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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Qualität wenigstens eines Mobilfunknetzes in einem Luftkorridor, mit einem unbemannten Luftfahrzeug mit einem Mobilfunkempfänger eingerichtet zum Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes und einer Positionsbestimmungseinrichtung eingerichtet zum Bestimmen einer Position des unbemannten Luftfahrzeugs in dem Luftkorridor. Zudem betrifft die Erfindung eine Anordnung umfassend das unbemannte Luftfahrzeug.
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Hintergrund der Erfindung
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Zum Bestimmen einer terrestrischen Qualität eines Mobilfunknetzes werden sogenannte „drive tests“ mit Messfahrzeugen durchgeführt, bei denen entlang einer vorgegebenen Fahrtroute mit in dem Messfahrzeug vorgesehenen Mobilfunkempfängern wiederholt Messungen durchgeführt werden. Als Messungen werden Sprach- und/oder Datenverbindungen zu unterschiedlichen Zielen aufgebaut, um anhand einer gemessenen Gesprächsaufbauzeit oder Geschwindigkeit einer Internetverbindung Rückschlüsse auf die Qualität des benutzten Mobilfunknetzes zu ziehen. Um die Messungen möglichst realitätsnah zu gestalten, werden für Endverbraucher erwerbbare Mobiltelefone als Mobilfunkempfänger benutzt und diese oftmals mit außerhalb des Messfahrzeugs angeordneten Antennen verbunden.
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In letzter Zeit werden vermehrt unbemannte Luftfahrzeuge für unterschiedlichste Einsatzbereiche verwendet, beispielsweise zum Überbringen von Waren oder medizinischen Hilfsgütern in unwegsamem Gelände. Die unbemannten Luftfahrzeuge, Englisch „unmanned aerial vehicle“, UAV, oder Drohnen genannt, dürfen aufgrund regulatorischer Vorgaben in der Regel nur bei Sichtverbindung, Englisch „Line of Sight“, LOS, zwischen einem Piloten des unbemannten Luftfahrzeugs und dem unbemannten Luftfahrzeug in Sichtnavigation geflogen werden. Viele Anwendungsfälle benötigen jedoch einen autonomen Betrieb, bei dem das unbemannte Luftfahrzeug ohne LOS, bei sogenanntem NLOS, geflogen wird. In einem solchen Fall schaltet sich der Pilot nur bei Bedarf zu, während das unbemannte Luftfahrzeug ansonsten vollständig autonom fliegt.
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Der Pilot steuert das unbemannte Luftfahrzeug in der Regel durch eine Steuerungseinrichtung, auch Fernsteuerung genannt, welche über Funksignale mit dem unbemannten Luftfahrzeug kommuniziert. Allein schon aus Kostengründen ist für einen autonomen Betrieb des unbemannten Luftfahrzeugs eine Anbindung an ein terrestrisches Mobilfunknetz wünschenswert, so dass eine bedarfsweise notwendige Zuschaltung des Piloten über die Mobilfunkverbindung erfolgen kann. Dafür ist es jedoch notwendig, dass das unbemannte Luftfahrzeug während seiner kompletten Flugroute mit oftmals wechselnden Flughöhen und Geschwindigkeiten eine durchgängige Verbindung mit dem terrestrischen Mobilfunknetz aufrechthält.
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Allerdings ist bislang über die Qualität terrestrischer Mobilfunknetze in verschiedenen Höhen wenig bekannt, da Planungen der Mobilfunknetze ausschließlich nach terrestrischen Maßstäben beispielsweise nach den Ergebnissen der vorbeschriebenen „drive tests“ erfolgt. Zukünftig ist jedoch zu erwarten, dass der Gesetzgeber autonomen Flugverkehr von unbemannten Luftfahrzeugen in designierten und entsprechend qualifizierten Luftkorridoren freigibt. In diesen Luftkorridoren müsste eine durchgehende Versorgung durch ein terrestrisches Mobilfunknetz in unterschiedlichen Höhen und Geschwindigkeiten gewährleistet sein, um gefährliche Flugsituationen für die unbemannten Luftfahrzeuge zu vermeiden.
