DE102016013944B4 - Detector system for the demand-controlled marking of aviation obstacles - Google Patents

Detector system for the demand-controlled marking of aviation obstacles Download PDF

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Abstract

Detektorsystem für die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen (10), wie Windkraftanlagen (12) oder dergleichen, bei Aufenthalt eines Objekts, insbesondere eines Luftfahrzeugs, in einem Wirkungsraum, welcher sich horizontal in einem Radius von mindestens 4.000 m und vertikal bis zu einer Höhe von mindestens 600 m um das wenigstens eine Luftfahrthindernis (10) herum erstreckt,mitmindestens zwei räumlich voneinander getrennten Kamerasensoren (1), die jedes Objekt im vorbezeichneten Wirkungsraum abbilden, und/oder wenigstens einem Mikrophonsensor (2), welcher in der Nähe der Peripherie des Wirkungsraumes des Detektorsystems (14) angeordnet ist sowie wenigstens einer mit diesem/diesen verbundene Detektor-Auswertungseinheit (3), mittels der die mindestens zwei Kamerasensoren (1) stereoskopisch ausgewertet werden, wobeidie Detektor-Auswertungseinheit (3) derart ausgebildet ist, dass sie aus den bei ihr eingehenden Signalen (9, 13) des Sensors (1; 2)/der Sensoren (1, 2) die Anwesenheit eines Luftfahrzeugs in dem vorbezeichneten Wirkungsraum ermittelt und in diesem Fall ein Einschaltsignal (4) für die Kennzeichnung ausgibt.Detector system for the demand-controlled identification of aviation obstacles (10), such as wind turbines (12) or the like, when an object, in particular an aircraft, is in an effective area which extends horizontally in a radius of at least 4,000 m and vertically up to a height of at least 600 m around the at least one aviation obstacle (10), with at least two spatially separate camera sensors (1) which image each object in the aforementioned effective space, and/or at least one microphone sensor (2), which is located near the periphery of the effective space of the detector system (14) and at least one detector-evaluation unit (3) connected thereto, by means of which the at least two camera sensors (1) are stereoscopically evaluated, the detector-evaluation unit (3) being designed in such a way that it consists of the two her incoming signals (9, 13) of the sensor (1; 2) / the sensors (1, 2) the Determines the presence of an aircraft in the aforementioned area of action and in this case outputs a switch-on signal (4) for the identification.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Detektorsystem für die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen, wie Windkraftanlagen oder dergleichen, bei Aufenthalt eines Objekts, insbesondere eines Luftfahrzeugs, in einem Wirkungsraum, welcher sich horizontal in einem Radius von mindestens 4.000 m und vertikal bis zu einer Höhe von mindestens 600 m um das wenigstens eine Luftfahrthindernis herum erstreckt.The invention relates to a detector system for the demand-controlled marking of aviation obstacles, such as wind turbines or the like, when an object, in particular an aircraft, is in an effective area which extends horizontally in a radius of at least 4,000 m and vertically up to a height of at least 600 m around the at least one aviation obstacle.

Besonders durch die wachsende Verbreitung von Windkraftanlagen, sowohl alleinstehend als auch in „Windenergieparks“ gruppiert, hat die Anzahl von Luftfahrthindernissen in Deutschland in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Zur Gewährleistung der Luftverkehrssicherheit ist zur Kennzeichnung solcher Anlagen eine visuell auffällige Hindernisbefeuerung, auch vereinfacht Feuer genannt, gesetzlich vorgeschrieben. Eine Verwaltungsvorschrift des Bundesverkehrsministeriums regelt die Einzelheiten. Beispielsweise wird tagsüber weißes Blitzlicht, nachts rotes Blinklicht gefordert, letzteres im periodischen Zyklus „1 sein, 0,5 s aus“.The number of obstacles to aviation in Germany has increased significantly in recent years, particularly as a result of the growing spread of wind turbines, both stand-alone and grouped in “wind energy parks”. To ensure air traffic safety, a visually conspicuous obstruction beacon, also simply referred to as a light, is required by law to mark such systems. An administrative regulation of the Federal Ministry of Transport regulates the details. For example, white flashing light is required during the day and red flashing light at night, the latter in the periodic cycle "be 1, 0.5 s off".

Diese Befeuerungen, dabei vorrangig die nächtlichen Blinklichter, werden von Anwohnern zunehmend als störend und Immobilienverkehrswert senkend gerügt und - insbesondere bei Offshore-Windenergieparks - auch aus ökologischer Sicht, z.B. aus Gründen des Vogelschutzes, kritisiert. Diese Bedenken sind teilweise nachvollziehbar, zumal Windkraftanlagen meist in dünn besiedelten Gebieten stehen, in denen die nächtliche Resthelligkeit um Größenordnungen kleiner ist als in städtischen Wohngebieten, so dass das nachtadaptierte Auge hochempfindlich ist. Hier bilden die Blinklichter an Windenergieanlagen einen wesentlichen Anteil der wahrgenommenen Lichtverschmutzung.These beacons, primarily the flashing lights at night, are increasingly being criticized by residents as being annoying and reducing the market value of real estate and - especially in the case of offshore wind farms - also from an ecological point of view, e.g. for reasons of bird protection. These concerns are partly understandable, especially since wind turbines are usually located in sparsely populated areas where the night-time residual brightness is orders of magnitude smaller than in urban residential areas, so that the night-adapted eye is highly sensitive. Here, the flashing lights on wind turbines make up a significant proportion of the perceived light pollution.

Dieses öffentliche Akzeptanzdefizit verzögert oder verhindert behördliche Genehmigungen einerseits für den Neubau weiterer Windenergieparks und andererseits für den Ersatz bestehender Windkraftanlagen durch neuere, leistungsstärkere, aber auch baulich größere Anlagen, Repowering genannt. Dieses Akzeptanzdefizit kann administrativ nicht übergangen werden, denn die zuständigen baurechtlichen Genehmigungsbehörden sind Teil der regionalen Verwaltungen, die ggf. unmittelbarem Bürgerwiderstand ausgesetzt sind.This public acceptance deficit delays or prevents official approvals on the one hand for the construction of further wind farms and on the other hand for the replacement of existing wind turbines with newer, more powerful but also structurally larger systems, called repowering. This lack of acceptance cannot be ignored administratively, because the responsible building approval authorities are part of the regional administrations, which may be exposed to direct resistance from the public.

Lösungsansätze für diesen Konflikt sind einerseits die Festlegung von Mindestabständen der Windkraftanlagen von Siedlungsgebieten, z.B. 1.000 m, in der Raumplanung der Bundesländer, andererseits die bundesbehördlich zugelassene Verminderung der Lichtstärke der Feuer auf 30% bei Sichtweiten über 5 km und auf 10% bei Sichtweiten über 10 km. Das Problem der Störung und Lichtverschmutzung ist damit gedämpft, bleibt aber grundsätzlich bestehen, folglich auch die zuvor angegebene Akzeptanzproblematik.Approaches to solving this conflict are, on the one hand, the specification of minimum distances between wind turbines and settlement areas, e.g. 1,000 m, in the spatial planning of the federal states, and on the other hand, the reduction of the light intensity of the lights to 30% with visibility over 5 km and to 10% with visibility over 10 km, which is approved by the federal authorities km. The problem of disruption and light pollution is thus subdued, but fundamentally remains, and consequently the previously mentioned problem of acceptance.

Hingegen ist ein als konsensfähig geltender Lösungsansatz die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung des Luftfahrthindernisses: ein Detektorsystem beobachtet einen relevanten Luftraum, auch Wirkungsraum genannt, um das Luftfahrthindernis herum. Meldet das Detektorsystem die dortige Anwesenheit eines Luftfahrzeugs, löst es damit die Einschaltung der Befeuerung im Sinne einer ausfallsicheren „Fail-Safe“-Logik aus: bei Versagen des Detektorsystems schaltet sich die Befeuerung automatisch ein.On the other hand, a solution approach that is considered to be capable of consensus is the needs-based marking of the aviation obstacle: a detector system observes a relevant airspace, also known as the effective space, around the aviation obstacle. If the detector system reports the presence of an aircraft there, it triggers the switching on of the lighting in the sense of a fail-safe logic: if the detector system fails, the lighting switches on automatically.

Der vorgeschriebene Wirkungsraum um die Luftfahrthindernisse erstreckt sich, wie zuvor erwähnt, horizontal in einem Radius von mindestens 4.000 m und vertikal bis zu einer Höhe von mindestens 600 m. Die Hauptproblematik stellt die bedarfsbedingte Nachtkennzeichnung (BNK) dar. Gemäß der deutschen Vorschrift muss sie grundsätzlich von der technischen Ausstattung der Luftfahrzeuge unabhängig sein.As previously mentioned, the prescribed effective area around the obstacles to air traffic extends horizontally over a radius of at least 4,000 m and vertically up to a height of at least 600 m be independent of the technical equipment of the aircraft.

Die Beschreibung der Dimensionen des Wirkungsraums erfordert, dass ein Detektorsystem rundum, im Azimutbereich 0° bis 360°, um das Luftfahrthindernis die Anwesenheit von Luftfahrzeugen im Wirkungsraum erfasst.The description of the dimensions of the impact space requires that a detector system detects the presence of aircraft in the impact space all around, in the azimuth range of 0° to 360°, around the aviation obstacle.

Als technische Lösungen für die Aufgabenstellung der bedarfsgesteuerten Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen, insbesondere Windkraftanlagen, sind Transponder (Sekundärradar), Primärradar und Passivradar bekannt.Transponders (secondary radar), primary radar and passive radar are known as technical solutions for the task of demand-controlled marking of aviation obstacles, in particular wind turbines.

In der DE 10 2009 026 407 A1 ist ein Sekundärradarverfahren beschrieben, bei dem die Hindernisbefeuerung unter Auswertung von Funksignalen von Flugsicherungs-Transpondern der Luftfahrzeuge bedarfsgesteuert eingeschaltet wird, hier insbesondere durch eine landeszentral betriebene Flugsicherungs-Leitstelle. Dieses Verfahren scheidet aber für die Verwendung in Deutschland aus, weil es eine bestimmte technische Ausstattung der Luftfahrzeuge, nämlich Transponder, voraussetzt. Hinzu kommt das Problem, dass in dem hier betreffenden unteren Luftraum der Luftraumklasse G, „Golf‟ überwiegend kleine und langsame Luftfahrzeuge (maximale Startmasse kleiner als 5,7 t, langsamer als 140 kts IAS) anzutreffen sind, die von der gesetzlichen Transponderpflicht freigestellt sind. So erfüllt das Sekundärradar-Verfahren nicht die gesetzlichen Vorschriften, und seine Sicherungsfunktion ist lückenhaft.In the DE 10 2009 026 407 A1 describes a secondary radar method in which the obstacle lighting is switched on as required by evaluating radio signals from air traffic control transponders on the aircraft, in this case in particular by an air traffic control control center operated centrally in the state. However, this procedure cannot be used in Germany because it requires certain technical equipment on the aircraft, namely transponders. There is also the problem that in the relevant lower airspace of airspace class G, "Golf" there are mainly small and slow aircraft (maximum take-off mass less than 5.7 t, slower than 140 kts IAS) that are exempt from the statutory transponder requirement . For example, the secondary radar method does not meet the legal requirements and its security function is incomplete.

