and decision-making by a central unit is not necessary. For example, a failure of the MMI group still allows the rest of the system to analyze critical values and to display appropriate warnings on the HUD.

Eine der Recheneinheiten des Systems ist dafür verantwortlich, in der Phase der Erstinbetriebnahme das verteilte System mit Konfiguration auszustatten. In der Konfiguration sind die Aufgaben, Grenzwerte und Verhaltensregeln für Daten hinterlegt.One of the computing units of the system is responsible for providing the distributed system with configuration during the initial commissioning phase. The configuration contains the tasks, limit values and behavioral rules for data.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN EN 60529 [0024] DIN EN 60529 [0024]

Claims (18)

Verfahren zur Hinderniserkennung bei einem Betrieb eines Luftfahrzeuges, bei dem unter Verwendung mindestens eines Sensors Umgebungsdaten erfasst und auf mindestens einem Display visualisiert werden, sowie bei dem eine Verarbeitung der Daten von mindestens einer Steuereinheit durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit als ein Einprozessorsystem mit mindestens einem Kern ausgebildet ist.A method for obstacle detection in an operation of an aircraft, in which using at least one sensor detected environmental data and visualized on at least one display, and in which a processing of the data is performed by at least one control unit, characterized in that the control unit as a Einprozessorsystem with at least one core is formed. Verfahren nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor ein Radarsystem verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that a radar system is used as a sensor. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Sensor verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a single sensor is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufzeichnung von Flugdaten durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a recording of flight data is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Extraktion von Daten durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that an extraction of data is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine GPS-Navigation durchgeführt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that a GPS navigation is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine 3G-Lageerfassung durchgeführt wird.Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that a 3G position detection is carried out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einprozessorsystem mit genau einem Kern verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a Einprozessorsystem is used with exactly one core. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuereinheit ein Tablet-PC verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that a tablet PC is used as a control unit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Display ein Head-Up-Display verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that a head-up display is used as the display. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebssystem für die Steuereinrichtung ein Open-Source-Programm verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that an open source program is used as operating system for the control device. Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei einem Betrieb eines Luftfahrtzeuges, die mindestens einen Sensor zur Erfassung von Umgebungsdaten aufweist und die mit mindestens einem Display zur Visualisierung der Daten versehen ist, sowie die zu einer Verarbeitung der Daten mindestens eine Steuereinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit als ein Einprozessorsystem mit mindestens einem Kern ausgebildet ist.Device for detecting obstacles in an operation of an aircraft, which has at least one sensor for detecting environmental data and which is provided with at least one display for visualizing the data, and which has at least one control device for processing the data, characterized in that the control unit a Einprozessorsystem is formed with at least one core. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als ein Radarsystem ausgebildet ist.Apparatus according to claim 12, characterized in that the sensor is designed as a radar system. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Sensor verwendet ist.Apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that exactly one sensor is used. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einprozessorsystem genau mit genau einem Kern verwendet wird.Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that a Einprozessorsystem exactly with exactly one core is used. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuereinheit ein Tablet-PC verwendet wird.Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that a tablet PC is used as a control unit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Display ein Head-Up-Display verwendet wird.Device according to one of claims 12 to 16, characterized in that a head-up display is used as the display. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebssystem für die Steuereinrichtung ein Open-Source-Programm verwendet wird.Device according to one of claims 12 to 17, characterized in that an open-source program is used as the operating system for the control device.
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