DE102020203054A1

DE102020203054A1 - Verfahren zur Steuerung einer Formation eines zusammenwirkenden Schwarms von unbemannten mobilen Einheiten

Info

Publication number: DE102020203054A1
Application number: DE102020203054.5A
Authority: DE
Inventors: Antonio Perez
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2040-03-11
Also published as: EP4066080A1; DE102020203054B4; WO2021180399A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Formation eines zusammenwirkenden Schwarms unbemannter mobiler Einheiten, insbesondere einer Flugformation eines Drohnenschwarms, das Aussenden von Verfolgungssignalen durch eine Vielzahl von Signalgebern, die auf jeder mobilen Einheit angeordnet sind, wobei die Signalgeber über jede mobile Einheit in einer für die jeweilige mobile Einheit charakteristischen geometrischen Anordnung verteilt sind; das Erfassen der Verfolgungssignale mindestens angrenzender mobiler Einheiten innerhalb des Schwarms durch ein Signalerfassungssystem jeder mobilen Einheit; Bestimmen einer aktuellen relativen Position und/oder einer aktuellen Ausrichtung der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten in Bezug auf jede mobile Einheit basierend auf der erfassten Verfolgungssignale der Signalgeber auf den mindestens angrenzenden mobilen Einheiten; und Lenken jeder mobilen Einheit basierend auf den jeweils bestimmten aktuellen relativen Positionen und/oder aktuellen Ausrichtungen der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten, um eine bestimmte Formation des Schwarms herzustellen und/oder aufrechtzuerhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Formation eines zusammenwirkenden Schwarms von unbemannten mobilen Einheiten. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Steuern einer Flugformation eines Drohnenschwarms. Die Erfindung betrifft ferner einen zusammenwirkenden Schwarm einer Vielzahl von unbemannten mobilen Einheiten, insbesondere Drohnen.
Im militärischen und anderen technischen Bereichen wird zunehmend der Einsatz von Schwärmen oder Multiagent-Systemen, die aus halb- oder vollautonomen unbemannten mobilen Einheiten wie beispielsweise Drohnen oder anderen unbemannten Flugzeugsystemen (UAS) bestehen, für eine große Vielfalt von Zwecken vorgeschlagen, die von Überwachungs- und Aufklärungsaufgaben bis hin zu taktischem Angriff reichen, siehe beispielsweise Dokument EP 3 454 316 A1 .
Algorithmen zur Steuerung einer Konstellation und/oder Formation eines solchen Schwarms gehen häufig davon aus, dass jedes Mitglied der Formation irgendwie die Position der anderen Teilnehmer kennt, insbesondere wenn sie in einer engen oder kompakten Konfiguration fliegen. Zu diesem Zweck stehen Techniken zur Verfügung, um Eingänge aus verschiedenen Quellen zu verschmelzen, darunter GPS oder andere globale Satellitennavigationssysteme (GNSS), Trägheitsnavigationssysteme (INS), Datenverbindungen sowie optische Sensoren einschließlich Kameras. In realen Einsatzszenarien kann die Verbindung zu den genannten Informationsquellen jedoch zumindest vorübergehend unterbrochen sein.
Beispielsweise kann GPS nicht erlaubt sein oder eine Aufgabe kann nachts oder im Stealth-Modus, d. h. ohne Radar, Datenverbindung, Radarhöhenmesser und allgemeine Interkommunikation, stattfinden. In diesen Fällen sind oft nur INS und elektrooptische Sensoren verfügbar bzw. können wertvolle Daten liefern.
Typische Computer-Vision-Algorithmen für Formationsflüge benötigen einige Zeit zum Verarbeiten von Videosignalen, um andere Mitglieder einer Formation zu identifizieren und ihre relative Position zu berechnen. Für herkömmliche optische Systeme (Kameras + Algorithmen) ist es äußerst schwierig, präzise Messungen von Fahrzeugen zu liefern, die mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 100 m/s fliegen, insbesondere wenn eine 360°-Abdeckung gefordert wird, um einen kollisionsfreien Flug in alle Richtungen um jede mobile Einheit herum zu gewährleisten.
Vor diesem Hintergrund ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, schnelle und robuste Lösungen für die Formationssteuerung von Schwärmen unbemannter mobiler Einheiten zu finden, die sich insbesondere für Szenarien mit reduzierter Sichtbarkeit und eingeschränkten Möglichkeiten der Datenkommunikation eignen.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Schwarm mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erreicht.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung einer Formation eines zusammenwirkenden Schwarms unbemannter mobiler Einheiten, insbesondere zur Steuerung einer Flugformation eines Drohnenschwarms, das Aussenden von Verfolgungssignalen durch eine Vielzahl von Signalgebern, die auf jeder mobilen Einheit angeordnet sind, wobei die Signalgeber über jede mobile Einheit in einer für die jeweilige mobile Einheit charakteristischen geometrischen Anordnung verteilt sind; das Erfassen der Verfolgungssignale mindestens angrenzender mobiler Einheiten innerhalb des Schwarms durch ein Signalerfassungssystem jeder mobilen Einheit; Bestimmen einer aktuellen relativen Position und/oder einer aktuellen Ausrichtung der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten in Bezug auf jede mobile Einheit basierend auf den erfassten Verfolgungssignalen der Signalgeber auf den mindestens angrenzenden mobilen Einheiten; und Lenken jeder mobilen Einheit basierend auf den jeweils bestimmten aktuellen relativen Positionen und/oder aktuellen Ausrichtungen der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten, um eine bestimmte Formation des Schwarms herzustellen und/oder aufrechtzuerhalten.