Die EP 1 486 798 A2 beschreibt ein Primärradarverfahren, bei dem sich an der Windkraftanlage ein Radarsystem befindet. Der Luftraum wird durch einen aktiven Radarsender überwacht, wobei nach Strahlungsechos von Luftfahrzeugen gesucht wird. Der Vorteil des Primärradarsystems ist, dass keinerlei Kooperation der Luftfahrzeuge benötigt wird und dass ein gut auswertbares Signal-Rausch-Verhältnis >1 erreichbar ist. Ein grundsätzlicher Nachteil des Primärradarsystems ist die dauernde Belegung eines Frequenzbandes sowie die Abhängigkeit der Erfassungsreichweite vom Radarquerschnitt des jeweiligen Luftfahrzeuges und von der atmosphärischen Strahlungsdämpfung, beispielsweise durch Regen. Ein weiterer Nachteil ist die dauernde Emission elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich, die Befürchtungen gesundheitlicher Schädigungen und somit regionale Akzeptanzprobleme zur Folge hat und unter dem Begriff Elektrosmog zusammengefasst wird.the EP 1 486 798 A2 describes a primary radar method in which a radar system is located on the wind turbine. The airspace is monitored by an active radar transmitter, looking for radiated returns from aircraft. The advantage of the primary radar system is that no cooperation of the aircraft is required and that a signal-to-noise ratio >1 that can be evaluated well is achievable. A fundamental disadvantage of the primary radar system is the permanent occupancy of a frequency band and the dependence of the detection range on the radar cross-section of the respective aircraft and on the atmospheric radiation attenuation, for example by rain. Another disadvantage is the constant emission of electromagnetic radiation in the microwave range, which leads to fears of damage to health and thus problems with regional acceptance and is summarized under the term electrosmog.

Ein generelles Problem von Windkraftanlagen ist, dass sie Navigationsausrüstungen der Luftfahrt stören können, weshalb der Bau von Windenergieparks in einem Radius von 15 km um hoheitliche Radaranlagen und UKW-Drehfunkfeuer nicht zulässig ist.A general problem with wind turbines is that they can interfere with aviation navigation equipment, which is why the construction of wind farms within a radius of 15 km around government radar systems and VHF rotary radio beacons is not permitted.

In der Praxis werden zur Überwachung des Luftverkehrs in der Umgebung von Windkraftanlagen Primärradarsysteme in der Art von Überwachungsradars verwendet, beispielsweise das System Airspex, basierend auf dem FMCW-Doppler-Radarsensor Spexer 500 des Herstellers Airbus, mit fest montierter, elektronisch strahlschwenkender Arrayantenne, oder das System Scanter des Herstellers Terma, ein Impulsradar mit rotierender Balkenantenne.In practice, primary radar systems of the type of surveillance radars are used to monitor air traffic in the vicinity of wind turbines, for example the Airspex system, based on the FMCW Doppler radar sensor Spexer 500 from the manufacturer Airbus, with a permanently mounted, electronically beam-steering array antenna, or the System Scanter manufactured by Terma, an impulse radar with a rotating bar antenna.

Ein solches Primärradarsystem gibt als geometrischen Ort eines entdeckten Luftfahrzeugs einen radialen Abstand vom Radarsystem an, ggf. auch eine Azimutrichtung. Der radiale Abstand entspricht einem Viertelkreisbogen vom Horizont bis zum Zenit auf einem Kugelsegment um das Radarsystem, mit dem Radargerät als Zentrum und dem radargemessenen Abstand als Radius.Such a primary radar system specifies a radial distance from the radar system as the geometric location of a detected aircraft, possibly also an azimuth direction. The radial distance corresponds to a quarter-circle arc from the horizon to the zenith on a segment of a sphere around the radar system, with the radar device as the center and the radar-measured distance as the radius.

Dadurch ist eine Information über die Flughöhe des Luftfahrzeugs nicht vorhanden. Somit würde die Hinderniskennzeichnung bestimmungsgemäß eingeschaltet, wenn sich ein Luftfahrzeug im Wirkungsraum befindet. Die Hinderniskennzeichnung würde auch dann eingeschaltet, wenn sich das Luftfahrzeug über dem Wirkungsraum aber noch innerhalb des radarerfassten Kugelsegments befindet und dabei ausreichenden Radarquerschnitt, z.B. metallische Tragflächen in steilem Aspektwinkel, aufweist, um durch ein Nebenmaximum der Antennencharakteristik erfasst zu werden. Das betreffende Kugelsegment reicht bis mindestens 4.000 m Höhe über Grund, also durch den - über dem Luftraum G liegenden - Luftraum E „Echo“, 750 bis 3.000 m hindurch in den darüberliegenden Luftraum C „Charlie“, über 3.000 m, der von der Verkehrsluftfahrt genutzt wird; der Luftraum E wird überwiegend für Überlandflüge der allgemeinen Luftfahrt genutzt.As a result, information about the flight altitude of the aircraft is not available. The obstacle marking would thus be switched on as intended when an aircraft is in the effective area. The obstacle marking would also be switched on if the aircraft is above the effective area but still within the spherical segment detected by the radar and has sufficient radar cross-section, e.g. metallic wings in a steep aspect angle, to be detected by a secondary maximum of the antenna characteristic. The spherical segment in question extends to at least 4,000 m above ground, i.e. through airspace E "Echo", 750 to 3,000 m - lying above airspace G - into airspace C "Charlie", over 3,000 m, which is used by commercial aviation is being used; Airspace E is mainly used for general aviation cross-country flights.

Das Detektionsvolumen eines solchen Überwachungsradars für die bedarfsgesteuerte Hinderniskennzeichnung ist mindestens vierfach größer als der dem Radarsystem zur Überwachung zugewiesene Teil des Wirkungsraums des Detektorsystems für die bedarfsgesteuerte Hinderniskennzeichnung. D.h. die Befeuerung würde großenteils in Situationen eingeschaltet, in denen sie gar nicht erforderlich, also bestimmungswidrig ist. Dies würde von den Anwohnern bemerkt und könnte die regionale Akzeptanz der bedarfsgesteuerten Hinderniskennzeichnung in Frage stellen.The detection volume of such a surveillance radar for on-demand obstacle identification is at least four times greater than the part of the effective area of the detector system for on-demand obstacle identification assigned to the radar system for monitoring. This means that the lighting would mostly be switched on in situations in which it was not required at all, i.e. not in accordance with the regulations. This would be noticed by local residents and could challenge regional acceptance of on-demand obstacle marking.

Im Fall des Passivradars wird der Effekt genutzt, dass die Emissionen von permanent aktiven Funksendern, z.B. Rundfunk- und Fernsehsender (UKW, DAB, DVB-T) oder Mobilfunksender (GSM, UMTS), an Luftfahrzeugen reflektiert bzw. gestreut werden und somit in passiver Peilung und Signalkorrelation Ortungsinformationen liefern können. Diese Möglichkeit ist allerdings bisher noch Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Der Vorteil dieses Verfahrens ist der Betrieb ohne eigene elektromagnetische Emissionen. Ein technisches Problem für die Realisierung ist, dass die Reflexionen und Streuungen der externen elektromagnetischen Wellenfelder an Luftfahrzeugen im Vergleich zu den erzeugenden Feldstärken gering sind und dass bodenseitiger Straßen- und Schienenverkehr ähnliche Reflexions- und Streuungseffekte erzeugt wie Luftverkehr.In the case of passive radar, the effect is used that the emissions from permanently active radio transmitters, e.g. radio and television transmitters (VHF, DAB, DVB-T) or mobile radio transmitters (GSM, UMTS), are reflected or scattered on aircraft and thus in a passive manner Direction finding and signal correlation can provide location information. However, this possibility is still the subject of research and development. The advantage of this method is the operation without own electromagnetic emissions. A technical problem for the realization is that the reflections and scattering of the external electromagnetic wave fields on aircraft are low compared to the generated field strengths and that road and rail traffic on the ground produce similar reflection and scattering effects as air traffic.

In der DE 10 2006 007 536 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Hinderniskennzeichnung von Windenergieanlagen nur eingeschaltet wird, wenn ein Funkempfänger an der Windenergieanlage von Luftfahrzeugen ausgesandte Funksignale empfangen und in der Auswertung einen Rückschluss auf die Anwesenheit eines Luftfahrzeugs im Wirkungsraum gezogen hat. In der Erweiterung kann die Windkraftanlage auch selbst Funksignale an den umgebenden Funkverkehr aussenden. Ähnlich wie das Sekundärradarverfahren setzt dieses Verfahren jedoch eine bestimmte technische Ausstattung der Luftfahrzeuge voraus und erfüllt dadurch nicht die Vorschrift.In the DE 10 2006 007 536 A1 a method is described in which the obstacle marking of wind turbines is only switched on if a radio receiver on the wind turbine has received radio signals transmitted by aircraft and, in the evaluation, has drawn a conclusion about the presence of an aircraft in the effective area. As an extension, the wind turbine itself can also transmit radio signals to the surrounding radio traffic. Similar to the secondary radar method, however, this method requires certain technical equipment on the aircraft and therefore does not comply with the regulation.

In ähnlicher Weise wertet ein Verfahren gemäß der WO 2006/092 137 A1 mittels Funkempfängern an der Windenergieanlage Funkemissionen von Luftfahrzeugen aus, um daraus deren Relativbewegung zu ermitteln und im Gefahrenfall die Aktivierung der Hinderniskennzeichnung zu bewirken. Somit setzt aber auch dieses Verfahren eine bestimmte technische Ausstattung der Luftfahrzeuge voraus und erfüllt dadurch nicht die Vorschrift.Similarly, a method according to the WO 2006/092 137 A1 radio emissions from aircraft by means of radio receivers on the wind turbine in order to determine their relative movement and to activate the obstacle marking in the event of danger. However, this method also sets a certain technical equipment of the aircraft and therefore does not fulfill the regulation.

Das Dokument US 2016/0050889 A1 beschreibt einen Kamerasensor zur Entdeckung von Vögeln oder Fledermäusen in der Umgebung von Windenergieanlagen. Dabei handelt es sich um eine Panoramakamera mit einem festen, im Wesentlichen Halbkugel-Gesichtsfeld und einem zusätzlichen ausrichtbaren Tele-Gesichtsfeld. Das System zielt auf die algorithmische Erkennung von Vögeln oder Fledermäusen bei Tageslicht, anhand ihrer Abbilder im Kamerasensor, unter anderem mittels der Flügelform. Auch die Abstandsschätzung zu dem fliegenden Tier erfolgt aus dessen Abbild im Kamerasensor oder mittels einer Stereoanordnung von zwei Tele-Gesichtsfeldern.The document US 2016/0050889 A1 describes a camera sensor for detecting birds or bats in the vicinity of wind turbines. This is a panoramic camera with a fixed, essentially hemispherical field of view and an additional adjustable telephoto field of view. The system is aimed at the algorithmic recognition of birds or bats in daylight based on their images in the camera sensor, including the shape of their wings. The distance to the flying animal is also estimated from its image in the camera sensor or by means of a stereo arrangement of two telephoto fields of view.