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Beschreibung der Erfindung
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Ausgehend von dieser Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kosteneffizientes Verfahren zum erstmaligen und/oder regelmäßigen Bestimmen einer Qualität wenigstens eines Mobilfunknetzes in einem Luftkorridor zum sicheren autonomen Betreiben von unbemannten Luftfahrzeugen in dem Luftkorridor anzugeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Qualität wenigstens eines Mobilfunknetzes in einem Luftkorridor gelöst, mit einem unbemannten Luftfahrzeug mit einem Mobilfunkempfänger eingerichtet zum Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes und einer Positionsbestimmungseinrichtung eingerichtet zum Bestimmen einer Position des unbemannten Luftfahrzeugs in dem Luftkorridor und mit den Schritten:
- Anordnen einer Mehrzahl von funkbasierter Steuerungseinrichtungen entlang einer zu einem Linienweg in dem Luftkorridor korrespondierenden Bodenstrecke, wobei die Steuerungseinrichtungen jeweils zum Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs durch den Luftkorridor eingerichtet und voneinander beabstandet am Boden angeordnet sind, dass das unbemannte Luftfahrzeug beim Fliegen des insbesondere gesamten Linienwegs an keiner Position weiter als in Sichtkontaktweite von wenigstens einer der Steuerungseinrichtungen entfernt ist,
- Fliegen des unbemannten Luftfahrzeugs entlang des Linienwegs durch abwechselndes Steuern des unbemannten Luftfahrzeugs mittels der Mehrzahl Steuerungseinrichtungen, und
- während des Fliegens des Linienwegs, Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes an der jeweiligen Position in dem Luftkorridor.
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Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass einerseits das unbemannte Luftfahrzeug mit einem Mobilfunkempfänger zum Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes ausgestattet ist, so dass das unbemannte Luftfahrzeug insbesondere während des gesamten Fluges entlang des Linienwegs die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes an seiner jeweiligen Position in dem Luftkorridor bestimmen kann. Andererseits sind beabstandet voneinander funkbasierte Steuerungseinrichtungen entlang der zu dem Linienweg korrespondierenden Bodenstrecke vorgesehen, so dass das unbemannte Luftfahrzeug abschnittsweise mittels Sichtverbindung zwischen der jeweiligen Steuerungseinrichtung und dem unbemannten Luftfahrzeug durch einen oder mehrere Piloten navigiert werden kann. Das unbemannte Luftfahrzeug kann derart den gesamten Linienweg ohne Unterbrechung zurücklegen und während des Fluges die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes an der jeweiligen Position im Luftkorridor bestimmen. Mit der so bestimmten Qualität lassen sich lokale Unterversorgungen des wenigstens einen Mobilfunknetzes erkennen und durch nachgelagerte Maßnahmen verbessern.
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Sofern der Linienweg exemplarisch 5 km beträgt, können im Abstand von jeweils etwa 1 km 5 funkbasierte Steuerungseinrichtungen an der Bodenstrecke positioniert werden. Nach einem Start des unbemannten Luftfahrzeugs übernimmt zunächst die erste Steuerungseinrichtung die Steuerung bzw. Navigation des unbemannten Luftfahrzeugs, welches nach 0,5 bis 1 km Flugstrecke von der zweiten Steuerungseinrichtung abgelöst wird usw., bis dass die fünfte Steuerungseinrichtung am Ende der Bodenstrecke das unbemannte Luftfahrzeug beispielsweise landen kann. Mit anderen Worten wird die Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs jeweils von einer Steuerungseinrichtung an die nächste Steuerungseinrichtung segmentweise übergeben, so dass das unbemannte Luftfahrzeug nicht zwischenzeitlich landen und, bei Verwendung einer einzigen Steuerungseinrichtung, diese reloziert werden muss.
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Zusammengefasst schlägt das Verfahren vor, dass die unbemannte Transporteinrichtung durch die entlang der Bodenstrecke beabstandet angeordnete Steuerungseinrichtungen insbesondere der Reihe nach entlang des Linienwegs in Sichtnavigation navigiert wird und währenddessen die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes an seiner jeweiligen Position in dem Luftkorridor misst. Die derart erfassten Messdaten könnten gesammelt nach dem Flug und/oder während des Flugs an eine Bodenstation und/oder Auswerteeinrichtung zur weiteren Auswertung derselben übertragen und hinsichtlich einer gegebenenfalls notwendigen Optimierung des wenigstens einen Mobilfunknetzes analysiert werden.