Ferner ist der Erfindung zufolge ein zusammenwirkender Schwarm einer Vielzahl von unbemannten mobilen Einheiten, insbesondere Drohnen, vorgesehen. Jede mobile Einheit umfasst eine Vielzahl von Signalgebern, die auf der jeweiligen mobilen Einheit angeordnet sind, wobei die Signalgeber über die mobile Einheit in einer für die jeweilige mobile Einheit charakteristischen geometrischen Anordnung verteilt sind, wobei jeder Signalgeber dazu eingerichtet ist, Verfolgungssignale von seiner Position auf der mobilen Einheit auszusenden; ein Signalerfassungssystem, das dazu eingerichtet ist, die durch die anderen mobilen Einheiten ausgesendeten Verfolgungssignale zu erfassen; eine Verarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, eine aktuelle Relativposition und/oder eine aktuelle Ausrichtung von mindestens angrenzenden mobilen Einheiten innerhalb des Schwarms in Bezug auf die jeweilige mobile Einheit basierend auf den Verfolgungssignalen der Signalgeber der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten zu bestimmen; und ein Flugsteuerungssystem, das dazu eingerichtet ist, die jeweilige mobile Einheit basierend auf den bestimmten aktuellen Relativpositionen und/oder aktuellen Ausrichtungen der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten zu steuern, um eine bestimmte Formation des Schwarms herzustellen und/oder aufrechtzuerhalten.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist daher, das System robust gegenüber Bedingungen mit schlechter Sicht zu machen, indem Signalgeber an vorgegebenen, genau definierten Stellen auf jeder mobilen Einheit positioniert werden, die - von einem auf einer anderen Einheit montierten Signalerfassungssystem aus gesehen - ein wohldefiniertes Punktmuster bilden, das durch Rekonstruktionsalgorithmen (z. B. Computer-Vision-Algorithmen) leichter verarbeitet werden kann, da nur eine Anzahl diskreter Punkte und nicht ein vollständiges Bild rekonstruiert und verfolgt werden muss.
Die Position der Sender kann an sinnvollen Stellen am Rahmen oder Körper der einzelnen mobilen Einheiten sorgsam ausgewählt werden. Im Prinzip ist es so möglich, für jede mobile Einheit ein eindeutiges Muster zu erstellen. Mit diesen Informationen sowie Daten über Größe, Form und/oder Konfiguration der jeweiligen Einheit, auf der diese Sender montiert sind, können Computer-Vision-Algorithmen die Position und/oder Ausrichtung jeder sichtbaren mobilen Einrichtung basierend auf dem gemessenen Punktmuster berechnen. Die jeweiligen Konfigurationen der Signalgeber auf jeder mobilen Einheit können als Datensatz allen Einheiten des Schwarms vor einem Einsatz zur Verfügung gestellt werden, d. h. die geometrischen Anordnungen können vordefiniert sein und/oder während des Einsatzes zwischen den Einheiten kommuniziert werden, z. B. über ein Kommunikationsnetz, das zu einem späteren Zeitpunkt während des Einsatzes abgeschaltet werden kann oder nicht. Die Sendeleistung kann auf eine Reichweite eingestellt werden, sodass nur mobile Einheiten, die sich in einem bestimmten vordefinierten Abstand (z. B. 10 bis 100 Meter) befinden, in der Lage sind, die gesendeten Signale zu erfassen.
Basierend auf einem solchen Satz verteilter Sender und Sensoren können relative Positions- und/oder Orientierungsmessungen durchgeführt werden, die als Eingabe für Formationssteuerungsalgorithmen und/oder Kollisionsvermeidungsalgorithmen dienen können, die mit hoher Frequenz die relative Position, den Abstand und/oder die Ausrichtung jeder mobilen Einheit in der Nähe der jeweiligen mobilen Einheit überprüfen können. Diese Algorithmen können dann Echtzeitdaten an ein Flugsteuerungssubsystem liefern, das die jeweilige mobile Einheit so lenkt, dass sie ihre relative Position innerhalb der Schwarmformation beibehält. Die Algorithmen können unter Umständen reaktiv arbeiten und sich nicht auf andere Informationen stützen, die von den anderen mobilen Einheiten übertragen werden (direkte Interkommunikation, Datenverbindung usw.). Folglich vermeidet das System jeden potenziellen Konflikt zwischen der mit reinen Bilderkennungsalgorithmen (lokal berechnet) ermittelten Position und den über Datenverbindungsnachrichten gemeinsam genutzten Positionen (fernberechnet).
Eine unbemannte mobile Einheit im Sinne der Erfindung kann insbesondere eine Drohne sein, wobei der Begriff Drohne ein allgemeines unbemanntes Luftfahrzeug, d. h. ein „unbemanntes Flugzeugsystem“ (UAS) oder „unbemanntes Luftfahrzeug“ (UAV) bezeichnet. Zu Drohnen im Sinne der Erfindung gehören unter anderem kleine Drohnen, Aufklärungsdrohnen, aber auch Kampfdrohnen und andere unbemannte militärische Aufklärungs- und/oder Kampfflugzeuge. Zu den Drohnen im Sinne der Erfindung gehören somit u. a. „Micro Aerial Vehicles“ (MAV), „Small Unmanned Aircraft“ (SUA), Nano-, Mikro- und Mini-UAS sowie Close- und Tactical-UAS, „Medium Altitude Long Endurance“ (MALE) und „High Altitude Long Endurance“ (HALE) UAS, „Unmanned Reconnaissance Aerial Vehicles“ (URAV), „Unmanned Combat Aerial Vehicles“ (UCAV) oder „Unmanned Combat Aerial Systems“ (UCAS) und andere unbemannte Luftfahrzeuge, die dem Fachmann bekannt sind.
Neben unbemannten Flugzeugen umfasst der erfindungsgemäße Begriff der mobilen Einheit jedoch auch andere unbemannte Fahrzeuge wie Landfahrzeuge, z. B. autonome Kraftfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Unterwasserfahrzeuge, sowie allgemeine zusammenwirkende Multiagentsysteme oder gemeinsam operierende Formationen mobiler Einheiten.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung finden sich in den nachgeordneten Ansprüchen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Signalgeber zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen und/oder Schallwellen eingerichtet sein.
In einem bestimmten Beispiel können solche Signalgeber, z. B. Infrarotlichtstrahler, an der Flugzeugzelle eines unbemannten Flugzeugs, z. B. an den Flügelspitzen, an der Höhenleitwerksspitze, an den Seitenleitwerksspitzen, an der Nase, am Rumpf, an der Rumpfverkleidung oder an jeder anderen eindeutigen und/oder unterscheidbaren Position am Flugzeug oder allgemeiner an der mobilen Einheit angebracht sein. Jeder Signalgeber kann als punktförmige Quelle von Sendesignalen, z. B. IR-Signalen, eingerichtet werden, sodass die Sender im Zusammenspiel ein Netz oder Skelett bilden, das von Computer-Vision-Algorithmen leichter als die Rekonstruktion ganzer Bilder verarbeitet werden kann.