Ferner ist aus der DE 10 2011 086 990 A1 ein Detektorsystem für die Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen mit wenigstens einem Mikrofonsensor sowie wenigstens einer Detektor-Auswertungseinheit bekannt. Die Detektor-Auswertungseinheit ist derart ausgebildet, dass sie aus den bei ihr eingehenden Signalen die Anwesenheit eines Luftfahrzeugs ermittelt und in diesem Fall ein Einschaltsignal für die Kennzeichnung ausgibt. Gemäß diesem Dokument sind zwei oder mehr Mikrofone, beispielhaft drei Mikrofone, unmittelbar an einer Gondel einer Windenergieanlage angebracht.Furthermore, from the DE 10 2011 086 990 A1 a detector system for marking aviation obstacles with at least one microphone sensor and at least one detector evaluation unit is known. The detector-evaluation unit is designed in such a way that it determines the presence of an aircraft from the signals it receives and, in this case, emits a switch-on signal for the identification. According to this document, two or more microphones, for example three microphones, are attached directly to a nacelle of a wind turbine.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Detektorsystem der vorgenannten Art zu schaffen, das für die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen bei Aufenthalt eines Objekts, insbesondere eines Luftfahrzeugs, in einem vorbestimmten Wirkungsraum um das Luftfahrthindernis herum geeignet ist.Proceeding from this state of the art, the object of the invention is to create a detector system of the aforementioned type that is suitable for the needs-controlled marking of aviation obstacles when an object, in particular an aircraft, is in a predetermined effective area around the aviation obstacle.

Diese Aufgabe wird durch ein Detektorsystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Detektorsystems sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is solved by a detector system according to independent patent claim 1 . Advantageous configurations of the detector system according to the invention are the subject matter of the dependent patent claims and result from the following description of the invention.

Zum Verständnis der erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe sei nachfolgend der Gesamtrahmen der technischen Lehre umrissen:

  • Die beiden die Tauglichkeit eines Verfahrens zur bedarfsgesteuerten Hinderniskennzeichnung bewertenden Instanzen sind (a) die luftverkehrsrechtliche Zulassungsstelle und (b) die regionale Bürgerakzeptanz. Die Kernproblematik ist die bedarfsgesteuerte Nachtkennzeichnung (BNK) von Luftfahrthindernissen, so dass sich die nachfolgenden Ausführungen auf diese konzentrieren.
In order to understand the solution to this problem according to the invention, the overall framework of the technical teaching is outlined below:
  • The two bodies evaluating the suitability of a process for needs-based obstacle marking are (a) the air traffic licensing authority and (b) the regional public acceptance. The core problem is the demand-controlled night marking (BNK) of aviation obstacles, so that the following explanations focus on this.

Relevant für die Erfassung durch das Detektorsystem sind alle Luftfahrzeuge im Wirkungsraum, die nach Sichtflugregeln (Visual Flight Rules - VFR) insbesondere bei Nacht (Night VFR - NVFR) den unkontrollierten unteren Luftraum, nämlich den Luftraum der Klasse G, in Distanz von Flughafenkontrollzonen bis 750 m über Grund reichend, in Sichtflugbedingungen (Visual Meteorological Conditions - VMC) nutzen dürfen. NVFR bedeutet gemäß der 2015 erfolgten Anpassung der deutschen Luftverkehrsordnung an die EU-Vorschrift SERA im Luftraum G eine Haupt-Wolkenuntergrenze von mindestens 500 m über Grund, bis 300 m über Grund dauernde Bodensicht, minimale horizontale Sichtweite („Flugsicht“) bis 300 m Flughöhe über Grund für Flugzeuge von 1.500 m, für Hubschrauber von 800 m, Höchstgeschwindigkeit von 140 kts IAS (ca. 260 km/h relativ zur Luft), oberhalb 300 m Flughöhe über Grund eine minimale Sichtweite von 5 km, für Hubschrauber von 3 km, einen Abstand von Wolken von mindestens 500 m horizontal und 300 m vertikal. Relevant for the detection by the detector system are all aircraft in the effective area, according to visual flight rules (Visual Flight Rules - VFR), especially at night (Night VFR - NVFR), the uncontrolled lower airspace, namely the airspace of class G, at a distance of up to 750 m from airport control zones m above the ground in Visual Meteorological Conditions (VMC). According to the 2015 adaptation of the German air traffic regulations to the EU regulation SERA in airspace G, NVFR means a main cloud base of at least 500 m above ground, up to 300 m above ground permanent ground visibility, minimum horizontal visibility ("flight visibility") up to 300 m flight altitude 1,500 m above ground for airplanes, 800 m for helicopters, maximum speed of 140 kts IAS (approx. 260 km/h relative to the air), above 300 m flight altitude above ground a minimum visual range of 5 km, for helicopters 3 km, a distance from clouds of at least 500 m horizontally and 300 m vertically.

Darüber hinaus beträgt die Mindestflughöhe bei VFR-Nachtflügen in der Umgebung von Luftfahrthindernissen 300 m über dem höchsten Hindernis in einem Umkreis von 8 km.In addition, the minimum flight altitude for VFR night flights in the vicinity of aviation obstacles is 300 m above the highest obstacle within a radius of 8 km.

Im technisch und pilotenseitig fehlerfreien Normalbetrieb sollte niemals ein Luftfahrzeug in den als Flugbeschränkungsgebiet in den Luftfahrtkarten eingetragenen Wirkungsraum um ein Luftfahrthindernis einfliegen. Dieser Fall tritt nur als Folge von Führungsfehlern der Piloten oder infolge von technischen Fehlern des Luftfahrzeugs ein; in diesem Fall soll mittels der Hinderniskennzeichnung den Piloten noch rechtzeitig die Möglichkeit gegeben werden, durch Flugbahnkorrekturen Kollisionen mit den Luftfahrthindernissen zu vermeiden.In technically and pilot-wise error-free normal operation, an aircraft should never fly into the effective area around an aviation obstacle entered as a flight restriction area in the aeronautical charts. This case only occurs as a result of pilot errors or as a result of technical errors in the aircraft; in this case, the obstacle marking should give the pilot the opportunity in good time to avoid collisions with the aviation obstacles by correcting the flight path.

Sofern die Piloten in der Flughöhe über 300 m über Grund die NVFR-Anforderungen für die Sichtweite von mindestens 5 km beachten, werden sie problemlos die Hinderniskennzeichnung sehen, die entweder dauernd eingeschaltet ist oder bei ihrem Einflug in den Wirkungsraum bedarfsgesteuert eingeschaltet wurde.Provided that pilots at altitudes above 300 m above ground observe the NVFR requirements for a visual range of at least 5 km, they will easily see the obstacle markings, which are either permanently on or have been switched on on demand when they entered the effective space.

Dies ist jedoch in der Flughöhe unter 300 m nicht der Fall. Dort beträgt die minimale Sichtweite 1,5 km. In diesem Fall nehmen die Piloten die eingeschaltete Hinderniskennzeichnung erst wahr, wenn sie bereits tief in den Wirkungsraum hineingeflogen sind, bis zum horizontalen Hindernisabstand ca. 1,5 km. Sie haben daraufhin aber ausreichende Möglichkeit, ihren Führungsfehler zu bemerken und zu korrigieren.However, this is not the case at altitudes below 300 m. The minimum visibility there is 1.5 km. In this case, the pilots only notice the switched-on obstacle marking when they have already flown deep into the effective area, up to the horizontal obstacle distance of approx. 1.5 km. However, they then have sufficient opportunity to notice and correct their leadership error.

Als entscheidende Größe für die Wirksamkeit der Hinderniskennzeichnung zeigt sich somit die Sichtweite, die hier nachfolgend als Oberbegriff für (a) die Sichtweite bei Tageslicht und (b) die Tragweite von Lichtquellen bei Nacht verwendet wird.Visibility, which is used here as a generic term for (a) daylight visibility; and (b) night range of light sources.

In der betrieblichen Praxis sind vier Fälle zu unterscheiden:

  • „Sehr kleine Sichtweite“ z.B. kleiner als 500 m: Die Hinderniskennzeichnung wird permanent eingeschaltet. Die Akzeptanz der Anwohner ist zu erwarten, weil sie durch den Mindestabstand zu Siedlungsgebieten und die atmosphärische Dämpfung diese Befeuerung nicht oder kaum bemerken. Luftverkehr ist unter derart geringer Sichtweite nicht zulässig und wegen der Eigeneinschätzung der hohen Unfallrisiken durch die Piloten tatsächlich nicht zu erwarten.
In operational practice, a distinction must be made between four cases:
  • "Very small visibility" eg less than 500 m: The obstacle marking is switched on permanently. The acceptance of the local residents is to be expected because they hardly or hardly notice this lighting due to the minimum distance to settlement areas and the atmospheric damping. Air traffic is not permitted with such low visibility and is not to be expected due to the pilots' own assessment of the high accident risks.

„Kleine Sichtweite“ z.B. 500 bis 1.500 m: Luftverkehr ist in diesem Sichtweitenbereich nicht zulässig, kann aber infolge Fehleinschätzung von Piloten eintreten. Das permanente Einschalten der Hinderniskennzeichnung stört die Anwohner, und sei es als diffuses Blinken des diesigen oder nebligen Nachthimmels. Deshalb ist für diesen Fall die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung erforderlich."Small visibility" e.g. 500 to 1,500 m: Air traffic is not permitted in this visibility range, but can occur as a result of pilot misjudgment. The permanent switching on of the obstacle markings disturbs the residents, be it as a diffuse blinking of the hazy or foggy night sky. In this case, therefore, needs-driven labeling is required.

„Mittlere Sichtweite“ z.B. 1.500 bis 5.000 m: Luftverkehr ist in diesem Sichtweitenbereich zulässig. Permanenter Betrieb der Hinderniskennzeichnung stört die Anwohner. Deshalb ist auch für diesen Fall die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung erforderlich."Medium visibility" e.g. 1,500 to 5,000 m: Air traffic is permitted in this visibility range. Permanent operation of the obstacle marking disturbs the residents. For this reason, needs-based labeling is also required in this case.

„Große Sichtweite“ z.B. größer als 5.000 m: Luftverkehr ist in diesem Sichtweitenbereich zulässig. Permanenter Betrieb der Hinderniskennzeichnung stört die Anwohner in großem Umkreis. Deshalb ist auch für diesen Fall die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung erforderlich."Great visibility" e.g. greater than 5,000 m: Air traffic is permitted in this visibility range. Permanent operation of the obstacle marking disturbs the residents in a large area. For this reason, needs-based labeling is also required in this case.

Detektorsysteme für die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen, wie Windkraftanlagen, benötigen für ihren Einsatz eine behördliche Baumusterzulassung, die den Nachweis der Erfüllung vorgegebener technischer Merkmale voraussetzt. Nicht festgelegt sind maximal zulässige Raten von (a) Nicht-Entdeckung im Wirkungsraum befindlicher Luftfahrzeuge und (b) Einschaltung der Hinderniskennzeichnung, ohne dass sich ein Luftfahrzeug im Wirkungsraum befindet, also Fehlalarm. Während Nicht-Entdeckung zulassungsrelevant sein kann, vermindern Fehlalarme nicht die Verkehrssicherheit. Eine hohe Fehlalarmrate kann aber die regionale Akzeptanz der bedarfsbedingten Hinderniskennzeichnung in Frage stellen. Die technischen Ziele des Detektorsystems unabhängig davon, auf welchem Funktionsprinzip dieses beruht, sind also minimale Raten der Nicht-Entdeckung und Fehlalarme.Detector systems for the demand-controlled marking of aviation obstacles, such as wind turbines, require an official type approval for their use, which requires proof of the fulfillment of specified technical features. The maximum permissible rates of (a) non-detection of aircraft in the area of effect and (b) activation of the obstacle marking without an aircraft being in the area of effect, i.e. false alarms, are not specified. While non-detection can be relevant for approval, false alarms do not reduce road safety. However, a high rate of false alarms can call into question the regional acceptance of need-based obstacle marking. The technical goals of the detector system, regardless of which functional principle it is based on, are minimal rates of non-detection and false alarms.

