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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein System und Verfahren zur Positionsbestimmung eines Flugkörpers
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Die Positionsbestimmung im Freien und auch in Gebäuden oder in überbauten Arealen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Durch die rasante Entwicklung der Kommunikations- und Informationstechnologien in den letzten Jahren gibt es einen immer weiter wachsenden Bedarf an Möglichkeiten der Lokalisierung. Für den Außenbereich hat sich im Stand der Technik GPS als Standard etabliert. Für den Innenbereich ist satellitengestützte Positionsbestimmung auf Grund von Signalabschottungen kaum möglich, jedenfalls zu ungenau oder teilweise gar nicht verfügbar. Die übliche Methodik mit den genannten Lösungen, GPS und Magnetkompass hat insgesamt größere, wie die vergleichsweise geringe Genauigkeit, langsame Updates, hohe Kosten, und die Notwendigkeit der freien Sicht auf die Satelliten. Des Weiteren genügt GPS alleine ohnehin nicht, da noch eine Ausrichtung für eine Steuerung erforderlich ist. Alle Sensoren unterliegen starken Störeinflüssen, z. B. in der Nähe von Gebäuden und sind im Innenbereich daher nicht nutzbar. Aus diesem Grund gibt es für den Innenbereich in Gebäuden diverse alternative Realisierungen. Teilweise wird auf die bestehende Infrastruktur, wie WLAN oder GSM, verwendet. An denkbaren Anwendungen für solche Systeme.
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Solche Systeme werden bereits in der Logistikbranche zur Lokalisierung von Gütern und Waren innerhalb von Lagerräumen verwendet. Es sind jedoch auch Anwendungen vorhanden, die über die bloße Positionsbestimmung hinausgehen und ferner eine möglichst genaue Positionsbestimmung erforderlich sind. So ist bei ferngesteuerten Flugkörpern neben der Positionsbestimmung auch das Flugmanöver relevant.
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Im Allgemeinen ist die Position bei einer mobilen Einheit nicht bekannt, während mehrere feste Stationen zur Messung herangezogen werden. Im Stand der Technik sind Verfahren beschrieben, wie unter diesen Voraussetzungen eine Lokalisierung stattfinden kann. Durch Messung kann dies entweder durch Triangulation (Angulation), der Bestimmung von Winkeln, oder mit Hilfe von Trilateration (Lateration, Distanzmessung), der Messung von Strecken, geschehen. Des Weiteren wird die Positionsbestimmung auch auf Grundlage von Szenenanalyse (Scene Analysis) oder durch Bestimmung der Nachbarschaft (Proximity) durchgeführt.
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Bei dem sogenannten „Time Of Arrival-Verfahren“ (TOA) wird die Laufzeit der Signale zwischen Sender und Empfänger gemessen. Dadurch kann die Entfernung zwischen dem Sender und Empfänger bestimmt werden, nicht aber die Position. Erfolgt die Messung auf der einfachen Strecke, die Signale werden also erst beim Empfänger ausgewertet, muss eine Synchronisierung beider Einheiten aufgrund der Signallaufzeit erfolgen. Wird nun von drei verschieden Orten eine solche Distanzmessung durchgefürt, kann eine Trilateration durchgeführt werden, um eine Position zu erfassen. Hierzu sind allerdings drei Positionen zur Trilateration erforderlich. Gleiches gilt für das Zeitdifferenzverfahren, das auf der Zeitdifferenzmessung zwischen mobiler Einheit, wie z. B. einem Flugkörper und den drei festen Stationen basiert. Sofern die mobilie Einheit dann die Rolle des Senders übernimmt, empfangen mindestens drei Basisstationen dieses Signal. Auch dieses Verfahren ist komplex und aufwendig und birgt diverse Nachteile.
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Unter dem Namen „Access-Point-Monitoring“ versteht man ein Positionsbestimmungsverfahren, bei dem die Basisstationen eine Zellenstruktur definieren. Der Empfänger stellt immer zur Basisstation die Verbindung her. Ist der Empfänger mit einer Basisstation verbunden, muss er sich folglich im Einzugsbereich dieser Station befinden. Wenn dann auch noch die Positionen der Basisstationen bekannt sind, kann auch eine Positionsbestimmung der mobilen Station erfolgen. Diese Lösung ist gänzlich ungeeignet für ferngesteuerte Flugkörper, wie z. B. ferngesteuerte Hubschrauber oder Drohnen, da diese auf kleinstem Raum manövriert werden müssen und dazu nicht nur ein engmaschiges Netzt an Basisstationen erforderlich wäre, sondern auch zunächst die Positionen der Basisstationen definiert werden müsste.