Die Signalgeber können insbesondere zum Aussenden von Infrarotlicht eingerichtet sein.
Infrarotlicht ist für das menschliche Auge nicht sichtbar und wird grundsätzlich nicht durch schlechte Lichtverhältnisse (Tag/Nacht, Nebel, Wolken usw.) beeinträchtigt. Um zwischen verschiedenen mobilen Plattformen zu unterscheiden, können verschiedene Kombinationen dieser Sender aktiviert werden, sodass das durch jede Teilmenge erzeugte Muster eindeutig sein kann. Als Teil des Signalerfassungssystems kann eine Infrarotkamera oder eine Kamera mit hohem Dynamikbereich an den mobilen Einheiten angebracht sein, um das jeweilige, durch die einzelnen mobilen Einheiten ausgestrahlte IR-Muster zu analysieren.
Es ist jedoch zu verstehen, dass alternativ oder zusätzlich auch elektromagnetische Wellen anderer Wellenlängen für die Erfindung genutzt werden können. Darüber hinaus können Schallwellen, insbesondere Ultraschall, für bestimmte Anwendungen der Erfindung, z. B. für mobile Unterwassereinheiten, geeignet sein.
Generell können die Algorithmen auch natürliche oder andere vorhandene IR-Strahler, wie z. B. Motorabgasdüsen, verwenden, um die Extraktion der Position und/oder Ausrichtung weiter zu unterstützen. In diesem Fall kann das Signalerfassungssystem als IR-empfindlicher elektrooptischer Sensor und/oder als IR- oder Kamerasystem mit hohem Dynamikbereich eingerichtet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Verfolgungssignale zur Kodierung von Übertragungsnachrichten gepulst und/oder intensitätsmoduliert sein.
Zum Beispiel haben Lichtstrahler die Fähigkeit, mit einer gewünschten Frequenz zu pulsieren oder die Intensität zu modulieren, um Nachrichten zu übertragen. Andererseits werden Impulse oder modulierte Signale durch die Sensoren der anderen Einheiten in der Formation erfasst. So können z. B. die auf jeder Einheit montierten Kameras und Bildverarbeitungsalgorithmen Sendermuster nicht nur verfolgen, um die Positionen zu berechnen, sondern auch um diese Pulsationen zu erfassen und die Nachrichten zu dekodieren. Auf diese Weise kann das vorliegende Positionierungssystem gleichzeitig den Zweck eines wenig wahrnehmbaren Kommunikationssystems mit kurzer Reichweite erfüllen.
Ein bestimmter Sender oder eine Teilmenge von Sendern (von null bis zu allen) pro Einheit kann als Datensender eingerichtet werden. Da jede mobile Einheit in der Formation die relative Position der anderen oder mindestens der nächstgelegenen kennt, kann ein Algorithmus bestimmen, welcher oder welche der verfügbaren Sender am besten geeignet ist bzw. sind, als Kommunikationssender für die Übertragung von Informationen an eine bestimmte Einheit zu fungieren. Verschiedene Sender auf derselben Einheit können gleichzeitig verschiedene Nachrichten an verschiedene Mitglieder der Formation, z. B. links und rechts, senden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann jede mobile Einheit somit eine Kommunikationseinheit zur Datenkommunikation zwischen der jeweiligen mobilen Einheit und den anderen mobilen Einheiten über die in den Verfolgungssignalen kodierten Übertragungsnachrichten umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Übertragungsnachrichten eine für jede betreffende Mobilvorrichtung spezifischen Identifikationskode enthalten.
Neben dem eindeutigen Sendermuster, das auf jeder Einheit angebracht ist, können sich die mobilen Plattformen so mit einem spezifischen Sendekode innerhalb der Gruppe identifizieren, sodass in besonders komplexen Situationen, in denen eine Identifizierung durch das visuelle Muster nicht möglich ist (wegen Stromausfall oder einer anderen Fehlfunktion, die das Sendermuster beeinträchtigt), die Identifizierung ebenso wie die Datenübertragung trotzdem möglich ist.
Die Kommunikation zwischen den mobilen Einheiten macht das System robuster und verbessert die Techniken zur relativen Positionierung in Fällen, in denen z. B. die Markierung jedes einzelnen Mitglieds der Formation für ein bestimmtes Manöver obligatorisch ist.
Beispielsweise können LEDs mit unterschiedlichen Pulsationsraten oder Kodes verwendet werden. Dies würde es zusätzlich ermöglichen, dass jede mobile Einheit beim Aussenden eine eigene Signatur aufweist, die durch die anderen Einheiten erkannt und zugeordnet werden könnte. Zur weiteren Unterscheidung zwischen den Einheiten kann es auch möglich sein, verschiedene Kombinationen von Sendern zu aktivieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Übertragungsnachrichten dazu verwendet werden, Lenkdaten zwischen mindestens angrenzenden mobilen Einheiten innerhalb des Schwarms zu kommunizieren.
Es kann ein verteiltes Kommunikationsnetz aufgebaut werden, in dem Informationen in einer Kette von Element zu Element weitergegeben werden können, sodass selbst wenn zwei Einheiten sich physisch nicht sehen können, die Kommunikation zwischen ihnen trotzdem über eine dritte Einheit möglich ist. Über dieses Schwarmkommunikationsnetz können Lenkdaten ausgetauscht werden, die z. B. Steuerdaten zur Aufrechterhaltung und/oder Korrektur einer aktuellen oder geplanten Schwarmformation enthalten können.
Kommunikationsalgorithmen und -protokolle können dafür sorgen, dass die Informationen korrekt übertragen werden und so schnell und zuverlässig wie möglich von einem Ende der Formation zum anderen gelangen. Ein Kommunikationsprotokoll kann bestimmen, von welcher und an welche mobile Einheit eine Nachricht gerichtet ist und welche Aktionen durchgeführt werden müssen.
Dies eröffnet auch die Möglichkeit einer zentralen Leitung und Steuerung der Formation durch eine oder mehrere ausgewählte Einheiten des Schwarms, die steuerungsrelevante Daten, z. B. Ergebnisse von Relativpositionsmessungen, von den anderen Einheiten des Schwarms erhalten und entsprechende Lenkbefehle an den Rest des Schwarms verteilen, um die Formation entsprechend anzupassen. Die Lenkdaten können direkt zwischen den Einheiten verteilt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Lenkdaten aber auch von einer Einheit zur anderen weitergegeben werden. Im letzteren Fall müssen nur angrenzende oder nahe gelegene Einheiten eine direkte Kommunikationsverbindung herstellen.