Erfindungsgemäß ist ein Detektorsystem für die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen, wie Windkraftanlagen oder dergleichen, bei Aufenthalt eines Objekts, insbesondere eines Luftfahrzeugs, in einem Wirkungsraum, welcher sich horizontal in einem Radius von mindestens 4.000 m und vertikal bis zu einer Höhe von mindestens 600 m um das wenigstens eine Luftfahrthindernis herum erstreckt, vorgesehen, wobei das Detektorsystem mindestens zwei räumlich voneinander getrennte Kamerasensoren, die jedes Objekt im vorbezeichneten Wirkungsraum abbilden, und/oder wenigstens einen Mikrofonsensor, welcher in der Nähe der Peripherie des Wirkungsraumes des Detektorsystems angeordnet ist, sowie wenigstens eine mit diesem/diesen verbundene Detektor-Auswertungseinheit aufweist, mittels der die mindestens zwei Kamerasensoren stereoskopisch ausgewertet werden, wobei die Detektor-Auswertungseinheit derart ausgebildet ist, dass sie aus den bei ihr eingehenden Signalen des Sensors/der Sensoren die Anwesenheit eines Luftfahrzeugs in dem vorbezeichneten Wirkungsraum ermittelt und in diesem Fall ein Einschaltsignal für die Kennzeichnung ausgibt. Vorteilhaft ist dabei, dass die wenigstens zwei Kamerasensoren und/oder der wenigstens eine Mikrophonsensor nicht auf Radar beruhen und insofern die dabei auftretenden leistungsstarken Funkemissionen vermieden werden.According to the invention, a detector system for the demand-controlled marking of aviation obstacles, such as wind turbines or the like, when an object, in particular an aircraft, is in an effective area which extends horizontally in a radius of at least 4,000 m and vertically up to a height of at least 600 m which extends around at least one aviation obstacle, is provided, with the detector system having at least two spatially separate camera sensors that image each object in the aforementioned effective space, and/or at least one microphone sensor, which is arranged in the vicinity of the periphery of the effective space of the detector system, and at least one with this / these connected detector-evaluation unit, by means of which the at least two camera sensors are stereoscopically evaluated, wherein the detector-evaluation unit is designed such that it from the incoming signals from the sensor / sensors determines the presence of an aircraft in the aforementioned effective area and in this case outputs a switch-on signal for the identification. It is advantageous here that the at least two camera sensors and/or the at least one microphone sensor are not based on radar and in this respect the high-power radio emissions that occur are avoided.

Unter einem „Kamerasensor“ wird gemäß dem üblichen Sprachgebrauch ein gemäß der geometrischen Optik abbildender Sensor verstanden, der elektromagnetische Wellen des ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereichs erfasst.According to the usual usage, a “camera sensor” is understood to mean a sensor that maps according to geometric optics and that detects electromagnetic waves of the ultraviolet, visible or infrared spectral range.

Unter einem „Mikrophonsensor“ wird gemäß dem üblichen Sprachgebrauch ein Sensor verstanden, der Schallwellen erfasst, die Frequenzbereiche Infraschall, Hörschall und Ultraschall einschließend, und elektrische Signale auf der Grundlage beispielsweise eines elektrodynamischen, elektromagnetischen, kapazitiven, piezoelektrischen oder elektroresistiven Messprinzips und mit ungerichteter oder gerichteter Empfangscharakteristik ausgibt.According to common parlance, a “microphone sensor” is understood to mean a sensor that detects sound waves, including the frequency ranges infrasound, audible sound and ultrasound, and electrical signals based on, for example, an electrodynamic, electromagnetic, capacitive, piezoelectric or electroresistive measuring principle and with non-directional or directional outputs reception characteristics.

In beiden Fällen kann der Begriff „Sensor“ interne elektronische Signalverarbeitungseinheiten bis zum Signalausgang einschließen.In both cases, the term "sensor" can include internal electronic signal processing units up to the signal output.

Die Wirkreichweite der beiden Sensorarten ist abhängig von Störeinflüssen. Im Fall des Kamerasensors wirkt atmosphärische Dämpfung in Form von Dunst, Staub, Nebel, Schneefall, ggf. Regen, d.h. verminderte Sichtweite, reichweitenvermindernd. Im Fall des Mikrophonsensors wirken Umgebungsgeräusche, darunter Windgeräusche, reichweitenvermindernd. Bei schlechter Sicht verlieren Kamerasensoren ihre Wirksamkeit, Mikrophonsensoren bleiben hingegen wirksam. Bei starken Umgebungsgeräuschen, z.B. verursacht durch Wind oder Maschinen, sind die Mikrophonsensoren beeinträchtigt, aber die Kamerasensoren sind dadurch unbeeinträchtigt. Vorteilhaft ist, dass in Deutschland geringe Sichtweite wie Nebel, Schneefall vielfach von Windstille oder nur geringem Wind begleitet ist. Auch ist der Sonderfall zu berücksichtigen, dass zwar mittlere oder große horizontale Sichtweite aber eine niedrige Wolkenuntergrenze vorliegt, so dass die Kamerasensoren nur einen unteren Teil des Wirkungsraumes überwachen können, wohingegen ein oberer Teil in diesem Fall durch die Mikrophonsensoren überwacht werden muss. Die beiden grundsätzlich voneinander unabhängigen Sensorarten ergänzen also einander. Bei dem erfindungsgemäßen Detektorsystem handelt es sich demgemäß nicht um eine klassische Sensorfusion, bei der erst durch die Verbindung von Daten verschiedener Sensoren die gesuchte Messaussage entsteht.The effective range of the two sensor types depends on interference. In the case of the camera sensor, atmospheric damping in the form of haze, dust, fog, snowfall, possibly rain, ie reduced visibility, reduces the range. In the case of the microphone sensor, ambient noise, including wind noise, reduces the range. When visibility is poor, camera sensors lose their effectiveness, while microphone sensors remain effective. In strong surroundings During training, eg caused by wind or machinery, the microphone sensors are affected, but the camera sensors are unaffected. It is advantageous that in Germany low visibility such as fog or snowfall is often accompanied by calm or only little wind. The special case that has to be taken into account is that although the horizontal visibility is medium or large, the cloud base is low, so that the camera sensors can only monitor a lower part of the effective area, whereas in this case an upper part has to be monitored by the microphone sensors. The two fundamentally independent sensor types therefore complement each other. Accordingly, the detector system according to the invention is not a classic sensor fusion, in which the desired measurement result is only obtained through the combination of data from different sensors.

Die Anordnungsweise von wenigstens zwei Kamerasensoren oder wenigstens einem Mikrophonsensor oder von wenigstens zwei Kamerasensoren und einem Mikrophonsensor in dem erfindungsgemäßen Detektorsystem hängt ab von den konkreten behördlichen Zulassungsvorgaben für das System. Diese Vorgaben können regional unterschiedlich ausfallen. Ferner können technische Vorgaben für die Anordnung von Sensoren vorliegen.The manner in which at least two camera sensors or at least one microphone sensor or at least two camera sensors and one microphone sensor are arranged in the detector system according to the invention depends on the specific official approval specifications for the system. These requirements may vary from region to region. Furthermore, there may be technical specifications for the arrangement of sensors.

Eine modulare Aufgabenlösung kann für jedes Ausmaß von Zulassungsvorgaben und sonstigen Vorgaben bereitgestellt werden.A modular task solution can be provided for any level of licensing and other requirements.

Unter Bezug auf die oben genannten, für die bedarfsgesteuerte Hinderniskennzeichnung relevanten Fälle einerseits „große Sichtweite“, andererseits „mittlere“ und „kleine Sichtweite“ ergeben sich unterschiedliche Anwendungs- und Einsatzgesichtspunkte:

  • „Große Sichtweite“: Hier haben Kamerasensoren die Hauptbedeutung, indem sie bei Nacht die bordseitige optische Kennzeichnung von Luftfahrzeugen, d.h. deren Anti-Kollisions- bzw. Positionslichter, erfassen und auswerten. Sollen auch Luftfahrzeuge erfasst werden, deren bordseitige Kennzeichnung aufgrund technischer Fehler ausgefallen ist, sind Mikrophonsensoren mit hinzuzunehmen, die das markante Geräusch der für den Nachtflug unverzichtbaren Antriebsmotoren erfassen und auswerten. Diese Hauptbedeutung der Mikrophonsensoren kann auch eintreten, wenn aus technischen oder anderen Gründen die Anordnung von Kamerasensoren nicht in Betracht kommt; in diesem Fall basiert das Detektorsystem ausschließlich auf Mikrophonsensoren.
  • „Mittlere Sichtweite“ und „kleine Sichtweite“: Der Aufenthalt von Luftfahrzeugen im Wirkungsbereich verstößt zumindest teilweise gegen die Luftverkehrsordnung. Es ist damit zu rechnen, dass die Reichweite der Kamerasensoren vom Bereich der Hindernisse aus allein nicht ausreicht, um den gesamten Wirkungsraum abzudecken; diese Einschränkung wird aber möglicherweise hingenommen mit der Begründung, dass umgekehrt auch die Piloten von Luftfahrzeugen im Wirkungsraum die beispielsweise dauerhaft eingeschaltete Hinderniskennzeichnung erst in Sichtweitendistanz wahrnehmen können. Wird eine solche Einschränkung der Reichweite der Kamerasensoren nicht hingenommen, sind Mikrophonsensoren mit hinzuzunehmen.
With reference to the above-mentioned cases, which are relevant for demand-controlled obstacle marking, on the one hand "large visibility" and on the other hand "medium" and "small visibility" there are different application and use aspects:
  • “Long range of visibility”: Here, camera sensors are of primary importance, as they record and evaluate the on-board optical markings of aircraft, ie their anti-collision or position lights, at night. If aircraft are also to be recorded whose on-board identification has failed due to technical errors, microphone sensors must also be added, which record and evaluate the distinctive noise of the drive motors, which are indispensable for night flights. This main importance of the microphone sensors can also occur if, for technical or other reasons, the arrangement of camera sensors is out of the question; in this case the detection system is based exclusively on microphone sensors.
  • "Medium visibility" and "small visibility": The presence of aircraft in the area of effect violates the aviation regulations, at least in part. It is to be expected that the range of the camera sensors from the area of the obstacles alone will not be sufficient to cover the entire effective area; however, this restriction may be accepted on the grounds that, conversely, the pilots of aircraft in the effective area can only perceive the obstacle markings that are permanently switched on, for example, at a distance of visual range. If such a restriction of the range of the camera sensors is not accepted, microphone sensors must also be included.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass Kamerasensoren und Mikrophonsensoren bei der Erfassung eines Luftfahrzeugs stark unterschiedliche Wirkreichweiten haben. So hat die Kamerasensorik bei sachgerechter Ausführung eine Reichweite entsprechend der optischen Sichtweite. Demgegenüber besteht bei der Erfassung eines leichten Luftfahrzeugs mittels eines Mikrophonsensors das Problem, dass dessen spektral charakteristisches Antriebsgeräusch (Geräusch von Propeller und Motor typischerweise mit einer Antriebleistung > 50 kW) je nach Umweltgeräuschen, Windverhältnissen und Sensorempfindlichkeit in vergleichsweise kurzer Entfernung das für die robuste Auswertung erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis unterschreiten kann. Andererseits besteht die Möglichkeit, aus der Amplitude und dem Frequenzspektrum sowie aus dem bekannten Wind die Bauart des Luftfahrzeuges und seine Flugbahn abzuschätzen. Eine besondere Bedeutung haben dabei Dopplerverschiebungen des Motorgeräusches.In practice it has been shown that camera sensors and microphone sensors have very different effective ranges when detecting an aircraft. With proper execution, the camera sensors have a range corresponding to the optical range of vision. On the other hand, when recording a light aircraft using a microphone sensor, there is the problem that its spectrally characteristic drive noise (noise from propeller and engine typically with a drive power > 50 kW) depending on environmental noise, wind conditions and sensor sensitivity at a comparatively short distance is what is required for the robust evaluation Signal-to-noise ratio can fall below. On the other hand, there is the possibility of estimating the type of aircraft and its trajectory from the amplitude and the frequency spectrum as well as from the known wind. Doppler shifts in engine noise are of particular importance.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die wenigstens zweiKamerasensoren von dem wenigstens einen Mikrophonsensor örtlich getrennt angeordnet. Eine solche Anordnung kann insbesondere bei beengten Einbauverhältnissen vorteilhaft sein.According to a further development of the invention, the at least two camera sensors are arranged separately from the at least one microphone sensor. Such an arrangement can be particularly advantageous in cramped installation conditions.