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Als Mobilfunknetz wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine technische Infrastruktur verstanden, mittels der Signale zum Übertragen von Daten und Sprache zwischen einer Mobilfunkantenne des Mobilfunknetzes und dem Mobilfunkempfänger übertragen werden können, beispielsweise einem Mobiltelefon, einem Smartphone, einem Tablet und/oder einem industriellen Mobilfunkendgerät. Ein industrielles Mobilfunkendgerät umfasst beispielsweise ein Mobilfunkmodem und/oder einen Router zum Übertragen von Mobilfunksignalen mittels eines Internetprotokoll, um Steuerungs- und/oder Navigationsdaten mit dem unbemannten Luftfahrzeug auszutauschen. Der Mobilfunkempfänger umfasst bevorzugt Sende- und Empfangseinrichtungen, um mit einem terrestrischen Mobilfunknetz nach dem Long Term Evolution, LTE,-Standard zu kommunizieren. Der Mobilfunkempfänger ist bevorzugt ferner eingerichtet, die Qualität einer Mehrzahl Mobilfunknetze gleichzeitig und/oder nacheinander zu bestimmen bzw. messen. Ebenso kann das unbemannte Luftfahrzeug mit einer Mehrzahl Mobilfunkempfänger ausgestattet sein, die jeweils die Qualität eines anderen Mobilfunknetzes bestimmen. Das Mobilfunknetz ist bevorzugt nach einem Global System for Mobile Communications, GSM, General Packet Radio Services, GPRS, Universal Mobile Telecommunications System, UMTS, Long Term Evolution, LTE, oder Nachfolgestandard gestaltet.
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Als unbemanntes Luftfahrzeug wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Luftfahrzeug verstanden, welches sich ohne menschliche Besatzung autark navigieren und/oder durch die Steuerungseinrichtung, einen Computer oder sonstige Steuerung vom Boden als Fernbedienung oder Fernsteuerung steuern lässt. Unbemannte Luftfahrzeuge, Englisch „unmanned aerial vehicle“, UAV, werden oft als Drohnen bezeichnet und sind beispielsweise als Quadrokopter ausgeführt. Das unbemannte Luftfahrzeug weist bevorzugt eine computerbasierte Steuerung auf, um mit der funkbasierten Steuerungseinrichtung Signale zum Steuern und/oder Navigieren des unbemannten Luftfahrzeugs mittels der Funkverbindung und/oder mittels des Mobilfunkempfängers auszutauschen. Das Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes umfasst beispielsweise ein wiederholtes Aufbauen von Daten- und/oder Sprachverbindungen zu unterschiedlichen Zielen, beispielsweise zu einer Bodenstation, einer sonstigen terrestrischen Auswerteeinrichtung und/oder sonstigen Zielen. Anhand gemessener Gesprächsaufbauzeiten und/oder Geschwindigkeiten einer Internetverbindung lassen sich Rückschlüsse auf die Qualität des benutzten Mobilfunknetzes ziehen.
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Die Positionsbestimmungseinrichtung kann grundsätzlich ein beliebiges System wie Entfernungs-, Winkel- und/oder Höhenmessung und/oder astronomische Funk- und/oder Satellitenortung umfassen, um die Position des unbemannten Luftfahrzeugs in dem Luftkorridor, insbesondere geografische Breite, Länge und/oder Höhe relativ zum Boden und/oder relativ über Normalhöhennull zu erfassen. Bevorzugt ist die Positionsbestimmungseinrichtung zum Empfangen von Signalen von Navigationssatelliten und/oder Pseudoliten ausgestaltet, beispielsweise zum Empfangen der Signale des Global Positioning-Systems, GPS, Global Navigation Satellite System, GLONASS, Galileo, und/oder Beidou-Systems. Der Luftkorridor umfasst bevorzugt eine räumlich abgegrenzte Zone entlang des Linienwegs, die sich beispielsweise über einer Distanz von 10 km in einer Höhe zwischen 100 und 300 m über dem Boden und mit einer Breite von 500 m erstreckt, wobei ebenso andere Dimensionen möglich sind.