Es ist jedoch zu beachten, dass der Schwarm je nach Einsatzszenario zusätzlich verschiedene Kommunikationsmittel nutzen kann, z. B. ein dediziertes drahtloses Schwarmkommunikationsnetz (z. B. Funk), und/oder durch eine (stationäre) Systemsteuerung über ein drahtloses Systemnetz gesteuert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Signalgeber dazu eingerichtet werden, beim Betrieb unterschiedliche Signalmuster zu erzeugen.
Die Signalgeber können einzeln und/oder unabhängig voneinander betrieben, z. B. ein- und ausgeschaltet werden. Die Sender können aber auch alle zusammen oder gemeinsam in festen und/oder wechselnden Untergruppen betrieben werden. Um z. B. zwischen mobilen Einheiten zu unterscheiden, kann es möglich sein, verschiedene Kombinationen und/oder Teilmengen von Sendern zu aktivieren, sodass das von jeder Teilmenge erzeugte Muster eindeutig sein kann. Das Signalmuster und damit die erkennbare Anordnung der Signalgeber, d. h. der (Teil-)Menge der aktiven Sender, kann daher (neu) konfigurierbar sein, während die geometrische Anordnung der Signalgeber auf den mobilen Einheiten, d. h. deren Hardwarekonfiguration, im Voraus festgelegt werden kann. So kann es beispielsweise möglich sein, einzelne Signalgeber ein- und auszuschalten und so das resultierende Signalmuster vor, nach und/oder sogar während des Betriebs (neu) zu konfigurieren. Wenn sich z. B. eine Matrix von Sendern auf dem Gehäuse einer mobilen Einheit befindet, können einzelne Sender ein- oder ausgeschaltet werden, um völlig unterschiedliche Muster/Konfigurationen anzuzeigen, z. B. ein volles Quadrat, einen Ring, ein „T“, ein „I“, ein „+“ oder eine andere geeignete Anordnung.
Sowohl die geometrische Anordnung der Signalgeber als auch das tatsächlich erfassbare Signalmuster jeder mobilen Einheit kann den anderen mobilen Einheiten im Voraus und/oder während des Einsatzes mitgeteilt werden. Die geometrische Anordnung kann vordefiniert sein, während das Signalmuster während des Einsatzes rekonfiguriert werden kann. Außerdem können sowohl die (vordefinierte) geometrische Anordnung der Signalgeber als auch die tatsächlich erkannten Signalmuster (die Verfolgungssignale) als Eingabe für die Verarbeitungseinheit zur Bestimmung der aktuellen relativen Position und/oder einer aktuellen Ausrichtung mindestens angrenzender mobiler Einheiten innerhalb des Schwarms in Bezug auf jede mobile Einheit verwendet werden.
Es ist jedoch zu verstehen, dass eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen der geometrischen Anordnung der Signalgeber und der erfassbaren Anordnung (dem Signalmuster) der aktiven Sender bestehen kann, wenn alle installierten Signalgeber so eingerichtet sind, dass sie gleichzeitig senden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet sein, eine geplante Flugbahn einer verborgenen mobilen Einheit der mobilen Einheiten basierend auf der zuletzt ermittelten aktuellen relativen Position der verborgenen mobilen Einheit zu extrapolieren, falls die Verfolgungssignale der verborgenen mobilen Einheit mindestens zeitweise nicht durch die entsprechende mobile Einheit empfangen werden.
Daher kann ein Formationssteuerungs- und/oder Kollisionsvermeidungsalgorithmus die zwischen allen sichtbaren mobilen Einheiten gemessenen Positionen verfolgen und diese extrapolieren, wenn einige Einheiten innerhalb der Formation verdeckt oder verborgen werden. Unter der Annahme eines realistischen Szenarios ist es sogar wahrscheinlich, dass sich nicht alle Mitglieder der Formation gegenseitig sehen, d. h. jederzeit erkennen können. Steueralgorithmen können die Position dieser anderen Mitglieder basierend auf der aktuellen Position und/oder Geschwindigkeit extrapolieren. Wenn aus irgendeinem Grund ein Ausweichmanöver angestoßen werden muss, kann der Algorithmus die erwartete Position der nicht sichtbaren Mitglieder berücksichtigen und ein Manöver erzeugen, das ihre Flugbahnen nicht schneidet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Formation des Schwarms durch die Steuerung jeder mobilen Einheit ständig aktualisiert werden. Die Verfolgungssignale können durch jede mobile Einheit mit einer vorgegebenen Aktualisierungsrate ausgewertet werden.
Beispielsweise können die Verfolgungssignale unter bestimmten Bedingungen durch jede mobile Einheit mit einer Aktualisierungsrate von mindestens einigen Hz, z. B. 2 Hz, ausgewertet werden. Das System kann jedoch auch mit weitaus höheren Aktualisierungsraten ausgestattet sein.
Gängige Computer-Vision-Algorithmen für den Formationsflug, die auf der Rekonstruktion ganzer Bilder basieren, benötigen dagegen einige Zeit, um Videosignale zu verarbeiten, um andere Mitglieder der Formation zu identifizieren und ihre relative Position zu berechnen. Für ein Fahrzeug, das mit einer typischen Geschwindigkeit in der Größenordnung von 100 m/s fliegt, müsste ein optisches System mit 100 Hz laufen, um eine Unsicherheit in der Größenordnung von Metern zu erreichen. Herkömmliche optische Luftbildsysteme können jedoch in der Regel eine solche Frequenz nicht einmal erreichen. Dies gilt insbesondere im Falle einer einzelnen Kamera, z. B. wenn eine 360-Grad-Abdeckung erforderlich ist, um einen kollisionsfreien Flug rund um das Luftfahrzeug zu gewährleisten, sodass eine Verarbeitung mit mehreren Kameras zwingend erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung eröffnet jedoch die Möglichkeit, die Positionen und/oder Ausrichtungen bei so hohen Aktualisierungsraten zu rekonstruieren, da nur eine Anzahl von Punkten und nicht vollständige Bilder rekonstruiert und/oder verfolgt werden müssen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Signalerfassungssystem aus einem elektrooptischen Sensor und/oder einem Kamerasystem bestehen. Das Signalerfassungssystem kann insbesondere eine Infrarotkamera umfassen.