Gemäß einer anderen Weiterbildung sind die wenigstens zweiKamerasensoren in rundsichtfreier Höhe über Grund in der Nähe des Luftfahrthindernisses oder an diesem selbst montiert, während der wenigstens eine Mikrophonsensor vorzugsweise in geringerer Montagehöhe als die wenigstens zweiKamerasensoren angeordnet sind. Vorzugsweise ist vorgesehen, die Kamerasensoren direkt an Luftfahrthindernissen oder in deren Nähe, z.B. an Türmen von Windkraftanlagen oder an von diesen abgesetzten Masten, in einer Höhe über Grund zu montieren, aus der der Wirkungsraum hindernisfrei überblickt werden kann, während Mikrophonsensoren in der Nähe der Peripherie des Wirkungsraumes des Detektorsystems kettenartig in geringerer Montagehöhe angeordnet werden. Wesentlich ist bei den Mikrophonsensoren, dass der zu erfassende Schall der Luftfahrzeuge möglichst ungehinderte Einwirkungsmöglichkeiten hat. Bei der zusätzlichen Anordnung von Kamerasensoren an Mikrophonsensoren muss die Montagehöhe die freie Sicht zur Peripherie des Wirkungsraumes oberhalb eines ortsabhängigen minimalen Elevationswinkels erlauben; dieser Winkel ergibt sich aus dem örtlichen Geländeprofil und der Sensoranordnung in der Grundfläche des Wirkungsraums. Darüber hinaus dient die Montage der Sensoren auf dem Mast dem Schutz gegen Vandalismus und Diebstahl.According to another development, the at least two camera sensors are mounted at a height above the ground in the vicinity of the aviation obstacle or on the obstacle itself, with no panoramic view, while the at least one microphone sensor is preferably arranged at a lower mounting height than the at least two camera sensors. Provision is preferably made to mount the camera sensors directly on or near aviation obstacles, e.g of the effective area of the detector system in a chain-like manner in a smaller assembly be arranged at height. With the microphone sensors, it is essential that the noise of the aircraft to be recorded has as unhindered an impact as possible. With the additional arrangement of camera sensors on microphone sensors, the mounting height must allow a clear view of the periphery of the effective area above a location-dependent minimum elevation angle; this angle results from the local terrain profile and the sensor arrangement in the base area of the effective space. In addition, mounting the sensors on the mast provides protection against vandalism and theft.

Die Peripherie eines Windenergieparks erstreckt sich über dessen Umfang zuzüglich 2π × 4 km Sicherheitsabstand über eine Länge von mindestens etwa 25 km. Zur rein akustischen Absicherung des Wirkungsbereiches ist eine entsprechende Anzahl von Mikrophonsensoren aufzustellen, während bei Montage an oder nahe Luftfahrthindernissen eine geringere Anzahl von Kamerasensoren benötigt wird. Diesem Nachteil der Mikrophonsensoren steht jedoch der Vorteil gegenüber, dass die Mikrophonsensoren, ggf. mit Kamerasensoren kombiniert, in einfacher Weise an niedrigen und somit leichten Masten, vergleichbar Fahnenmasten, montiert werden können. Dabei bestehen keine baurechtlichen Voraussetzungen und Einschränkungen. Eine Ausrichtung der Mikrophonsensoren ist nicht erforderlich, denn diese arbeiten selbstkalibrierend. Möglicherweise erforderlich werdende Standortwechsel solcher relativ kleiner Sensormasten sind somit einfach und kostengünstig durchführbar. Der Sensorbetrieb ist wartungsfrei.The periphery of a wind farm extends over its circumference plus a safety margin of 2π × 4 km over a length of at least around 25 km. A corresponding number of microphone sensors must be set up for purely acoustic protection of the effective area, while a smaller number of camera sensors is required for installation on or near obstacles to aviation. However, this disadvantage of the microphone sensors is offset by the advantage that the microphone sensors, possibly combined with camera sensors, can be mounted in a simple manner on low and therefore light masts, comparable to flagpoles. There are no building regulations or restrictions. It is not necessary to align the microphone sensors because they are self-calibrating. Relocations of such relatively small sensor masts that may become necessary can thus be carried out easily and inexpensively. Sensor operation is maintenance-free.

Die gemeinsame Montage von Kamerasensoren und Mikrophonsensoren an Türmen von Windkraftanlagen ist eher unzweckmäßig, einerseits wegen der unterschiedlichen Wirkreichweiten der Sensoren, andererseits wegen der Eigengeräusche und des Körperschalls der Windkraftanlagen; beide Effekte beeinträchtigen die Funktionsweise der Mikrophonsensoren.The joint installation of camera sensors and microphone sensors on towers of wind turbines is rather inexpedient, on the one hand because of the different effective ranges of the sensors, on the other hand because of the inherent noise and the structure-borne noise of the wind turbines; both effects impair the functionality of the microphone sensors.

Die Stromversorgung der Kamera- und Mikrophonsensoren und der Signalweiterleitung an die Detektor-Auswertungseinheit kann aus dem öffentlichen Stromnetz oder mittels eines Hilfsnetzes, beispielsweise eines Notstromsystems, erfolgen. Dies setzt allerdings jeweils den Aufwand einer Kabelanbindung der Sensoren voraus.The power supply for the camera and microphone sensors and the signal transmission to the detector-evaluation unit can be provided from the public electricity network or by means of an auxiliary network, for example an emergency power system. However, this requires the expense of a cable connection for the sensors.

Vorteilhafterweise sind die wenigstens zwei Kamerasensoren und/oder der wenigstens eine Mikrophonsensor versorgungsautark mit batterie- oder kondensatorgepufferten solaren Stromversorgungen ausgerüstet, so dass eine Kabelanbindung zur Stromversorgung verzichtbar ist.Advantageously, the at least two camera sensors and/or the at least one microphone sensor are self-sufficiently equipped with battery or capacitor-buffered solar power supplies, so that a cable connection to the power supply is not necessary.

Mit dem gleichen Ziel technisch minimierten Aufwandes ist vorzugsweise vorgesehen, dass die wenigstens zweiKamerasensoren und/oder der wenigstens eine Mikrophonsensor jeweils über Signalverbindungen mit der Detektor-Auswertungseinheit ggf. (auch) untereinander verbunden sind, wobei die Signalverbindungen vorzugsweise drahtlos über Funk erfolgen und Komponenten des Detektorsystems als Funkrelais fungieren können. Die hier auftretenden Funkstrahlleistungen in Höhe von wenigen Milliwatt der schmalbandigen Funkverbindungen im Bereich von maximal einigen 100 Hz sind daher außerordentlich gering. Eine solche Funkverbindung arbeitet im energiearmen Bereich, verursacht von daher keinen Elektrosmog und ermöglicht Einsparungen bei der Verlegung von Erdkabeln.With the same goal of technically minimized effort, it is preferably provided that the at least two camera sensors and/or the at least one microphone sensor are connected to each other via signal connections with the detector evaluation unit, if necessary (also) with one another, with the signal connections preferably being made wirelessly via radio and components of the Detector system can act as a radio relay. The radio beam powers occurring here amounting to a few milliwatts of the narrow-band radio connections in the range of a maximum of a few 100 Hz are therefore extremely low. Such a radio connection works in the low-energy range, so it does not cause any electrosmog and enables savings to be made when laying underground cables.

In diesen Montage- und Verbindungsarten und bei interner Verwendung von technisch üblicher Ausfallredundanz mit automatischen Selbsttests kann das Detektorsystem über Jahre wartungsfrei betrieben werden.The detector system can be operated maintenance-free for years with these assembly and connection types and with the internal use of technically standard failure redundancy with automatic self-tests.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ergänzen sich die mindestens zwei Kamerasensoren, jeweils möglicherweise mehrere Kameraelemente enthaltend und für sich allein einen azimutalen Erfassungsbereich < 360° abdeckend, als Teilkreis-Kamerasensoren zum azimutalen 360°-Erfassungsbereich. Die Gesamtheit der Kamerasensoren für das Detektorsystem muss insgesamt einen azimutalen 360°-Rundum-Erfassungsbereich aufspannen. Dies wird erfindungsgemäß entweder durch mindestens einen Vollkreis-Kamerasensor mit dem Erfassungsbereich 360° oder bevorzugt dadurch realisiert, dass, wie erwähnt, sich mindestens zwei Kamerasensoren als Teilkreis-Kamerasensoren gemeinsam zu dem vorgenannten 360°-Erfassungsbereich ergänzen.According to another development of the invention, the at least two camera sensors, each possibly containing several camera elements and covering an azimuthal detection range <360°, complement each other as partial circle camera sensors for the azimuthal 360° detection range. The entirety of the camera sensors for the detector system must span an azimuthal 360° all-round detection area. According to the invention, this is realized either by at least one full-circle camera sensor with the 360° detection range or preferably by the fact that, as mentioned, at least two camera sensors complement each other as partial circle camera sensors to form the aforementioned 360° detection range.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung weisen die jeweils mindestens zwei Teilkreis-Kamerasensoren zumindest teilweise überlappende Gesichtsfelder auf und bilden eine Stereoanordnung, die die stereoskopische Entfernungsmessung erfasster Luftfahrzeuge auf der Grundlage der Standort-Verbindungsgeraden der Kamerasensoren als Stereobasislängen ermöglicht, wobei jedes Objekt im Wirkungsraum, das sich im überlappenden Gesichtsfeld der Stereopaar-Kamerasensoren befindet, von beiden Teilkreis-Kamerasensoren abgebildet wird. Dabei resultiert mit mindestens drei Teilkreis-Kamerasensoren als Nebenvorteil die Möglichkeit der stereoskopischen Entfernungsmessung erfasster Luftfahrzeuge, in diesem Fall auf der Grundlage der Standortdistanzen der Kamerasensoren als Stereobasislängen. Voraussetzung ist dabei, dass jedes Objekt im Wirkungsraum im Gesichtsfeld von wenigstens zwei Kamerasensoren abgebildet wird.According to another development of the invention, the at least two partial circle camera sensors each have at least partially overlapping fields of view and form a stereo arrangement that enables the stereoscopic distance measurement of detected aircraft on the basis of the location connecting straight lines of the camera sensors as stereo base lengths, with each object in the effective space, the located in the overlapping field of view of the stereo pair camera sensors is imaged by both part circle camera sensors. With at least three pitch circle camera sensors, this results in the possibility of stereoscopic distance measurement of recorded aircraft as a side advantage, in this case on the basis of the location distances of the camera sensors as stereo base lengths. The prerequisite here is that each object in the effective space is imaged in the field of view by at least two camera sensors.