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Die Steuerungseinrichtung kann im einfachsten Fall als Fernsteuerung ausgeführt sein, mittels derer der Pilot das unbemannte Luftfahrzeug durch Sichtnavigation bzw. nach LOS-Regeln steuert. Entsprechend kann die Sichtkontaktweite, je nach Wetterbedingung und Sendeleistung der Steuerungseinrichtung, beispielsweise 500 m oder 1 km betragen. Im letzten Fall bedeutet dies für das vorgenannte Verfahren, dass zwei Steuerungseinrichtungen nicht mehr als 1 km voneinander entfernt an der Bodenstrecke angeordnet sein können. Bevorzugt verläuft die Bodenstrecke parallel oder annähernd parallel zu dem Linienweg, welcher sich beispielsweise 100 bis 300 m beabstandet vom Boden erstreckt.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren den Schritt auf: Wiederholen der Schritte des Fliegens des und/oder eines weiteren unbemannten Luftfahrzeugs und Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes, und/oder Fliegen des und/oder des weiteren unbemannten Luftfahrzeugs entlang des Linienwegs in eine Hinrichtung und in eine Rückrichtung, und/oder Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes an der jeweiligen Position durch statistische Ermittlung der während der wiederholten einzelnen Flüge und/oder der einzelnen Flüge in Hinrichtung und in Rückrichtung bestimmten Qualitäten. Durch wiederholtes Abfliegen des Linienwegs und/oder weiterer, insbesondere paralleler Linienwege in dem Luftkorridor, sei es jeweils in gleicher Richtung und/oder in Hin- und Rückrichtung, lassen sich wesentlich verlässlichere und damit aussagekräftigere Erkenntnisse über die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes erhalten. Dabei können mehrere unbemannte Luftfahrzeuge hintereinander, parallel und/oder versetzt zueinander den Luftkorridor abfliegen, um die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes zu bestimmen. In vorteilhafter Weise werden aus dem Stand der Technik bekannte statistische Verfahren auf die bei den einzelnen Flügen gemessenen Qualitäten angewendet.
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Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren in diesem Zusammenhang den Schritt: Fliegen des unbemannten Luftfahrzeugs während der einzelnen Flüge in einer vorbestimmten, konstanten Höhe relativ zum Boden oder in einer konstanten relativen Höhe über Normalhöhennull, und/oder Fliegen des unbemannten Luftfahrzeugs während der einzelnen Flüge in unterschiedlichen, vorbestimmten Höhen relativ zum Boden und/oder zu Normalhöhennull. Durch Fliegen des unbemannten Luftfahrzeugs in unterschiedlichen Höhen lässt sich für diese unterschiedlichen Höhen die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes bestimmen, so dass derart eine Art dreidimensionale Karte über die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes in dem Luftkorridor erhalten werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Verfahren die Schritte: Fliegen des unbemannten Luftfahrzeugs entlang des bereits abgeflogenen Linienwegs in einer ersten Höhe relativ zum Boden und/oder zu Normalhöhennull, Fliegen eines zweiten unbemannten Luftfahrzeugs entlang eines zweiten Linienwegs beabstandet zum Linienweg in einer zweiten Höhe und/oder relativ zum Boden und/oder zu Normalhöhennull durch Steuern des unbemannten zweiten Luftfahrzeugs durch das unbemannte Luftfahrzeug, und während des Fliegens des zweiten Linienwegs, Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes an der jeweiligen zweiten Position des zweiten unbemannten Luftfahrzeugs. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes in der ersten Höhe relativ zum Boden und/oder zu Normalhöhennull bestimmt und gegebenenfalls optimiert worden ist, also der Luftkorridor in der ersten Höhe vermessen und qualifiziert ist, um in einfacher Weise weitere Flughöhen zu vermessen. Dazu wird das zweite unbemannte Luftfahrzeug entlang des zweiten Linienwegs in der zweiten Höhe relativ zum Boden und/oder zu Normalhöhennull fliegen gelassen, wobei das unbemannte Luftfahrzeug das zweite unbemannte Luftfahrzeug beispielsweise mittels einer lokalen Funkverbindung steuert.
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In diesem Zusammenhang ist weiterhin bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt: Steuern des zweiten unbemannten Luftfahrzeugs abwechselnd mittels wenigstens einer der Mehrzahl der Steuereinrichtungen in Nähe des unbemannten Luftfahrzeugs umfasst. Das unbemannte Luftfahrzeug fungiert quasi als Relais, um von den Steuerungseinrichtungen und/oder einer Bodenstation und insbesondere über das Mobilfunknetz erhaltene Steuerungssignale an das zweite unbemannte Luftfahrzeug weiterzuleiten.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren den Schritt: autonomes Fliegen des unbemannten Luftfahrzeugs entlang des bereits abgeflogenen Linienwegs umfassen. Unter der Annahme, dass der bereits abgeflogene Linienweg qualifiziert ist, also dass entlang des gesamten Linienweges eine ausreichende Mobilfunkanbindung gegeben ist, kann das unbemannte Luftfahrzeug den bereits abgeflogenen Linienweg in sicherer Weise autonom zurücklegen und währenddessen über die Mobilfunkverbindung eine durchgehende Verbindung mit wenigstens einer der Steuerungseinrichtungen und/oder einer Bodenstation aufrechterhalten. Da das unbemannte Luftfahrzeug das zweite unbemannte Luftfahrzeug mittels der lokalen Funkverbindung steuert, ist insofern auch eine durchgehende kommunikationstechnische Anbindung an das zweite unbemannte Luftfahrzeug entlang des zweiten Linienwegs gegeben.