In letzter Zeit wurden zunehmend Mikrokameras mit Fischaugenobjektiven entwickelt, bei denen ein sehr kleines Gerät in der Lage ist, einen weiten Winkel abzudecken. Solche Objektive können die Anzahl der erforderlichen Kameras sehr gering halten, um eine 360-Grad-Abdeckung um eine mobile Einheit, z. B. ein Luftfahrzeug, herum zu erreichen. Darüber hinaus können diese Kameras leicht in die Flugzeugzelle einer fliegenden Plattform integriert werden. Herkömmliche Kameras und Objektive können jedoch geeignet sein, solange sie die jeweilige Wellenlänge der Sender erfassen können. Durch Kombination einer optimierten Positionierung der Signalgeber und der entsprechenden Kameras zur Signalerfassung kann eine kontinuierliche 360-Grad-Kameraabdeckung um die Plattform herum gewährleistet werden.
Generell kann den Standorten der Signalgeber eine optimale Position zugewiesen werden, sodass die jeweiligen Sender von anderen mobilen Einheiten des Schwarms am besten sichtbar und erkennbar und gleichzeitig von Flugzeugen (in der Luft) oder anderen (am Boden usw.) Bedrohungen für den Schwarm am wenigsten sichtbar und erkennbar sind.
Die Erfindung wird anhand von beispielhaften Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
Die beiliegenden Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Erfindung und sind in dieser Spezifikation enthalten und stellen einen Bestandteil davon dar. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der Erfindung. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und viele der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach einem besseren Verständnis anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung für den Fachmann leicht zu erkennen sein. Die Elemente der Zeichnungen sind zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu. Sofern nicht anders angegeben, kennzeichnen die Referenzzahlen in den Figuren gleiche oder funktionell gleiche Komponenten.

1 zeigt schematisch einen beispielhaften Schwarm unbemannter mobiler Einheiten.
2 zeigt schematisch eine unbemannte mobile Einheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Formation eines zusammenwirkenden Schwarms unbemannter mobiler Einheiten wie in 2.
4 zeigt schematisch eine unbemannte mobile Einheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt schematisch eine geometrische Anordnung der Signalgeber der mobilen Einheit aus 4.

Auch wenn hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben werden, wird der Fachmann erkennen, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausführungsformen an die Stelle der spezifischen Ausführungsformen treten können, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Allgemein ist diese Anmeldung dazu bestimmt, alle Anpassungen oder Variationen der hier besprochenen spezifischen Ausführungsformen abzudecken.
1 zeigt schematisch einen beispielhaften zusammenwirkenden Schwarm 1 von unbemannten mobilen Einheiten 2. Im konkreten Beispiel von 1 handelt es sich bei den mobilen Einheiten 2 um Drohnen, die jeweils z. B. eine kleine Drohne, eine Aufklärungsdrohne, eine Kampfdrohne oder ein anderes unbemanntes Militärfluggerät oder dergleichen sein können.
Prinzipiell kann der Schwarm 1 für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, z. B. für militärische Operationen einschließlich luftgestützter Aufklärung und Überwachung sowie für taktische Angriffseinsätze. So könnte das System zum Beispiel entsprechende herkömmliche fliegende Systeme wie luftgestützte Frühwarnsysteme (AWACS) ersetzen und/oder ergänzen. Ein solcher Schwarm könnte zum Beispiel für die Gefechtsfeldaufklärung oder die Früherkennung von sich nähernden Flugkörpern zum Selbstschutz von Schiffen, Gebäuden usw. eingesetzt werden. Da der Ausfall einzelner Drohnen nicht zu einem Systemausfall führt und die Drohnen schnell eingesetzt werden können, wird die Bekämpfung des Gesamtsystems stark erschwert.
Darüber hinaus kann ein solches Drohnensystem aber auch für nichtmilitärische Steuerungs- und Überwachungsaufgaben, Logistik- und Transportzwecke, Grenzüberwachung, Katastrophenschutz, Forschungsaufgaben usw. eingesetzt werden.
Die mobilen Einheiten 2 bilden einen zusammenwirkenden, d. h. kommunizierenden und interagierenden Schwarm 1, wobei die mobilen Einheiten 2 zu jedem Zeitpunkt eine bestimmte Flugformation bilden, in der jeder mobilen Einheit 2 eine bestimmte momentane Position (und eventuell Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung) im dreidimensionalen Raum zugewiesen wird. Im Prinzip kann ein Schwarm 1 dieser mobilen Einheiten 2 zu diesem Zweck durch eine zentrale und gegebenenfalls bodengestützte Systemsteuerung 3 über ein entsprechendes drahtloses Systemnetzwerk 11 kommandiert und gesteuert werden. Ein derartiger zentralisierter Ansatz kann jedoch für Anwendungen in verbindungsausfallanfälligen Umgebungen oder unter hochdynamischen Bedingungen nachteilig sein, z. B. wenn eine Kommunikationsverbindung zum Systemnetz 11 vorübergehend oder dauerhaft gestört oder vollständig unterbrochen ist.
Um diese Nachteile zu überwinden, können die mobilen Einheiten 2 auch über ein dediziertes Schwarmnetzwerk 4 kommunizieren, über das die mobilen Einheiten 2 dezentral miteinander kommunizieren und Steuer-/Lenkbefehle austauschen können, um eine bestimmte Formationskonfiguration herzustellen und/oder aufrechtzuerhalten. In einem typischen Gefechtsfeldszenario, das im Stealth-Modus und/oder während der Nacht stattfindet, können jedoch Datenverbindungen und/oder die gemeinsame Kommunikation über konventionelle Kommunikationsnetze (z. B. Funk) verboten oder mindestens stark eingeschränkt sein. Darüber hinaus können in diesen Szenarien herkömmliche, im optischen Spektrum arbeitende Kamerasysteme und Computer-Vision-Algorithmen, die ansonsten zur gegenseitigen Identifizierung der Schwarmeinheiten 2 und zur Berechnung ihrer relativen Positionen zur Korrektur und/oder Anpassung der Schwarmformation verwendet werden könnten, nutzlos und/oder zu langsam sein.