Zusatzvorteile der Anordnung von Kamerasensoren an voneinander abgesetzten bzw. räumlich voneinander getrennten Standorten, beispielsweise an außenliegenden Windkraftanlagen in einem Windenergiepark, bestehen darin, dass (a) große Stereobasislängen erhalten werden, die eine hohe Genauigkeit der triangulierenden Entfernungsmessung erlauben, und dass (b) Wirkungsbereich-Abschattungen durch die Luftfahrthindernisse selbst vermieden werden, indem eine auf einen Kamerasensor wirkende lokale Abschattung mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zugleich auch auf die anderen Detektoren wirkt.Additional advantages of arranging camera sensors at remote or spatially separated locations, for example on external wind turbines in a wind farm, are that (a) large stereo base lengths are obtained, which allow a high accuracy of the triangulating distance measurement, and that (b) effective range -Shadowing by the aviation obstacles themselves can be avoided by having a local shadowing effect on a camera sensor with a high probability not also having an effect on the other detectors.

Vorteilhafterweise sind die mindestens zwei Teilkreis-Kamerasensoren mit zumindest teilweise überlappenden Gesichtsfeldern unmittelbar an dem Luftfahrthindernis angeordnet, insbesondere an dem Turm einer Windkraftanlage, und zwar in einem Montageabstand, der als stereoskopische Entfernungsmessbasis bis zur Peripherie des Wirkungsraums ausreicht. Die mindestens zwei Teilkreis-Kamerasensoren bilden somit mindestens ein Stereopaar, wobei jedes Objekt im Wirkungsraum, das sich im überlappenden Gesichtsfeld eines Stereopaares von Kamerasensoren befindet, von beiden Kamerasensoren abgebildet wird.Advantageously, the at least two partial circle camera sensors with at least partially overlapping fields of view are arranged directly on the aviation obstacle, in particular on the tower of a wind turbine, at a mounting distance that is sufficient as a stereoscopic distance measurement basis to the periphery of the effective area. The at least two partial circle camera sensors thus form at least one stereo pair, with each object in the effective space that is located in the overlapping field of view of a stereo pair of camera sensors being imaged by both camera sensors.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung enthält jeder Mikrophonsensor wenigstens ein Mikrophonelement mit gerichteter oder ungerichteter Empfangsamplitudencharakteristik. Bei den Mikrophonelementen kann es sich gemäß dem Stand der Technik um Mikrophone mit Rundum-Empfangscharakteristik, sogenannte Kugelmikrophone, handeln, oder es können intern mehrere Mikrophone mit gerichteter Empfangscharakteristik, Richtmikrophone genannt, fächerartig angeordnet sein, so dass durch Auswertung der Signale dieses Mikrophonfächers insgesamt eine näherungsweise Richtungsbestimmung erfasster Schallquellen erfolgen kann, z.B. auch eines Luftfahrzeugs.According to another development of the invention, each microphone sensor contains at least one microphone element with a directional or non-directional reception amplitude characteristic. According to the state of the art, the microphone elements can be microphones with all-round reception characteristics, so-called spherical microphones, or several microphones with directional reception characteristics, known as directional microphones, can be arranged in a fan-like manner internally, so that by evaluating the signals from this microphone fan, a total of one approximate determination of the direction of recorded sound sources, e.g. also of an aircraft.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung enthält jeder Mikrophonsensor mehrere Mikrophonelemente in linearer, nicht kollinear ebener oder nicht koplanarer räumlicher Anordnung für die schallinterferometrische Richtungspeilung von Schallquellen auf der Grundlage von Differenzen der Schalllaufzeiten zu den Mikrophonelementen.According to an advantageous development, each microphone sensor contains a plurality of microphone elements in a linear, non-collinear planar or non-coplanar spatial arrangement for the sonic interferometric direction finding of sound sources on the basis of differences in the sound propagation times to the microphone elements.

Ferner kann für jeden einzelnen Mikrophonsensor eine schallspektrale Analyse der Signale der Mikrophonelemente vorgenommen werden, um die gesuchte Schallquelle von anderen Schallquellen zu unterscheiden und akustisch deren Richtung zu peilen. Die Auswertung kann vorzugsweise in einer sensorinternen Auswertungseinheit oder in der zentralen Detektor-Auswertungseinheit erfolgen.Furthermore, a sound spectrum analysis of the signals of the microphone elements can be performed for each individual microphone sensor in order to distinguish the sound source sought from other sound sources and to acoustically locate its direction. The evaluation can preferably take place in a sensor-internal evaluation unit or in the central detector-evaluation unit.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mehrere räumlich voneinander getrennte Mikrophonsensoren zur Erhöhung der Erfassungssicherheit und Ortungsgenauigkeit eines Luftfahrzeugs zusammenwirken.Provision is preferably made for a plurality of microphone sensors which are spatially separate from one another to work together in order to increase the detection reliability and location accuracy of an aircraft.

Gemäß einer anderen Weiterbildung kann das erfindungsgemäße Detektorsystem ein Sichtweitenmessgerät aufweisen, dessen Signale wie diejenigen der Kamerasensoren und der Mikrophonsensoren mit der Detektor-Auswertungseinheit verbunden sind und zur Erhöhung der Aussagesicherheit der Detektorentscheidungen genutzt werden können. Das Sichtweitenmessgerät muss dabei nicht die hohe Genauigkeit zertifizierter Geräte aufweisen, wie sie beispielsweise für die bei großer Sichtweite gebotene Abschwächung der Lichtstärke der Hinderniskennzeichnung vorgeschrieben ist.According to another development, the detector system according to the invention can have a visibility measuring device whose signals, like those of the camera sensors and the microphone sensors, are connected to the detector evaluation unit and can be used to increase the reliability of the detector decisions. The visibility measuring device does not have to have the high level of accuracy of certified devices, as is required, for example, for the weakening of the light intensity of the obstacle markings required with a large visibility distance.

In einer anderen Weiterbildung kann das erfindungsgemäße Detektorsystem eine Windmessvorrichtung zur Messung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung aufweisen, deren Signale gleichfalls mit der Detektor-Auswertungseinheit verbunden sind und zur Erhöhung der Aussagesicherheit der Mikrophonsensoren genutzt werden können. Die Windmessvorrichtung muss dabei nicht die hohe Genauigkeit zertifizierter Geräte aufweisen, wie sie beispielsweise für die Flugleiter-Windauskunft an Flugplätzen vorgeschrieben ist.In another development, the detector system according to the invention can have a wind measuring device for measuring the wind speed and wind direction, whose signals are also connected to the detector evaluation unit and can be used to increase the reliability of the microphone sensors. The wind measuring device does not have to have the high accuracy of certified devices, such as is required for flight director wind information at airports.

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

  • 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Detektorsystems;
  • 2 eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung von Kamerasensoren und Mikrophonsensoren sowie der Detektor-Auswertungseinheit in einem und um einen Windenergiepark gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 3 eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung von Kamerasensoren und Mikrophonsensoren sowie der Detektor-Auswertungseinheit in einem und um einen Windenergiepark gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 4 einen Horizontalschnitt durch eine Ausführungsform einer stereoskopischen Anordnung von zwei Kamerasensoren am Turm einer Windkraftanlage;
  • 5 eine erste Ausführungsform eines Mikrophonsensors, zwei Mikrophonelemente in linearer Anordnung umfassend; und
  • 6 eine zweite Ausführungsform eines Mikrophonsensors, vier Mikrophonelemente in Tetraeder-Anordnung umfassend.
The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. In the drawings shows:
  • 1 a block diagram of the detector system according to the invention;
  • 2 an exemplary inventive arrangement of camera sensors and microphone sensors and the detector evaluation unit in and around a wind farm according to a first embodiment;
  • 3 an exemplary inventive arrangement of camera sensors and microphone sensors and the detector evaluation unit in and around a wind farm according to a second embodiment;
  • 4 a horizontal section through an embodiment of a stereoscopic arrangement of two camera sensors on the tower of a wind turbine;
  • 5 a first embodiment of a microphone sensor comprising two microphone elements in a linear array; and
  • 6 a second embodiment of a microphone sensor, comprising four microphone elements in a tetrahedron arrangement.

Das in 1 in einem schematischen Blockschaltbild dargestellte erfindungsgemäße Detektorsystem 14 für die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen 10, wie Windkraftanlagen 12 oder dergleichen, bei Aufenthalt eines Objekts, insbesondere eines Luftfahrzeugs, in einem Wirkungsraum, welcher sich horizontal in einem Radius von mindestens 4.000 m und vertikal bis zu einer Höhe von mindestens 600 m um das wenigstens eine Luftfahrthindernis herum erstreckt, weist wenigstens zweiKamerasensoren 1 und/oder wenigstens einen Mikrophonsensor 2, also wenigstens zweiKamerasensoren 1 oder wenigstens einen Mikrophonsensor 2 oder wenigstens zweiKamerasensoren 1 und wenigstens einen Mikrophonsensor 2, sowie wenigstens eine mit diesem/diesen verbundene Detektor-Auswertungseinheit 3 auf. Die wenigstens eine Detektor-Auswertungseinheit 3 ist derart ausgebildet, dass sie aus den bei ihr eingehenden Signalen 9; 13 bzw. 9, 13 des Sensors 1; 2/der Sensoren 1, 2 die Anwesenheit eines Luftfahrzeugs in einem vorbezeichneten Wirkungsraum ermittelt und in diesem Fall ein Einschaltsignal 4 für die Kennzeichnung des Luftfahrthindernisses 10 ausgibt.This in 1 detector system 14 according to the invention shown in a schematic block diagram for the needs-controlled identification of aviation obstacles 10, such as wind turbines 12 or the like, when an object, in particular an aircraft, is present in an effective area, which extends horizontally in a radius of at least 4,000 m and vertically up to a height of at least 600 m around the at least one aviation obstacle, has at least two camera sensors 1 and/or at least one microphone sensor 2, i.e. at least two camera sensors 1 or at least one microphone sensor 2 or at least two camera sensors 1 and at least one microphone sensor 2, as well as at least one with this/ this connected detector evaluation unit 3 on. The at least one detector evaluation unit 3 is designed in such a way that it uses the signals 9; 13 or 9, 13 of the sensor 1; 2/of the sensors 1, 2 determines the presence of an aircraft in a previously designated effective area and in this case outputs a switch-on signal 4 for the identification of the aviation obstacle 10.

Optional können wenigstens ein Sichtweitenmessgerät 5 sowie wenigstens eine Windmessvorrichtung 6 vorgesehen sein, dessen/deren Signale 16, 17 als Ausgangssignale ebenfalls mit der Detektor-Auswertungseinheit 3 verbunden sind.Optionally, at least one visibility measuring device 5 and at least one wind measuring device 6 can be provided, whose signals 16, 17 are also connected to the detector-evaluation unit 3 as output signals.

2 zeigt in kartenähnlicher Aufsicht eine beispielhafte Anordnung des Detektorsystems 14 von drei jeweils als Kreis dargestellten Kamerasensoren 1 und zwölf jeweils als Dreieck dargestellten Mikrophonsensoren 2 in und um einen Windenergiepark, hier beispielhaft bestehend aus sechzehn Windkraftanlagen 12, gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 shows a map-like top view of an exemplary arrangement of the detector system 14 of three camera sensors 1, each shown as a circle, and twelve microphone sensors 2, each shown as a triangle, in and around a wind farm, here, for example, consisting of sixteen wind turbines 12, according to a first embodiment.