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Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Nach dem Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes, Prüfen, ob die Qualität ausreichend für eine Freigabe des Linienwegs und/oder des Luftkorridors für weitere unbemannte Luftfahrzeuge ist, und/oder Optimieren des wenigstens einen Mobilfunknetzes entlang des Linienwegs entsprechend der bestimmten Qualität. Nach dem erstgenannten Schritt wird beispielsweise geprüft, ob entlang des vorzugsweise gesamten Linienwegs eine Signalstärke des gemessenen Mobilfunknetzes ausreichend ist, um fortwährend eine Datenverbindung zwischen dem unbemannten Luftfahrzeug und einer Steuerungseinrichtung und/oder einer Bodenstation aufrechtzuerhalten.
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Bejahendenfalls kann der Linienweg freigegeben werden, da sichergestellt ist, dass weitere unbemannte Luftfahrzeuge und/oder das unbemannte Luftfahrzeug durchgängig mittels einer Mobilfunkverbindung entlang des derart zertifizierten Linienwegs steuerbar sind. Sofern nach dem zweiten vorgeschlagenen Verfahrensschritt erkannt wird, dass abschnittsweise entlang des Linienwegs keine ausreichende Signalstärke des Mobilfunknetzes vorhanden ist, also beispielsweise die Mobilfunkverbindung zwischen dem unbemannten Luftfahrzeug und dem Mobilfunknetz abreißt, kann ausgehend von den ebenso bestimmten Positionsdaten das Mobilfunknetz in diesem Bereich durch Aufstellen weiterer Mobilfunksendeanlagen, Erweiterung vorhandener Mobilfunksendeanlagen und/oder Änderung einer Ausrichtung der vorhandenen Mobilfunksendeanlagen verbessert werden.
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Insbesondere wenn die Qualität als ausreichend für die Freigabe des Linienwegs und/oder des Luftkorridors erachtet wurde, ist nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass wenigstens ein weiteres unbemanntes Luftfahrzeug entlang des Linienwegs und/oder des Luftkorridors fliegt. Zudem kann der betreffende Linienweg und/oder Luftkorridor auf elektronischen Karten als zertifiziert für den autonomen Betrieb unbemannter Luftfahrzeuge eingetragen werden.
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Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren den Schritt: Während des Fliegens des Linienwegs und/oder in dem Luftkorridor des wenigstens einen weiteren und/oder des unbemannten Luftfahrzeugs, Bestimmen der Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes an der jeweiligen Position in dem Luftkorridor während des Fliegens des Linienwegs/oder in dem Luftkorridor durch das wenigstens eine weitere und/oder das unbemannte Luftfahrzeug. Dazu kann in dem wenigstens einen weiteren und/oder in dem unbemannten Luftfahrzeug ein Software Development Kit, SDK, vorgesehen sein, welches während jedes Fluges die Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes misst. Die Messdaten können während des Fluges oder nach der Landung an eine Bodenstation übertragen und dort ausgewertet werden. Durch ein solches SDK lässt sich die erhaltene Genauigkeit der Qualität in dem Flugkorridor erhöhen, der Flugkorridor regelmäßig auf eine Mindestqualität hin prüfen und/oder der Flugkorridor erweitern. Beispielsweise kann das weitere mit dem SDK versehene unbemannte Luftfahrzeug beabstandet zu dem zertifizierten Linienweg einen weiteren Linienweg an einem Randbereich des Luftkorridors abfliegen. Sofern dieser weiterer Linienweg über eine ausreichende Qualität aufweist, lässt sich der zertifizierte Luftkorridor um diesen weiteren Linienweg erweitern. Sollten jedoch entlang des weiteren Linienweg Unterversorgungen wie Funklöcher des wenigstens einen Mobilfunknetzes erkannt werden, könnten diese durch nachgelagerte Maßnahmen verbessert werden. Durch vorgenannte Schritte lassen sich Grenzen des zertifizierten Luftkorridors bestimmen und der Luftkorridor quasi automatisiert erweitern.