Um diese und andere Nachteile zu überwinden, sind die mobilen Einheiten 2 des vorliegenden Schwarms 1 wie in 2 beispielhaft dargestellt eingerichtet.
Die mobile Einheit 2 in 2 besteht aus einer Vielzahl von Signalgebern 5, die auf der mobilen Einheit 2, z. B. an einer Flugzeugzelle oder einem Gehäuse der mobilen Einheit 2, angeordnet sind. Dabei sind die Signalgeber 5 über die mobile Einheit 2 in einer für die jeweilige mobile Einheit 2 charakteristischen geometrischen Anordnung 10 verteilt. Dies bedeutet, dass die Signalgeber 5 eine wohldefinierte Position und Ausrichtung aufweisen, sodass auch die Abstände zwischen den einzelnen Signalgebern 5 in einer vordefinierten Weise festgelegt sind. Jeder Signalgeber ist als IR-Lichtstrahler eingerichtet, um von seiner Position auf der mobilen Einheit aus Infrarotverfolgungssignale 12 auszusenden. Es können jedoch alternativ oder zusätzlich auch andere Lichtquellen eingesetzt werden. Die Signalgeber 5 bilden somit auf der mobilen Einheit 2 ein punktförmiges Muster, das für die jeweilige mobile Einheit 2 charakteristisch ist und dessen Aussehen von der Perspektive abhängt, aus der die mobile Einheit 2 für einen Beobachter sichtbar ist.
Als Beispiel zeigt 4 eine fliegende mobile Einheit 2, die mehrere über die Flugzeugzelle verteilte Signalgeber 5 aufweist. Die Signalgeber 5 können z. B. an den Flügelspitzen, der Höhenleitwerkspitze, den Seitenleitwerkspitzen, der Nase, dem Rumpf, der Rumpfverkleidung oder an jeder anderen markanten und/oder unterscheidbaren Position an der mobilen Einheit 2 angebracht sein.
5 zeigt die für die jeweilige mobile Einheit 2 aus 4 charakteristische geometrische Anordnung 10. Wie ersichtlich, bilden die Signalgeber 5 ein charakteristisches Punktmuster, das sich für einen Beobachter ändert, wenn sich die Ausrichtung und/oder die Position der mobilen Einheit 2 in Bezug auf den Beobachter (z. B. eine andere mobile Einheit 2) ändert. Die eigentliche Anordnung der Signalgeber 5 bleibt jedoch gleich. So können durch Erfassen und Analysieren von IR- oder anderem Licht, das von den Signalgebern 5 ausgesendet wird, eine aktuelle relative Position und eine aktuelle Ausrichtung der mobilen Einheit 2 in Bezug auf eine Beobachtungseinheit 2 basierend auf der Kenntnis der geometrischen Anordnung 10 der Signalgeber 5 (die fest ist und sich nicht mit der Perspektive ändert) rekonstruiert werden.
Die Signalgeber 5 können dafür eingerichtet sein, so betrieben zu werden, dass sie unterschiedliche Signalmuster erzeugen, was bedeutet, dass nur einige der Signalgeber 5 gleichzeitig senden und dass das tatsächlich ausgestrahlte Lichtmuster der aktiv sendenden Signalgeber 5 während des Einsatzes neu konfiguriert werden kann, während die Hardwarekonfiguration der Signalgeber 5 gleich bleibt. Durch Verwendung unterschiedlicher eindeutiger Signalmuster kann es beispielsweise möglich sein, ansonsten identische mobile Einheiten 2 (die auch identische geometrische Anordnungen der Signalgeber 5 aufweisen) zu unterscheiden. Es ist jedoch zu beachten, dass auch alle installierten Signalgeber 5 insgesamt Verfolgungssignale aussenden können, sodass das Signalmuster direkt die tatsächliche Hardwareanordnung der Signalgeber 5, d. h. die geometrische Anordnung 10, widerspiegeln kann.
Zur Erfassung der Verfolgungssignale der anderen mobilen Einheiten 2 umfasst die mobile Einheit 2 in 2 (auch die in 4) ein Signalerfassungssystem 6, das als IR-Kamerasystem oder Kamerasystem mit hohem Dynamikbereich eingerichtet ist, um die von den anderen mobilen Einheiten 2 ausgesandten Verfolgungssignale 12 zu erfassen. Das Signalerfassungssystem 6 kann alle möglichen Raumwinkel um die jeweilige Einheit 2 herum abdecken.
Ferner umfasst die mobile Einheit 2 eine Verarbeitungseinheit 7, die dazu eingerichtet ist, eine aktuelle relative Position und/oder eine aktuelle Ausrichtung von mindestens angrenzenden mobilen Einheiten 2 innerhalb des Schwarms 1 in Bezug auf die jeweilige mobile Einheit 2 basierend auf den Verfolgungssignalen 12 und der geometrischen Anordnung 10 der Signalgeber 5 der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten 2 zu bestimmen.
Somit ist jede mobile Einheit 2 in der Lage, die aktuelle relative Position (und damit die Entfernung) sowie die aktuelle Ausrichtung der anderen mobilen Einheiten 2 oder mindestens der mobilen Einheiten 2, die sich in der Nähe befinden und für die jeweilige mobile Einheit 2 sichtbar sind, zu schätzen. Dem Fachmann wird klar sein, dass basierend auf einer Variation der Position und der zeitlichen Ausrichtung auch Relativgeschwindigkeiten und damit Beschleunigungen zwischen den Einheiten 2 bestimmt werden können.
Basierend auf den ermittelten aktuellen relativen Positionen und/oder aktuellen Ausrichtungen der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten 2 kann ein Flugsteuerungssystem 8 der jeweiligen mobilen Einheit 2 (vgl. 2) die jeweilige mobile Einheit 2 so lenken, dass eine vorgegebene Formation des Schwarms 1 hergestellt und/oder aufrechterhalten wird.