Die Kamerasensoren 1 sind in einer Dreiecksanordnung an oder nahe bei drei im Windenergiepark außenliegenden Windkraftanlagen 12 ortsfest montiert. Ihre Überwachungsbereiche in den Wirkungsraum hinein ergänzen sich azimutal zur 360°-Rundum-Überwachung. Die Mikrophonsensoren 2 sind als geschlossene Kette in einem Abstand zur Peripherie des Windenergieparks hin jeweils ortsfest montiert. Die ausgehenden Signale 9, 13 der Kamerasensoren 1 und der Mikrophonsensoren 2 werden der Detektor-Auswertungseinheit 3 zugeführt, die, wie zuvor erwähnt, die Anwesenheit eines Luftfahrzeugs im Wirkungsraum der bedarfsgesteuerten Hinderniskennzeichnung feststellt und in diesem Fall das Einschaltsignal 4 für diese Kennzeichnung ausgibt. Die Kamerasensoren 1 können, wie in 2 gestrichelt angedeutet, über weitere Leitungen 23 untereinander verbunden sein. Ebenso können die Mikrophonsensoren 2, wie in 2 gestrichelt angedeutet, über weitere Leitungen 24 untereinander verbunden sein. Es ist ferner möglich, Kamerasensoren 1 und Mikrophonsensoren 2 über eine weitere Leitung 25 miteinander zu verbinden.The camera sensors 1 are stationarily mounted in a triangular arrangement on or near three wind turbines 12 located on the outside of the wind energy park. Your surveillance areas in the effective area complement each other azimuthally for 360° all-round surveillance. The microphone sensors 2 are stationarily mounted as a closed chain at a distance from the periphery of the wind energy park. The outgoing signals 9, 13 of the camera sensors 1 and the microphone sensors 2 are fed to the detector-evaluation unit 3, which, as mentioned above, determines the presence of an aircraft in the effective area of the demand-controlled obstacle marking and in this case outputs the switch-on signal 4 for this marking. The camera sensors 1 can, as in 2 indicated by dashed lines, be connected to one another via further lines 23 . Likewise, the microphone sensors 2, as in 2 indicated by dashed lines, be connected to one another via further lines 24 . It is also possible to connect camera sensors 1 and microphone sensors 2 to one another via a further line 25 .

Die Kamerasensoren 1 sind bei diesem Ausführungsbeispiel von den Mikrophonsensoren 2 örtlich getrennt. Die Sensoren können gemäß einer anderen Ausführungsform an dem Hindernis montiert sein.The camera sensors 1 are locally separated from the microphone sensors 2 in this exemplary embodiment. According to another embodiment, the sensors can be mounted on the obstacle.

3 zeigt in kartenähnlicher Aufsicht wie in 2 einen Windenergiepark, bestehend aus sechzehn Windkraftanlagen 12, umgeben von einem äußeren Kranz von zwölf jeweils als Dreieck dargestellten Mikrophonsensoren 2 und gemäß einer zweiten Ausführungsform mit acht Mikrophonsensoren 2 in jeweiliger Zusammenmontage mit Kamerasensoren 1, d.h. jeweils ein Mikrophonsensor 2 und ein Kamerasensor 1 sind zusammenmontiert. Die Kombination ist dargestellt als Dreieck im Kreis. An den Windkraftanlagen 12 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel weder Kamerasensoren 1 noch Mikrophonsensoren 2. Wiederum sind die ausgehenden Signale 9, 13 der Kamerasensoren 1 und der Mikrophonsensoren 2 mit der Detektor-Auswertungseinheit 3 verbunden, die die Anwesenheit eines Luftfahrzeugs im Wirkungsraum der bedarfsgesteuerten Hinderniskennzeichnung feststellt und in einem solchen Fall das Einschaltsignal 4 für die Kennzeichnung der Windkraftanlagen 12 ausgibt. 3 shows in a map-like top view as in 2 a wind energy park, consisting of sixteen wind turbines 12, surrounded by an outer ring of twelve microphone sensors 2, each shown as a triangle, and according to a second embodiment with eight microphone sensors 2 each mounted together with camera sensors 1, i.e. one microphone sensor 2 and one camera sensor 1 are mounted together. The combination is shown as a triangle in a circle. In this exemplary embodiment, there are neither camera sensors 1 nor microphone sensors 2 on the wind turbines 12. In turn, the outgoing signals 9, 13 of the camera sensors 1 and the microphone sensors 2 are connected to the detector-evaluation unit 3, which determines the presence of an aircraft in the effective area of the demand-controlled obstacle marking and in such a case outputs the switch-on signal 4 for identifying the wind turbines 12 .

Ähnlich wie in 2 können die Kamerasensoren 1, wie auch in 3 gestrichelt angedeutet, über die weiteren Leitungen 23 untereinander verbunden sein. Ebenso können die Mikrophonsensoren 2, wie in 3 gestrichelt angedeutet, über die weiteren Leitungen 24 untereinander verbunden sein. Es ist ferner möglich, Kamerasensoren 1 und Mikrophonsensoren 2 über die weiteren Leitungen 25 miteinander zu verbinden.Similar to in 2 the camera sensors 1, as well as in 3 indicated by dashed lines, be connected to one another via the further lines 23 . Likewise, the microphone sensors 2, as in 3 indicated by dashed lines, be connected to one another via the further lines 24 . It is also possible to connect camera sensors 1 and microphone sensors 2 to one another via the additional lines 25 .

4 zeigt im Horizontalschnitt eine beispielhafte Anordnung von zwei baugleichen Kamerasensoren 1 und 1', welche jeweils zwei baugleiche Kameraelemente 7 bzw. 7' mit zugehöriger in 4 lediglich angedeuteter Aufnahmesteuerungs- und Auswertungseinheit 8 bzw. 8' aufweisen, die ihre in 4 ebenfalls lediglich angedeuteten Ausgangssignale 9 bzw. 9' der Detektor-Auswertungseinheit 3 des Detektorsystems 14 zuleiten. Die beiden Kamerasensoren 1 und 1' sind um einen im schraffierten Querschnitt dargestellten etwa zylindrischen Turm 18 einer Windkraftanlage in fester Montage und in ausreichender Höhe über Grund angeordnet, um Blickfreiheit zum Horizont zu ermöglichen. 4 shows a horizontal section of an exemplary arrangement of two identical camera sensors 1 and 1', which each have two identical camera elements 7 or 7' with an associated in 4 only indicated recording control and evaluation unit 8 or 8 ', which have their in 4 also only indicated output signals 9 and 9 'of the detector evaluation unit 3 of the detector system 14 forward. The two camera sensors 1 and 1′ are fixedly mounted around an approximately cylindrical tower 18, shown in the hatched cross section, of a wind turbine and at a sufficient height above the ground to enable a freedom of view to the horizon.

Jedes der in 4 abgebildeten Kameraelemente 7 bzw. 7' hat eine azimutale Gesichtsfeldbreite γ > 90° bzw. γ' > 90°. Ferner bilden die horizontalen optischen Achsenrichtungen η bzw. η' der beiden Kameraelemente 7 bzw. 7' in einem Kamerasensor 1 bzw. 1' miteinander einen Winkel von 90° und spannen zwischen den extrem außenliegenden Blickrichtungen µ und µ', die gemäß 4 nicht mit den Achsenrichtungen η bzw. η' fluchten, gemeinsam einen azimutalen Erfassungsbereich > 270°, beispielsweise von 280°, auf. Die Blickrichtungen µ und µ' liegen also nicht in einer Verlängerung der Achsenrichtungen η bzw. η'. Die in 4 eingezeichneten Blickrichtungen µ, µ auf der einen Seite und µ', µ' auf der anderen Seite verlaufen jeweils parallel zueinander.Each of the 4 The camera elements 7 or 7' depicted has an azimuthal field of view width γ>90° or γ'>90°. Further, the horizontal optical axis directions are η and η' of the two, respectively Camera elements 7 or 7' in a camera sensor 1 or 1' form an angle of 90° with one another and span between the extremely external viewing directions μ and μ', which according to FIG 4 are not aligned with the axial directions η or η′, together have an azimuthal detection range of >270°, for example 280°. The viewing directions μ and μ′ are therefore not in an extension of the axis directions η or η′. In the 4 Lines of sight µ, µ drawn in on the one hand and µ′, µ′ on the other side run parallel to one another.

In jedem der beiden Kamerasensoren 1 bzw. 1' blickt eines der beiden Kameraelemente 7 bzw. 7' in dieselbe Richtung. Die Achse β ist also parallel zur Achse β', so dass sich in dem übereinstimmenden azimutalen Erfassungsbereich (γ = γ'> 90°) eine stereoskopische Auswertungsmöglichkeit auf der Grundlage der Stereobasis mit einem Ortsversatz ε der Kameras ergibt.In each of the two camera sensors 1 or 1', one of the two camera elements 7 or 7' looks in the same direction. The axis β is therefore parallel to the axis β', so that in the matching azimuthal detection range (γ=γ'>90°) there is a stereoscopic evaluation possibility on the basis of the stereo base with a spatial offset ε of the cameras.

Auf diese Weise erfolgt die Entfernungsbestimmung zu Objekten, die sich im azimutalen Erfassungsbereich der beiden ein Stereopaar bildenden Kamerasensoren 1 und 1' befinden, in folgender Weise: aus der Winkelparallaxe eines entfernten Objekts und dem Ortsversatz ε der Kameras kann trigonometrisch die Entfernung zu dem Objekt, z.B. einem Flugzeug, ermittelt werden. Seiten- und Höhenwinkel, Azimut und Elevation, des Objekts ergeben sich aus dem Ort des Objektabbildes im Bild des stereoskopischen Kameraelements 7 oder 7' und aus der festen Objektivbrennweite, so dass diese Anordnung eine räumliche Ortung des Objekts in den drei Polarkoordinaten Radius, Azimutwinkel, Elevationswinkel erlaubt. Die Kalibrierung der stereoskopischen Kameraelemente 7 bzw. 7' in den Anordnungen der Kamerasensoren 1 bzw. 1' erfolgt zweckmäßig anhand der gleichzeitigen Aufnahme sehr weit entfernter Objekte, beispielsweise des Sternenhimmels, mit beiden Kamerasensoren 1 und 1' bzw. beiden stereoskopischen Kameraelementen 7 und 7'.In this way, the distance to objects located in the azimuthal detection range of the two camera sensors 1 and 1' forming a stereo pair is determined in the following way: from the angular parallax of a distant object and the spatial offset ε of the cameras, the distance to the object, e.g. an airplane, can be determined. Side and elevation angle, azimuth and elevation of the object result from the location of the object image in the image of the stereoscopic camera element 7 or 7 'and from the fixed lens focal length, so that this arrangement allows spatial localization of the object in the three polar coordinates radius, azimuth angle, elevation angle allowed. The calibration of the stereoscopic camera elements 7 or 7' in the arrangements of the camera sensors 1 or 1' is expediently carried out using the simultaneous recording of very distant objects, for example the starry sky, with both camera sensors 1 and 1' or both stereoscopic camera elements 7 and 7 '.