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In diesem Zusammenhang ist nach einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das Verfahren den Schritt umfasst: während und/oder nach dem des Fliegens des Linienwegs, Übertragen der bestimmen Qualität des wenigstens einen Mobilfunknetzes an wenigstens eine Steuerungseinrichtung und/oder an eine Auswerteeinrichtung.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind die Steuerungseinrichtungen als Temporary Ground Control Stations ausgeführt, abgekürzt TGCS. Die TGCS umfasst bevorzugt einen portablen Computer, beispielweise einen Laptop, der über die Funkverbindung mit dem unbemannten Luftfahrzeug kommuniziert. Zur einfachen Steuerung des Luftfahrzeugs kann ein Joystick und/oder ein Steuerrad vorgesehen sein. Ebenso kann das TGCS einem Flugzeugcockpit mit entsprechenden Einrichtungen nachempfunden sein, um eine intuitive, einfache Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch eine Anordnung umfassend das unbemannte Luftfahrzeug und die Mehrzahl funkbasierter Steuerungseinrichtungen eingerichtet zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens gelöst.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigt
- 1 eine schematische Ansicht der Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbespiele
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1 zeigt in schematischer Ansicht eine Anordnung umfassend ein unbemanntes Luftfahrzeug 1 und eine Mehrzahl funkbasierter Steuerungseinrichtungen 2. Das nur schematisch dargestellte unbemannte Luftfahrzeug 1 ist als Quadrokopter ausgeführt und mit einem Mobilfunkempfänger 3 und einer Positionsbestimmungseinrichtung 4 ausgerüstet.
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Die Steuerungseinrichtungen 2 sind als Fernsteuerung, auch Funkfernsteuerung genannt, zum Fernsteuern des unbemanntes Luftfahrzeug 1 mittels Sichtnavigation eingerichtet. Im dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Steuerungseinrichtungen 2 jeweils etwa 500 bis 1000 Meter beabstandet voneinander am Boden 5 entlang einer Bodenstrecke 6 angeordnet. Beginnend von der linken Seite in 1 steuert ein erster Pilot das unbemannte Luftfahrzeug 1 mittels der ersten, in 1 ganz links dargestellten Steuerungseinrichtung 2 mittels Sichtnavigation, bis dass das unbemannte Luftfahrzeug 1 in einen Empfangsbereich der zweiten, in 1 rechts neben der ersten Steuerungseinrichtung 2 dargestellten Steuerungseinrichtung 2 gelangt. Ein zweiter die zweite Steuerungseinrichtung 2 bedienender Pilot übernimmt vom ersten Piloten die Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs 1. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis dass ein vierter Pilot der in 1 ganz rechts dargestellten vierten Steuerungseinrichtung 2 die Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs 1 ebenso mittels Sichtnavigation übernommen hat.
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Das unbemannte Luftfahrzeug 1 hat derart einen zu der Bodenstrecke 6 korrespondierenden Linienweg 7 in einem Luftkorridor 8 zurückgelegt. Während des gesamten Fluges entlang des Linienwegs 7 ist das unbemannte Luftfahrzeug 1 durch die Piloten mittels Sichtnavigation nach sogenannten Line of Sight-Regeln, abgekürzt LOS, manuell gesteuert worden und war insofern an keiner Position weiter als in Sichtkontaktweite 9 von wenigstens einer der Steuerungseinrichtungen 2 entfernt.
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Das vorbeschriebene Verfahren setzt jedoch die Mehrzahl voneinander beabstandeter Steuerungseinrichtungen 2 und entsprechende Piloten voraus, um eine durchgehende Kommunikationsverbindung mit dem unbemannten Luftfahrzeug 1 während des gesamten Flugs entlang des Linienwegs 7 aufrecht zu erhalten. Alternativ ist es wünschenswert, die durchgehende Kommunikationsverbindung durch ein bereits bestehendes, terrestrisches Mobilfunknetz beispielsweise über einen Long Term Evolution-Mobilfunkprotokoll, LTE, aufrecht zu erhalten. Dafür ist jedoch zu sicherzustellen, ob das terrestrische Mobilfunknetz eine ausreichende Signalstärke entlang des gesamten Linienwegs 7 in dem Luftkorridor 8 aufweist, damit die Steuerungseinrichtungen 2 durch das Mobilfunknetz substituiert werden können.