Darüber hinaus können die Verfolgungssignale 12 zum Aufbau eines Kommunikationskanals zwischen den mobilen Einheiten 2 verwendet werden. Dazu kann mindestens einer der Signalgeber 5 jeder mobilen Einheit 2 ferner dazu eingerichtet sein, Verfolgungssignale 12 auszusenden, die zur Kodierung von Übertragungsnachrichten gepulst und/oder intensitätsmoduliert sind. Die Verfolgungssignale 12 können daher nicht nur als „Baken“ zur Messung der relativen Positionen und Ausrichtungen und damit der physischen Form des Schwarms 1, sondern auch zur Kommunikation von Daten, z. B. Lenkdaten, zwischen den Mitgliedern des Schwarms 1 verwendet werden. Die Übertragungsnachrichten können einen speziellen Identifikationskode für die jeweilige mobile Einheit 2 enthalten, sodass jede mobile Einheit 2 über ihren Identifikationskode identifiziert werden kann.
Für den Fall, dass die Verfolgungssignale 12 einer oder mehrerer mobiler Einheiten 2 durch eine mobile Einheit 2 nicht mindestens vorübergehend empfangen werden, d. h. die jeweiligen mobilen Einheiten 2 „verborgen“ oder verdeckt sind, kann die Verarbeitungseinheit 7 ferner dazu eingerichtet sein, eine geplante Flugbahn einer solchen verborgenen mobilen Einheit 2 basierend auf der zuletzt ermittelten aktuellen relativen Position der verborgenen mobilen Einheit 2 zu extrapolieren.
Der Schwarm 1 kann also die zwischen allen Einheiten gemessenen Positionen nicht nur verfolgen, sondern auch extrapolieren, wenn einige Einheiten innerhalb der Formation verdeckt oder verborgen werden. So kann der Schwarm seine Formation aktiv steuern und somit Kollisionen zwischen seinen Mitgliedern (aber auch mit anderen Flugzeugen oder allgemeinen Fahrzeugen) verhindern. Wenn zum Beispiel aus irgendeinem Grund ein Ausweichmanöver eingeleitet werden muss, kann der Schwarm die bekannte Position der sichtbaren Mitglieder und die erwartete Position der nicht sichtbaren Mitglieder berücksichtigen und ein Manöver erzeugen, das sich nicht mit ihren Flugbahnen und denen anderer Flugzeuge oder Objekte und anderer Hindernisse schneidet.
Die Formation des Schwarms 1 kann durch entsprechende Lenkung jeder mobilen Einheit 2 laufend aktualisiert werden. Die Komplexität des Rekonstruktionsverfahrens für die Positionen/Ausrichtungen der mobilen Einheiten 2 ist im Vergleich zu konventionellen Systemen, die auf der Bildrekonstruktion basieren, deutlich reduziert, da nur die Punktmuster der Signalgeber 5 berücksichtigt werden müssen. So können die Verfolgungssignale 12 durch jede mobile Einheit 2 mit einer Aktualisierungsrate von mehreren Hz oder mehr ausgewertet werden.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines entsprechenden Verfahrens zur Steuerung der Formation des zusammenwirkenden Schwarms 1 von unbemannten mobilen Einheiten 2. Das Verfahren M umfasst unter M1 das Aussenden von Verfolgungssignalen 12 durch die Vielzahl von Signalgebern 5, die auf jeder mobilen Einheit 2 angeordnet sind. Das Verfahren M umfasst ferner unter M2 das Erfassen der Verfolgungssignale 12 von mindestens angrenzenden mobilen Einheiten 2 innerhalb des Schwarms 1 durch das Signalerfassungssystem 6 jeder mobilen Einheit 2. Das Verfahren M umfasst ferner unter M3 das Bestimmen der aktuellen relativen Position und/oder der aktuellen Ausrichtung der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten 2 in Bezug auf jede mobile Einheit 2 basierend auf den erfassten Verfolgungssignalen 12 und den geometrischen Anordnungen 10 der Signalgeber 5 auf den mindestens angrenzenden mobilen Einheiten. Das Verfahren M umfasst ferner unter M4 das Lenken jeder mobilen Einheit 2 basierend auf den jeweils ermittelten aktuellen relativen Positionen und/oder aktuellen Ausrichtungen der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten 2, um eine bestimmte Schwarmformation herzustellen und/oder aufrechtzuerhalten.
Insgesamt werden IR- oder andere Lichtquellen, Computer-Vision-Algorithmen, Kollisionsvermeidungsalgorithmen, Flugdynamik, Flugbahnextrapolationsalgorithmen und Luftbildkameras kombiniert, um unter anderem die folgenden Vorteile unter extremen Einsatzbedingungen (d. h. verwehrte GPS-Umgebung, keine Funkkommunikation, keine Datenverbindung, schlechtes Wetter, Stealth-Anforderungen) zu bieten:

- Messung der relativen Position und Geschwindigkeit innerhalb einer Formation von mobilen Einheiten/Drohnen,
- robuste Fähigkeiten zur Kollisionsvermeidung,
- auf IR-Lichtstrahlung basierende Kommunikation zwischen Formationsmitgliedern,
- Implementierung von autonomen Planungsalgorithmen, die die Formation als Ganzes und nicht nur als eine Ansammlung von eigenständigen Einheiten betrachten,
- zentralisierte und/oder dezentralisierte Führung und Steuerung der Formation von einem oder mehreren Elementen aus,
- Erzeugung von Flugbahnen für die gesamte Formation als Gruppe, wobei die besonderen Fähigkeiten jedes einzelnen Elements jederzeit unter extremen Bedingungen mit geringer Sichtbarkeit und unterdrückter Funkverbindung berücksichtigt werden.

In der vorstehenden detaillierten Beschreibung werden verschiedene Merkmale in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst, um die Offenbarung zu verdeutlichen. Es versteht sich, dass die obige Beschreibung illustrativ und nicht einschränkend sein soll. Sie ist dazu bestimmt, alle Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen abzudecken. Viele andere Beispiele werden für einen Fachmann bei der Durchsicht der obigen Spezifikation offensichtlich sein. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen am besten zu erklären, um dadurch anderen Fachleuten die Möglichkeit zu geben, die Erfindung und die verschiedenen Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen, die sich für den jeweiligen Verwendungszweck eignen, bestmöglich zu nutzen.