In einer Seitenansicht zeigt 5 ein Beispiel eines Mikrophonsensors 2 zur Verwendung im erfindungsgemäßen Detektorsystem 14. Der Mikrophonsensor 2 weist zwei vertikal übereinander angeordnete Mikrophonelemente 11 auf, deren Ausgangssignale 19, 20 zu einer internen Signal-Auswertungseinheit 15 geleitet werden, in der die Signale digitalisiert und zur Auswertung in der Detektor-Auswertungseinheit 3 aufbereitet oder lokal ausgewertet und schließlich als Signale 13 zur Detektor-Auswertungseinheit 3 geleitet werden.Shown in a side view 5 an example of a microphone sensor 2 for use in the detector system 14 according to the invention. The microphone sensor 2 has two microphone elements 11 arranged vertically one above the other, the output signals 19, 20 of which are routed to an internal signal evaluation unit 15 in which the signals are digitized and processed in the detector for evaluation -Evaluation unit 3 processed or evaluated locally and finally passed as signals 13 to the detector-evaluation unit 3.

Bei der Auswertung wird neben den Schallspektren der von dem Mikrophonsensor 2 detektierten Geräusche auch die Schalllaufzeitdifferenz zwischen den beiden Mikrophonelementen 11 ermittelt, die über die Schallgeschwindigkeit und den Abstand zwischen den beiden Mikrophonelementen 11 funktional mit der Laufwegdifferenz δ bzw. dem Einfallselevationswinkel α einer einlaufenden Schallwelle verbunden ist, so dass dieser Einfallselevationswinkel α entsprechend einer schallinterferometrischen Peilung berechnet werden kann. Das ausgehende Signal 13 der Signal-Auswertungseinheit 15 wird der Detektor-Auswertungseinheit 3 des Detektorsystems 14 zugeleitet. Der dargestellte Mikrophonsensor 2 erlaubt anhand des Elevationswinkels α u.a. die Unterscheidung von Geräuschen aus dem Bodenbereich von solchen aus dem Luftbereich.In addition to the sound spectra of the noises detected by the microphone sensor 2, the evaluation also determines the sound travel time difference between the two microphone elements 11, which is functionally linked to the travel path difference δ or the incidence elevation angle α of an incoming sound wave via the sound velocity and the distance between the two microphone elements 11 is so that this incidence elevation angle α can be calculated according to a sound interferometric bearing. The outgoing signal 13 of the signal evaluation unit 15 is fed to the detector evaluation unit 3 of the detector system 14 . The microphone sensor 2 shown allows, among other things, the differentiation of noises from the ground area from those from the air area on the basis of the elevation angle α.

Eine erweiterte Ausgestaltung eines Mikrophonsensors 2 zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Detektorsystem 14 zeigt 6. Hier sind vier Mikrophonelemente 11 in Tetraeder-Anordnung über die Signal-Auswertungseinheit 15 zusammengeschaltet, indem die Ausgangssignale 19 bis 22 der Mikrophonelemente 11 mit der Signal-Auswertungseinheit 15 verbunden sind. Durch schallinterferometrische Winkelpeilung zwischen jeweils zwei der vier Mikrophonelementen 11, entsprechend der Zahl der Kanten des Tetraeders also in sechs möglichen Kombinationen, wird die Raumrichtung zu einer Schallquelle, beispielsweise zu einem Luftfahrzeug, in Azimut und Elevationswinkel bestimmt.An expanded configuration of a microphone sensor 2 for use in the detector system 14 according to the invention is shown 6 . Here four microphone elements 11 are interconnected in a tetrahedron arrangement via the signal evaluation unit 15 in that the output signals 19 to 22 of the microphone elements 11 are connected to the signal evaluation unit 15 . The direction in space to a sound source, for example to an aircraft, is determined in azimuth and elevation angle by sonic interferometric angular bearing between two of the four microphone elements 11, corresponding to the number of edges of the tetrahedron, i.e. in six possible combinations.

Claims (14)

Detektorsystem für die bedarfsgesteuerte Kennzeichnung von Luftfahrthindernissen (10), wie Windkraftanlagen (12) oder dergleichen, bei Aufenthalt eines Objekts, insbesondere eines Luftfahrzeugs, in einem Wirkungsraum, welcher sich horizontal in einem Radius von mindestens 4.000 m und vertikal bis zu einer Höhe von mindestens 600 m um das wenigstens eine Luftfahrthindernis (10) herum erstreckt, mit mindestens zwei räumlich voneinander getrennten Kamerasensoren (1), die jedes Objekt im vorbezeichneten Wirkungsraum abbilden, und/oder wenigstens einem Mikrophonsensor (2), welcher in der Nähe der Peripherie des Wirkungsraumes des Detektorsystems (14) angeordnet ist sowie wenigstens einer mit diesem/diesen verbundene Detektor-Auswertungseinheit (3), mittels der die mindestens zwei Kamerasensoren (1) stereoskopisch ausgewertet werden, wobei die Detektor-Auswertungseinheit (3) derart ausgebildet ist, dass sie aus den bei ihr eingehenden Signalen (9, 13) des Sensors (1; 2)/der Sensoren (1, 2) die Anwesenheit eines Luftfahrzeugs in dem vorbezeichneten Wirkungsraum ermittelt und in diesem Fall ein Einschaltsignal (4) für die Kennzeichnung ausgibt.Detector system for the demand-controlled identification of aviation obstacles (10), such as wind turbines (12) or the like, when an object, in particular an aircraft, is in an effective area which extends horizontally in a radius of at least 4,000 m and vertically up to a height of at least 600 m around the at least one aviation obstacle (10), With at least two camera sensors (1) spatially separated from one another, which image each object in the aforementioned effective space, and/or at least one microphone sensor (2), which is arranged in the vicinity of the periphery of the effective space of the detector system (14) and at least one with this/these connected detector-evaluation unit (3), by means of which the at least two camera sensors (1) are stereoscopically evaluated, wherein the detector-evaluation unit (3) is designed in such a way that it determines the presence of an aircraft in the aforementioned effective area from the signals (9, 13) it receives from the sensor (1; 2) and in this case outputs a switch-on signal (4) for the marking. Detektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kamerasensoren (1) von dem wenigstens einen Mikrophonsensor (2) örtlich getrennt angeordnet ist.detector system claim 1 , characterized in that the at least two camera sensors (1) are arranged locally separately from the at least one microphone sensor (2). Detektorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kamerasensoren (1) in rundsichtfreier Höhe über Grund in der Nähe des Luftfahrthindernisses (10) oder an diesem selbst montiert sind, während der wenigstens eine Mikrophonsensor (2) vorzugsweise in geringerer Montagehöhe als die mindestens zwei Kamerasensoren (1) angeordnet sind.detector system claim 1 or 2 , characterized in that the at least two camera sensors (1) are mounted at a height above the ground in the vicinity of the aviation obstacle (10) that is free of all visibility or on the latter itself, while the at least one microphone sensor (2) is preferably mounted at a lower mounting height than the at least two camera sensors ( 1) are arranged. Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kamerasensoren (1) und/oder der wenigstens eine Mikrophonsensor (2) versorgungsautark mit batterie- oder kondensatorgepufferten solaren Stromversorgungen ausgerüstet sind.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two camera sensors (1) and/or the at least one microphone sensor (2) are self-sufficiently equipped with battery or capacitor-buffered solar power supplies. Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kamerasensoren (1) und/oder der wenigstens eine Mikrophonsensor (2) jeweils über Signalverbindungen (9, 13) mit der Detektor-Auswertungseinheit (3) und/oder untereinander verbunden ist/sind, wobei die Signalverbindungen (9) vorzugsweise drahtlos über Funk erfolgen und Komponenten des Detektorsystems als Funkrelais fungieren können.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two camera sensors (1) and/or the at least one microphone sensor (2) are each connected to the detector-evaluation unit (3) and/or to one another via signal connections (9, 13). / are, wherein the signal connections (9) are preferably wireless via radio and components of the detector system can act as a radio relay. Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kamerasensoren (1, 1'), jeweils möglicherweise mehrere Kameraelemente (7, 7') enthaltend und für sich allein einen azimutalen Erfassungsbereich < 360° abdeckend, sich als Teilkreis-Kamerasensoren (1, 1') zum azimutalen 360°-Erfassungsbereich ergänzen.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two camera sensors (1, 1'), each possibly containing a plurality of camera elements (7, 7') and covering an azimuthal detection range of <360°, are part circle camera sensors (1, 1') add to the azimuthal 360° detection range. Detektorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils mindestens zwei Teilkreis-Kamerasensoren (1, 1') zumindest teilweise überlappende Gesichtsfelder aufweisen und eine Stereoanordnung bilden, die die stereoskopische Entfernungsmessung erfasster Luftfahrzeuge auf der Grundlage der Standort-Verbindungsgeraden der Kamerasensoren (1, 1') als Stereobasislängen ermöglicht, wobei jedes Objekt im Wirkungsraum, das sich im überlappenden Gesichtsfeld der Stereopaar-Kamerasensoren (1, 1') befindet, von beiden Teilkreis-Kamerasensoren (1, 1') abgebildet wird.detector system claim 6 , characterized in that the at least two partial circle camera sensors (1, 1') each have at least partially overlapping fields of view and form a stereo arrangement, which performs the stereoscopic distance measurement of detected aircraft on the basis of the location connecting straight lines of the camera sensors (1, 1') as Allows stereo base lengths, with each object in the effective space that is in the overlapping field of view of the stereo pair camera sensors (1, 1') being imaged by both partial circle camera sensors (1, 1'). Detektorsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Teilkreis-Kamerasensoren (1, 1') mit zumindest teilweise überlappenden Gesichtsfeldern unmittelbar an dem Luftfahrthindernis (10) angeordnet sind.detector system claim 7 , characterized in that the at least two partial circle camera sensors (1, 1') with at least partially overlapping fields of view are arranged directly on the aviation obstacle (10). Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mikrophonsensor (2) wenigstens ein Mikrophonelement (11) mit gerichteter oder ungerichteter Empfangsamplitudencharakteristik enthält.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that each microphone sensor (2) contains at least one microphone element (11) with a directional or non-directional reception amplitude characteristic. Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mikrophonsensor (2) mehrere Mikrophonelemente (11) in linearer, nicht kollinear ebener oder nicht koplanarer räumlicher Anordnung für die schallinterferometrische Richtungspeilung von Schallquellen auf der Grundlage von Differenzen der Schalllaufzeiten zu den Mikrophonelementen (11) enthält.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that each microphone sensor (2) has a plurality of microphone elements (11) in a linear, non-collinear planar or non-coplanar spatial arrangement for the sonic interferometric direction finding of sound sources on the basis of differences in the sound propagation times to the microphone elements (11 ) contains. Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mikrophonsensor (2) eine interne Signal-Auswertungseinheit (15) für die schallspektrale Analyse der Signale der Mikrophonelemente (11) enthält.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that each microphone sensor (2) contains an internal signal evaluation unit (15) for the sound-spectral analysis of the signals from the microphone elements (11). Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere räumlich voneinander getrennte Mikrophonsensoren (2) zur Erhöhung der Erfassungssicherheit und Ortungsgenauigkeit eines Luftfahrzeugs zusammenwirken.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of microphone sensors (2) which are spatially separate from one another work together to increase the detection reliability and location accuracy of an aircraft. Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sichtweitenmessgerät (5) vorgesehen ist, dessen Signale (16) mit der Detektor-Auswertungseinheit (3) verbunden sind.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that a visibility measuring device (5) is provided, the signals (16) of which are connected to the detector evaluation unit (3). Detektorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Windmessvorrichtung (6) zur Messung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung vorgesehen ist, deren Signale (17) mit der Detektor-Auswertungseinheit (3) verbunden sind.Detector system according to one of the preceding claims, characterized in that a wind measuring device (6) is provided for measuring the wind speed and the wind direction, the signals (17) of which are connected to the detector evaluation unit (3).
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