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Diesem Zweck folgend ist das unbemannte Luftfahrzeug 1 einerseits mit einem Mobilfunkempfänger 3 umfassend eine Sende- und Empfangseinrichtung zum Kommunizieren mit dem Mobilfunknetz, beispielsweise ein LTE-Modem, sowie andererseits mit einer Positionsbestimmungseinrichtung 4 ausgerüstet. Die Positionsbestimmungseinrichtung 4 ist zum Bestimmen einer Position des unbemannten Luftfahrzeugs 1 in dem Luftkorridor 8 durch Empfangen entsprechender Positionsinformation eines nicht näher dargestellten Satellitennavigationsnetzes ausgeführt. Zudem ist das unbemannte Luftfahrzeug 1 eingerichtet, wie zuvor beschrieben mittels von den funkbasierten Steuerungseinrichtungen 2 und von dem Mobilfunkempfänger 3 erhaltenen Navigations-Instruktionen entlang des Linienwegs 7 zu navigieren.
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Um zunächst zu prüfen, ob eine ausreichende Signalstärke in dem Luftkorridor 8 und insbesondere entlang des gesamten Linienwegs 7 vorhanden ist, also ob der Luftkorridor 8 für weiteren autonomen Flugbetrieb „qualifiziert“ ist, wird das unbemannte Luftfahrzeugs 1 wie zuvor beschrieben entlang des gesamten Linienwegs 7 abwechselnd und segmentweise nach LOS-Regeln manuell mittels der Mehrzahl Steuerungseinrichtungen 2 gesteuert. Das Steuern kann durch eine Mehrzahl Piloten erfolgen, wobei die Steuerungseinrichtungen 2 als Temporary Ground Control Stations, TGCS ausgeführt sein können. Derartige TGCS umfassen in der Regel einen portablen Computer, der über eine Funkverbindung mit dem unbemannten Luftfahrzeug 1 kommuniziert. Zur einfachen Steuerung des Luftfahrzeugs 1 ist ein Joystick oder ein Steuerrad vorgesehen.
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Während des gesamten Fluges entlang des Linienwegs 5 bestimmt der Mobilfunkempfänger 3 die Qualität des Mobilfunknetzes oder einer Mehrzahl unterschiedlicher Mobilfunknetze an der jeweiligen Position in dem Luftkorridor 8. Dazu werden durch den Mobilfunkempfänger 3 wiederholt Daten- und/oder Sprachverbindungen zu unterschiedlichen Zielen aufgebaut und die Geschwindigkeit einer Internetverbindung und/oder eine Gesprächsaufbauzeit gemessen. Eine in dem unbemannten Luftfahrzeug 1 vorgesehene Steuerung steuert den der Mobilfunkempfänger 3 und speichert die derart erhaltenen Daten zur weiteren Auswertung beispielsweise nach einer Landung des unbemannten Luftfahrzeugs 1.
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In einem weiteren Schritt wird geprüft, die erhaltene Qualität ausreichend für eine Freigabe des Linienwegs 7 und/oder des Luftkorridors 8 für weitere unbemannten Luftfahrzeuge zur kommerziellen Nutzung ist, also der Luftkorridor 8 für autonomes Fliegen „qualifiziert“ ist. Eine Freigabe wird erteilt, wenn entlang des gesamten Linienwegs 7 eine durchgehende Mobilfunkverbindung mit ausreichender Signalstärke größer einem vordefinierten Schwellwert besteht, so dass Reserven für bestimmte Wetterbedingungen oder unterschiedliche Antennentypen berücksichtigt sind.
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Sofern festgestellt wird, dass die Qualität nicht ausreichend ist, können Maßnahmen zum Optimieren des Mobilfunknetzes entlang des Linienwegs 7 entsprechend der bestimmten Qualität veranlasst werden, beispielsweise Aufstellen weiterer Sende- und Empfangsmasten des Mobilfunknetzes und/oder Ändern einer Antennenausrichtung bestehender Sende- und Empfangsmasten des Mobilfunknetzes in Richtung des Luftkorridors 8.
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Um eine höhere Genauigkeit der Qualität zu erhalten, lassen sich die vorbeschriebenen Schritte des Fliegens des unbemannten Luftfahrzeugs 1 entlang des Linienwegs 7 und Bestimmens der Qualität des Mobilfunknetzes wiederholen oder unterschiedliche unbemannte Luftfahrzeuge 1 den gleichen Linienweg 7 oder dazu korrespondierende Linienwege 7 in dem gleichen Luftkorridor 8 abfliegen. Ebenso kann das unbemannte Luftfahrzeug 1 entlang des Linienwegs 7 in eine Hinrichtung und in eine Rückrichtung geflogen werden. Diese Flüge erfolgen wie zuvor beschrieben durch Sichtnavigation und gesteuert durch die Piloten der Steuerungseinrichtungen 2.
