DE102015106092A1

DE102015106092A1 - Vorrichtung zur Erkennung von sich nähernden Objekten

Info

Publication number: DE102015106092A1
Application number: DE102015106092.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Ruppel; Mario Münzberg; Hubertus Haan
Original assignee: Airbus DS Optronics GmbH
Current assignee: Hensoldt Optronics GmbH
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2016-10-27
Also published as: GB2537723A; GB201603412D0; GB2537723B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erkennung von sich nähernden Objekten, wenigstens umfassend eine, insbesondere rotierende Radareinrichtung (2), eine Infrarotkamera (3) mit wenigstens einem Infrarotdetektor (3.1), wobei die Infrarotkamera (3) und/oder der wenigstens eine Infrarotdetektor (3.1) unmittelbar an der Radareinrichtung (2) angeordnet sind, und eine Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit (4), welche von der Radareinrichtung (2) und von der Infrarotkamera (3) erfasste Detektionssignale erhält, und welche dazu eingerichtet ist anhand der ihr zugeführten Detektionssignale der Radareinrichtung (2) und der Infrarotkamera (3) zu erkennen, ob ein sich näherndes Objekt vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung von sich nähernden Objekten.
Rotierende Radareinrichtungen (z. B. auf See oder an Land) zur Erkennung von sich nähernden, insbesondere anfliegenden Objekten, wie beispielsweise Raketen, Drohnen, Mörsergeschosse oder andere explosive Objekte sind hinlänglich bekannt. Allerdings ist die Häufigkeit von Fehlalarmen dieser herkömmlichen Radareinrichtungen vergleichsweise hoch. Eine zu niedrige Detektionsschwelle führt nicht selten zu falschen positiven Detektionen, also zur Auslösung eines Alarms, obwohl sich kein Objekt nähert. Eine zu hohe Detektionsschwelle führt jedoch zu falschen negativen Detektionen, d. h. ein Alarm bleibt aus, obwohl sich tatsächlich ein Objekt nähert.
Infrarotkameras oder Wärmebildkameras bzw. Wärmebildgeräte werden ebenfalls dazu genutzt, sich nähernde Objekte zu identifizieren. Infrarotkameras detektieren die Wärmestrahlung sich nähernder Objekte, wie beispielsweise erhitzte Flugkörperspitzen, die Wärme von Abgasen oder erhitzte Komponenten von Motoren. Üblicherweise lassen derartige Infrarotkameras lediglich eine Blickrichtung zu, wodurch mehrere stationäre Infrarotkameras oder der Einsatz eines Rotors, mit welchem ein oder mehrere Infrarotkameras horizontal bewegt werden, notwendig sind, wenn eine Rundumsicht bzw. ein Rundumschutz gewünscht ist. Dadurch werden Überwachungssysteme mit Infrarotkameras verhältnismäßig kostenintensiv.
Darüber hinaus führt der Trend zu kleineren Signaturen kombiniert mit den Falschalarmraten beider vorstehend beschriebener Verfahren zunehmend zur Einschränkung der jeweiligen Systemleistung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, sich insbesondere durch eine höhere Detektionsgenauigkeit und eine reduzierte Fehlalarmrate auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung von sich nähernden Objekten umfasst wenigstens eine, insbesondere rotierende oder sich zumindest in einem Winkelbereich um die eigene Achse drehende, Radareinrichtung, eine Infrarotkamera mit wenigstens einem Infrarotdetektor, wobei die Infrarotkamera und/oder der wenigstens eine Infrarotdetektor unmittelbar an der Radareinrichtung angeordnet sind, und eine Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit, welche von der Radareinrichtung und von der Infrarotkamera erfasste Detektionssignale erhält, und welche dazu eingerichtet ist, anhand der ihr zugeführten Detektionssignale der Radareinrichtung und der Infrarotkamera zu erkennen, ob ein sich, insbesondere der Vorrichtung näherndes Objekt vorhanden ist oder nicht.
Durch diese Maßnahmen wird eine einfache Art der Kombination beider Verfahren geschaffen, welche die Fehlalarme deutlich reduziert. Die Infrarotkamera, insbesondere Wärmebildkamera wird direkt an dem Radar befestigt, wodurch eine kontinuierliche und synchrone Bewegung der Infrarotkamera und/oder des wenigstens einen Infrarotdetektors mit der rotierenden Radareinrichtung gewährleistet ist. Es wird daher ein System zur Erkennung von sich nähernden Objekten mit einer Radaranlage in Verbindung mit einer Wärmebildkamera vorgeschlagen.
Weiterhin kann eine Radareinrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Rundumabdeckung von 360° gewährleisten. Eine derartige Radareinrichtung kann eine horizontale Drehrate von 360° pro zwei oder weniger Sekunden aufweisen und einen vertikalen Winkelbereich zwischen 50° und 70°, insbesondere von 60°, erfassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der wenigstens eine Infrarotdetektor der Infrarotkamera derart an der Radareinrichtung angeordnet sein, dass seine Zeilen oder Spalten parallel zu einer Rotationsrichtung der Radareinrichtung verlaufen.
Dabei kann der wenigstens eine Infrarotdetektor als Flächendetektor ausgeführt sein.
Die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit kann dazu eingerichtet sein, die Detektionssignale der Infrarotkamera und der Radareinrichtung örtlich und zeitlich zu korrelieren. Zur Reduktion der Falschalarmrate werden die Detektionen von Wärmebildkamera und Radar örtlich und zeitlich korreliert.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nur dann festgestellt oder erkannt, dass ein sich näherndes Objekt vorhanden ist, wenn sowohl in den Detektionssignalen der Radareinrichtung als auch in den Detektionssignalen der Infrarotkamera ein sich näherndes Objekt erfasst wird. Bei dieser vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante wird nur dann ein Ziel erkannt, wenn beide Messprinzipien zur Detektion führen. Durch die Unabhängigkeit beider Messungen werden falsche positive Detektionen nahezu ausgeschlossen. Dadurch ist es möglich die Detektionsschwellen der Sensoren der Radareinrichtung und der Infrarotkamera bzw. des Infrarotdetektors abzusenken, wodurch das Gesamtsystem zur Erkennung sich nähernder Objekte präziser und empfindlicher wird, was wiederum dazu führt, dass falsche negative Detektionen reduziert werden können.