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Bei der Verwendung von Ultraschall zur Positionserfassung werden Laufzeitmessungen von ausgesendeten Ultraschallimpulsen eines Ultraschallsensors genutzt, um daraus Raumdistanzen ableiten zu können. Mit Hilfe dieser Distanzerfassung wird anschließend durch Trilateration eine Positionsbestimmung durchgeführt. Die Signale werden dabei entweder von einem mobilen Sender ausgesendet und von fest installierten Empfängern empfangen oder es werden umgekehrt von fest angebrachten Sendern Signale ausgesendet, die von beweglichen Empfängern detektiert werden. Ultraschallwellen besitzen eine Frequenz zwischen 20 kHz und 1 GHz. In Abhängigkeit von der Dichte des Materials werden sie entweder reflektiert, absorbiert oder passieren den Stoff. Dies muss bei der Verteilung der Sensorstationen bedacht werden. Innerhalb von Luft kommt es zu einer mit der Frequenz steigenden Dämpfung von Ultraschallwellen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist des Weiteren von der Temperatur des Mediums abhängig. Dieser Einfluss muss gegebenenfalls in die Positionsberechnung einbezogen werden und stellt einen großen Nachteil bei der Verwendung von Ultraschall zur Positionsermittlung zusammen mit der Trilateration dar.
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Es sind noch diverse andere Verfahren bekannt, die nachfolgend nicht näher beschrieben werden, da auch diese nicht geeignet sind, die Position von ferngesteuerten Flugobjekten zu erfassen.
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Alle im Stand der Technik bekannten Verfahren eignen sich insbesondere nicht für die Positionsbestimmung von ferngesteuerten Flugobjekten sowohl im Indoor- als auch Outdoorbereich, da neben der eigentlichen Positionsermittlung auch das Flugmanöver mit der Position korrelieren muss, was insbesondere bei Start- und Landemanövern eine große Herausforderung darstellt. Soll nämlich das Flugobjekt genau an einen bestimmten Punkt im Raum oder am Boden geflogen bzw. manövriert werden, um dort zum Beispiel eine Aufgabe zu erfüllen (z. B. das Andocken an eine Ladestation am Boden), so kann das exakte Manöver nur gewährleistet werden, wenn eine nahezu synchrone Erfassung der exakten Position mit möglichst hoher Erfassungsgenauigkeit erfolgt. Genauigkeiten wie beim GPS, die typischerweise im Meterbereich liegen, sind dabei bei weitem nicht ausreichend.
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Ferner spielt auch die Verfügbarkeit bei veränderlichem Abstand zur Funksteuerung eine Rolle und insbesondere die Fähigkeit überhaupt eine bestimmte Reichweite abbilden zu können. Typische Reichweiten z. B. beim Laser-Tracking-Verfahren, das im Indoor-Bereich auch Verwendung findet, liegen lediglich zwischen 15 und 70 Metern.
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Sogenannte GSNN-Systeme sind für den Außenbereich konzipiert. Bei GPS findet die Messung mittels der Time-of-Arrival-Methode statt, wobei die Signale von mindestens 4 Satelliten empfangen werden müssen. Im Indoorreich werden diese Signale jedoch von den Wänden reflektiert oder absorbiert. Um auf die weltumspannende Verfügbarkeit von GPS jedoch nicht verzichten zu müssen, wurde das sogenannte Assisted GPS entwickelt. Hierbei versucht der Empfänger schwache GPS-Signale zu empfangen, sofern dies überhaupt möglich ist. Zusätzliche Positionsinformationen werden über das zusätzliche (wenn vorhandene) Mobiltelefonnetz bezogen, wodurch der Empfang der GPS-Signale erleichtert werden soll. Unter Anwendung des Satellite Based Augmentation System (SBAS) ist so eine Genauigkeit von lediglich 10m bei der Positionsbestimmung möglich, was ebenfalls völlig unzureichend ist, um ferngesteuerte Flugkörper wunschgemäß manövrieren und steuern zu können und eine sichere Landung durchführen zu können. GPS hat insbesondere Probleme zwischen Häusserschluchten, eng bebauten Gebieten und hinter Abdeckungen.
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Auf der Suche nach einem geeigneten System findet der Fachmann im Stand der Technik aber keine geeignete Lösung. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Lösung vorzusehen, die sowohl im Innenbereich (Indoor) als auch im Außenbereich (Outdoor) mit hoher Genauigkeit funktioniert. Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass die Bezugsposition selbst veränderlich sein soll, so dass das Flugsystem an diversen Orten unabhängig von dauerstationären Basisstationen funktioniert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass eine systemische Auswertekopplung zwischen Ultraschallsignalen und Funksignalen, die aufgrund der Funkverbindung ohnehin für die Steuerung des Flugobjektes verwendet werden und hierzu als Zeitreferenz und zur Positionsübermittlung herangezogen wird. Das spart nicht nur Kosten, sondern erlaubt eine sehr einfache und intuitive Benutzung des Systems mit hoher Genauigkeit.
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Das erfindungsgemäße System zur Positionserfassung liefert alles was für eine robuste Navigation erforderlich ist, nämlich eine Position als solche und eine Ausrichtung in hoher Updaterate und höchster Präzision. Damit entfällt auch ein umständliches Kalibrieren der Sensoren oder das Warten auf günstige Sattelitenkonstellationen.