Bezugszeichenliste

1: Schwarm unbemannter mobiler Einheiten/Drohnen
2: Unbemannte mobile Einheit/Drohne
3: Systemsteuerung
4: Schwarmnetzwerk
5: Signalgeber
6: Signalerfassungssystem
7: Verarbeitungseinheit
8: Flugsteuerungssystem
9: Kommunikationseinheit
10: Geometrische Anordnung
11: Systemnetzwerk
12: Verfolgungssignale
M: Verfahren
M1-M4: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3454316 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Formation eines zusammenwirkenden Schwarms (1) unbemannter mobiler Einheiten (2), insbesondere einer Flugformation eines Schwarms (1) von Drohnen, wobei das Verfahren (M) umfasst: Senden (M1) von Verfolgungssignalen (12) durch eine Vielzahl von Signalgebern (5), die auf jeder mobilen Einheit (2) angeordnet sind, wobei die Signalgeber (5) über jede mobile Einheit (2) in einer für die jeweilige mobile Einheit (2) charakteristischen geometrischen Anordnung (10) verteilt sind; Erfassen (M2) der Verfolgungssignale (12) von mindestens angrenzenden mobilen Einheiten (2) innerhalb des Schwarms (1) durch ein Signalerfassungssystem (6) jeder mobilen Einheit (2); Bestimmen (M3) einer aktuellen relativen Position und/oder einer aktuellen Ausrichtung der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten (2) in Bezug auf jede mobile Einheit (2) basierend auf den erfassten Verfolgungssignalen (12) der Signalgeber (5) auf den mindestens angrenzenden mobilen Einheiten (2). Lenken (M4) jeder mobilen Einheit (2) basierend auf den jeweils ermittelten aktuellen relativen Positionen und/oder aktuellen Ausrichtungen der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten (2), um eine bestimmte Schwarmformation (1) herzustellen und/oder aufrechtzuerhalten.
Verfahren (M) nach Anspruch 1, wobei die Signalgeber (5) mindestens eines von elektromagnetischen Wellen und Schallwellen, insbesondere Infrarotlicht, aussenden.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Verfolgungssignale (12) mindestens eines von gepulsten und intensitätsmodulierten Signalen sind, um Übertragungsnachrichten zu kodieren.
Verfahren (M) nach Anspruch 3, wobei die Übertragungsnachrichten einen für die jeweilige mobile Einheit (2) spezifischen Identifikationskode umfassen.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die Übertragungsnachrichten zum Übermitteln von Lenkdaten zwischen mindestens angrenzenden mobilen Einheiten (2) innerhalb des Schwarms (1) verwendet werden.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Signalgeber (3) zum Erzeugen verschiedener Signalmuster betrieben werden.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine projektierte Flugbahn einer verborgenen mobilen Einheit (2) der mobilen Einheiten (2) basierend auf der zuletzt bestimmten aktuellen relativen Position der verborgenen mobilen Einheit (2) extrapoliert wird, falls die Verfolgungssignale (12) der verborgenen mobilen Einheit (2) von den anderen mobilen Einheiten (2) mindestens zeitweise nicht empfangen werden.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Formation des Schwarms (1) laufend durch Lenken jeder mobilen Einheit (2) aktualisiert wird, wobei die Verfolgungssignale (12) durch jede mobile Einheit (2) mit einer gegebenen Aktualisierungsrate ausgewertet werden.
Zusammenwirkender Schwarm (1) einer Vielzahl von unbemannten mobilen Einheiten (2), insbesondere Drohnen, wobei jede mobile Einheit (2) umfasst: eine Vielzahl von Signalgebern (5), die auf der jeweiligen mobilen Einheit (2) angeordnet sind, wobei die Signalgeber (5) über die mobile Einheit (2) in einer für die jeweilige mobile Einheit (2) charakteristischen geometrischen Anordnung (10) verteilt sind, wobei jeder Signalgeber dazu eingerichtet ist, von seiner Position auf der mobilen Einheit (2) aus Verfolgungssignale (12) auszusenden; ein Signalerfassungssystem (6), das dazu eingerichtet ist, die von den anderen mobilen Einheiten (2) gesendeten Verfolgungssignale (12) zu erfassen; eine Verarbeitungseinheit (7), die dazu eingerichtet ist, eine aktuelle relative Position und/oder eine aktuelle Ausrichtung von mindestens angrenzenden mobilen Einheiten (2) innerhalb des Schwarms (1) in Bezug auf die jeweilige mobile Einheit (2) basierend auf den Verfolgungssignalen (12) der Signalgeber (5) der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten (2) zu bestimmen; und ein Flugsteuerungssystem (8), das dazu eingerichtet ist, die jeweilige mobile Einheit (2) basierend auf den ermittelten aktuellen relativen Positionen und/oder aktuellen Ausrichtungen der mindestens angrenzenden mobilen Einheiten (2) zu steuern, um eine vorgegebene Formation des Schwarms (1) herzustellen und/oder aufrechtzuerhalten.
Schwarm nach Anspruch 9, wobei die Signalgeber (5) dazu eingerichtet sind, mindestens eines von elektromagnetischen Wellen und Schallwellen, insbesondere Infrarotlicht, auszusenden.
Schwarm nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei die Signalgeber (5) dazu eingerichtet sind, Verfolgungssignale (12) auszusenden, die mindestens eines von gepulst und intensitätsmoduliert sind, um Übertragungsnachrichten zu kodieren.
Schwarm nach Anspruch 11, wobei die Übertragungsnachrichten einen für die jeweilige mobile Einheit (2) spezifischen Identifikationskode umfassen.
Schwarm nach einem der Ansprüche 11 und 12, ferner umfassend: eine Kommunikationseinheit (9) zur Datenkommunikation zwischen der jeweiligen mobilen Einheit (2) und den anderen mobilen Einheiten (2) über die in den Verfolgungssignalen (12) kodierten Übertragungsnachrichten.
Schwarm nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Signalgeber (3) dazu eingerichtet sind, zur Erzeugung verschiedener Signalmuster betrieben zu werden.
Schwarm nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Signalerfassungssystem (6) mindestens eines von einem elektrooptischen Sensor und einem Kamerasystem, insbesondere einer Infrarotkamera, umfasst.
Schwarm nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Verarbeitungseinheit (7) dazu eingerichtet ist, eine projektierte Flugbahn einer verborgenen mobilen Einheit (2) der mobilen Einheiten (2) basierend auf der zuletzt bestimmten aktuellen relativen Position der verborgenen mobilen Einheit (2) zu extrapolieren, falls die Verfolgungssignale (12) der verborgenen mobilen Einheit (2) durch die jeweilige mobile Einheit (2) mindestens zeitweise nicht empfangen werden.