Die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit kann dazu eingerichtet sein, die Erkennung ob ein sich näherndes Objekt vorhanden ist mittels einer Schwellwertanalyse durchzuführen.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, auf den in den Detektionssignalen der Infrarotkamera enthaltenen Bildpunkten eine Faltungsoperation horizontal mit einem gleitenden Fenster einer berechneten Verschmierungsbreite auszuführen. Es wird in Kauf genommen, dass bei der Rotation eine unscharfe Abbildung auf dem Detektor entsteht, da während der Belichtungszeit von z. B. 10 ms ein Punktziel über mehrere Pixel verschmiert abgebildet wird. Die Verschmierung hängt von der Rotationsgeschwindigkeit der Anlage ab, ist berechenbar und genau horizontal. Durch die Faltungsoperation wird das Signal-Rausch-Verhältnis, welches durch die Rotation der Radareinrichtung und der daran befindlichen Infrarotkamera bzw. des Infrarotdetektors entsteht, verbessert, bevor eine Schwellwertanalyse zur Detektion eingesetzt wird.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig anhand der Zeichnung beschrieben.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung sich nähernder Objekte.
In der Figur ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Erkennung sich nähernder Objekte dargestellt. Die Vorrichtung weist eine rotierende Radareinrichtung 2 und eine stark vereinfacht dargestellte Infrarotkamera 3 auf, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Wärmebildkamera ausgeführt ist. Die Infrarotkamera 3 weist wenigstens einen als Wärmebilddetektor ausgebildeten Infrarotdetektor 3.1 auf. Die Infrarotkamera 3 oder zumindest der wenigstens eine Infrarotdetektor 3.1 sind unmittelbar an der Radareinrichtung 2 angeordnet. Durch eine derartige Anordnung ist die kontinuierliche und synchrone Bewegung der Infrarotkamera 3 und/oder des wenigstens einen Infrarotdetektors 3.1 mit der Bewegung der Radareinrichtung 2 gewährleistet. Weiterhin kann die Radareinrichtung 2 eine Rundumabdeckung von 360° gewährleisten. Dabei kann die Radareinrichtung 2 eine horizontale Drehrate von 360° pro 2 s aufweisen und einen vertikalen Winkel zwischen 50° und 70°, insbesondere von 60°, erfassen.
Für die Infrarotkameras 3 können sowohl Wärmebildbereiche wie LWIR, MWIR, VLWIR, FIR als auch SWIR, NIR in Betracht kommen. Insbesondere sind als Infrarotkameras 3 Wärmebildkameras im mittleren Infrarotbereich (MWIR), insbesondere von etwa 3 μm bis 5 μm oder im langwelligen Infrarotbereich, insbesondere von etwa 7 μm bis 14 μm, vorzugsweise von etwa 8 μm bis 12 μm, geeignet.
Die Radareinrichtung 2 und die Infrarotkamera 3 sind mit einer vereinfacht dargestellten Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 der Vorrichtung 1 kommunikationsverbunden. Die von der Radareinrichtung 2 und von der Infrarotkamera 3 erfassten Detektionssignale können über entsprechende Verbindungen 5 (gestrichelt angedeutet), wie beispielsweise handelsübliche Datenkabel oder Funkverbindungen, beispielsweise Bluetooth, WLAN oder dergleichen, an die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 weitergeleitet werden. Die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 kann dazu eingerichtet sein, auf den in den Detektionssignalen der Infrarotkamera 3 enthaltenen Bildpunkten eine Faltungsoperation horizontal mit einem gleitenden Fenster einer berechneten Verschmierungsbreite auszuführen. Die von der Radareinrichtung 2 und der Infrarotkamera 3 erfassten Detektionssignale werden in der Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 derart verarbeitet, dass Auskunft darüber gegeben werden kann, ob ein sich näherndes Objekt vorhanden ist. Die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 ist somit dazu eingerichtet, anhand der ihr zugeführten Detektionssignale der Radareinrichtung 2 und der Infrarotkamera 3 zu erkennen, ob ein sich näherndes Objekt vorhanden ist oder nicht. Die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 kann dazu eingerichtet sein, die Erkennung ob ein sich näherndes Objekt vorhanden ist mittels einer Schwellwertanalyse durchzuführen. Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses kann ein Infrarotdetektor verwendet werden, der synchron zur Drehgeschwindigkeit Signale innerhalb einer Infrarot-CCD-Zeile analog zum Time Delay and Integration(TDI)-Verfahren von Infrarotzeilendetektoren aufaddiert.
Die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit 4 kann ferner dazu eingerichtet sein, die Detektionssignale der Infrarotkamera 3 und die Detektionssignale der Radareinrichtung 2 örtlich und zeitlich zu korrelieren. Es kann vorgesehen sein, dass nur dann erkannt wird, dass ein sich näherndes Objekt vorhanden ist, wenn sowohl in den Detektionssignalen der Radareinrichtung 2 als auch in den Detektionssignalen der Infrarotkamera 3 ein sich näherndes Objekt erfasst wird.
Der wenigstens eine Infrarotdetektor 3.1 der Infrarotkamera 3 ist derart an der Radareinrichtung 2 angeordnet ist, dass seine Zeilen oder Spalten parallel zu einer Rotationsrichtung der Radareinrichtung 2 verlaufen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der wenigstens eine Infrarotdetektor 3.1 als Flächendetektor ausgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Erfindungsgemäße Vorrichtung
2: Radareinrichtung
3: Infrarotkamera
3.1: Infrarotdetektor
4: Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit
5: Verbindungen