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Die durch die einzelnen Flüge erhaltenen Qualitäten lassen sich statistisch mitteln, um eine verlässlichere Aussage zur Qualität zu erhalten. Das Fliegen des unbemannten Luftfahrzeugs 1 bzw. der unbemannten Luftfahrzeuge 1 erfolgt während der einzelnen Flüge in einer vorbestimmten, konstanten Höhe relativ zum Boden 5 oder in einer konstanten relativen Höhe über Normalhöhennull.
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Zum Erfassen der Qualität des Mobilfunknetzes in weiteren Flughöhen entlang eines zweiten Linienwegs 10 in dem gleichen Flugkorridor 7 oder in einem weiteren Flugkorridor, der sich parallel zum Flugkorridor 8 erstreckt, lässt sich das unbemannte Luftfahrzeug 1 entlang des bereits abgeflogenen Linienwegs 7 in einer ersten Höhe relativ zum Boden 5 und/oder zu Normalhöhennull fliegen. Da der bereits abgeflogene Linienweg 7 „qualifiziert“ ist, kann das unbemannte Luftfahrzeug 1 den Linienweg 7 autonom zurücklegen.
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Parallel zum unbemannten Luftfahrzeug 1 wird ein zweites unbemanntes Luftfahrzeug 11 entlang des zweiten Linienwegs 10 beabstandet aber annähernd parallel zum Linienweg 7 oder in einer zweiten Höhe relativ zum Boden 5 und/oder zu Normalhöhennull fliegen gelassen. Das zweite unbemannte Luftfahrzeug 11 ist identisch zum unbemannten Luftfahrzeug 11 ebenso mit einem nicht näher in 1 gezeigten Mobilfunkempfänger 3 sowie mit einer Positionsbestimmungseinrichtung 4 ausgerüstet.
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Die Steuerung des zweiten unbemannten Luftfahrzeugs 11 erfolgt mittels einer lokalen Funkverbindung durch das unbemannte Luftfahrzeug 1, welches derart als Relay zwischen einer Bodenstation 12 oder einer der Steuerungseinrichtungen 2 und dem zweiten unbemannten Luftfahrzeug 11 agiert. Das zweite unbemannte Luftfahrzeug 11 bestimmt während seines Fluges die Qualität des Mobilfunknetzes an der jeweiligen zweiten Position des zweiten unbemannten Luftfahrzeugs 11. Die bestimmte Qualität kann während des Fluges von dem zweiten unbemannten Luftfahrzeug 11 über die lokale Funkverbindung an das unbemannte Luftfahrzeug 11 und von diesem über die bestehende Mobilfunkverbindung an die Bodenstation 12 oder an die Steuerungseinrichtung 2 weitergeleitet werden.
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Um einen bereits qualifizierten und für kommerzielle Nutzung freigegebenen Linienweg 7 und/oder Luftkorridor 8 fortlaufend hinsichtlich der Qualität des Mobilfunknetzes zu prüfen, können das unbemannte Luftfahrzeug 1 oder weitere unbemannte Luftfahrzeuge 13 mit einem Mess-SDK, Software Development Kit versehen werden, welches bei jedem Flug fortlaufend die aktuelle Qualität des Mobilfunknetzes an der jeweiligen Position in dem Luftkorridor 8 bestimmt und die erhaltene Qualität während oder nach dem Flug an die Bodenstation 12 zum weiteren Verarbeiten und Auswerten überträgt.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele, die im Rahmen der Ansprüche auf vielfältige Weise modifiziert und/oder ergänzt werden können. Jedes Merkmal, das für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann eigenständig oder in Kombination mit anderen Merkmalen in einem beliebigen anderen Ausführungsbeispiel genutzt werden. Jedes Merkmal, dass für ein Ausführungsbeispiel einer bestimmten Kategorie beschrieben wurde, kann auch in entsprechender Weise in einem Ausführungsbeispiel einer anderen Kategorie eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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| Unbemanntes Luftfahrzeug |
1 |
| Steuerungseinrichtung |
2 |
| Mobilfunkempfänger |
3 |
| Positionsbestimmungseinrichtung |
4 |
| Boden |
5 |
| Bodenstrecke |
6 |
| Linienweg |
7 |
| Luftkorridor |
8 |
| Sichtkontaktweite |
9 |
| Zweiter Linienweg |
10 |
| Zweites unbemanntes Luftfahrzeug |
11 |
| Bodenstation |
12 |
| Weiteres unbemanntes Luftfahrzeug |
13 |