Claims

Vorrichtung (1) zur Erkennung von sich nähernden Objekten, wenigstens umfassend: – eine, insbesondere rotierende Radareinrichtung (2); – eine Infrarotkamera (3), mit wenigstens einem Infrarotdetektor (3.1), wobei die Infrarotkamera (3) und/oder der wenigstens eine Infrarotdetektor (3.1) unmittelbar an der Radareinrichtung (2) angeordnet sind; und – eine Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit (4), welche von der Radareinrichtung (2) und von der Infrarotkamera (3) erfasste Detektionssignale erhält, und welche dazu eingerichtet ist anhand der ihr zugeführten Detektionssignale der Radareinrichtung (2) und der Infrarotkamera (3) zu erkennen, ob ein sich näherndes Objekt vorhanden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Infrarotdetektor (3.1) der Infrarotkamera (3) derart an der Radareinrichtung (2) angeordnet ist, dass seine Zeilen oder Spalten parallel zu einer Rotationsrichtung der Radareinrichtung (2) verlaufen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Infrarotdetektor (3.1) als Flächendetektor ausgeführt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit (4) dazu eingerichtet ist, die Detektionssignale der Infrarotkamera (3) und die Detektionssignale der Radareinrichtung (2) örtlich und zeitlich zu korrelieren.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nur dann erkannt wird, dass ein sich näherndes Objekt vorhanden ist, wenn sowohl in den Detektionssignalen der Radareinrichtung (2) als auch in den Detektionssignalen der Infrarotkamera (3) ein sich näherndes Objekt erfasst wird.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit (4) dazu eingerichtet ist, auf den in den Detektionssignalen der Infrarotkamera (3) enthaltenen Bildpunkten eine Faltungsoperation horizontal mit einem gleitenden Fenster einer berechneten Verschmierungsbreite auszuführen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit (4) dazu eingerichtet ist, die Erkennung ob ein sich näherndes Objekt vorhanden ist mittels einer Schwellwertanalyse durchzuführen.