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Erfindungsgemäß ist dazu ein System zur Positionserfassung eines Flugkörpers vorgesehen, aufweisend mindestens zwei am Flugkörper angeordnete Ultraschall-Transducer sowie eine stationäre oder eine mobile, temporär-statische Basisstation, anordenbar an einer vorzugsweise frei wählbaren Referenzposition (xR, yR, zR). Somit kann ein Nutzer zum Beispiel die Basisstation oder Referenzplattform an einen geeigneten Ort platzieren und dann das Flugobjekt starten und die Position relativ zu dem gewählten Ort bestimmen.
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Die Basisstation weist eine Signalauswerteeinrichtung und eine Mehrzahl von mindestens drei Schallwandlern auf, die beabstandet zueinander an der Basisstation angeordnet sind und ausgebildet sind die Ultraschall-Signale der, insbesonderen der beiden Ultraschall-Transducer zu empfangen. Es werden immer zwei unmittelbar aufeianderfolgende Chirps von den wenigstens zwei Ultraschall-Transducer erzeugt, die zu den Schallwandlern gesendet werden. Die Distanzauswertung erfolgt dazu auf einer Mehrzahl an be Kanälen bzw. Signalstrecken und jedes Mikrophon (bzw. jeder Schallwandler) dabei die Chirps von jedem der Ultraschall-Transducer registriert. Zur Durchführung der Positionsbestimmung, z. B. durch Trilateration, werden wenigstens drei Schallwandler an der Basisstation benötigt und die empfangenen Signale ausgewertet.
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Ferner ist eine Funksteuerung vorgesehen, die ausgebildet ist mittels herkömmlicher Funksignale, vorzugsweise mittels Funksignalen gemäß dem Frequenzsprungverfahren (FHSS) mit dem Flugkörper zu kommunizieren und diesen zu steuern und zu manövrieren, wobei das erfindungsgemäße System ausgebildet ist, die Ermittlung der Position (x, y, z) des Flugkörpers jeweils aus mehreren zeitlich aufeinanderfolgenden Messwerten der von der Basisstation empfangenen Ultraschallsignale jedes der beiden Ultraschall-Transducer zusammen mit der Zeitinformation (Zeitmessung) des Funkreferenzsignals aus den zur Steuerung des Flugkörpers verwendeten Funksignalen-Signalen vorzunehmen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ultraschall-Transducer ausgebildet sind eine Anzahl von Signalen oder auch eine Anzahl von Signalen als Signalfolge von Chirp-Signalen im Ultraschallbereich auszusenden. Die Transducer können auch mit elektronisch erweiterter Bandbreite ausgebildet sein. Neben der eigentlichen Positionsbestimmung durch die Distanzmessung ist durch die Erfassung sequentiell aufeinander folgender Chirp-Signalen von den jeweils wenigstens zwei Ultraschall-Transducer nicht nur die Position, sondern die Positionsveränderung und damit die Geschwindigkeit des Flugkörpers z. B. durch eine differentielle Messauswertung.
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Das Konzept der Erfindung benutzt damit auf vorteilhafte Weise, eine ohnehin vorhandene Funkstrecke (Funksignal) in einem breiten Kanalbereich mit, wodurch eine Installation von zusätzlichen Techniken und Maßnahmen entfällt, da die FHSS-Funk-Technik eine genau passende Zeitinformation trägt und dieses Zeitsignal verwendet werden kann. Über dieselbe Funkstrecke wird dann auch die ermittelte Position an das Flugobjekt zurückgegeben. Das bedeutet, dass die von der Basisstation ermittelte Position (x, y, z) über den Funkkanal bzw. über die FHSS Signale an den Flugkörpers übermittelt werden.
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Die Verwendung von Chirps (Wideband) für die Positionsermittlung bietet diverse Vorteile, insbesondere die Möglichkeit die Ausrichtung des Flugobjektes zu bestimmen indem mit 2 Chirps bei 2 Transducer über gleichzeitig einer Mehrzahl an Funkkanälen pro Messung ausgewertet wird. Ein essentieller Vorteil besteht darin, dass man damit ein dynamisch bewegtes Objekt, nämlich den sich bewegenden Flugkörper orten kann und ermöglichen dadurch auch die Erfassung schneller Bewegungen, da der ansonsten störende Doppler Effekt effizient mit Chirps beseitigt bzw. signifikant reduziert werden kann. Passende Chirps sorgen für eine bestmögliche Auflösung und Störunterdrückung (analog RADAR, Pulskompression)
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Gemäß der Idee der Erfindung werden die Ultraschall-Signale zur Entfernungsmessung mittels Laufzeitmessung vom Flugkörper zur Basisstation verwendet.
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Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Kombination bzw. Kopplung des erfindungsgemäßen Systems mit einer IMU-Lösung vor. Eine IMU ist ein elektronisches Gerät, das typischerweise mit Hilfe von 3-Achsbeschleunigungsmessern sowie 3-Achs Gyros (die Drehraten erfasst. Aus den Drehraten und den Positionsveränderungen in alle 3 Raumrichtungen kann die Geschwindigekeit abgeleitet werden. Alternativ kann auch eine FPS gestützte Lösung in Kombinatorik verwendet werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellen die Schallwandlern an der Basisstation angeordnete Mikrofone, vorzugsweise Breitband-Mikrofone dar. Der Bandbereich sollte dabei auf die Transducer abgestimmt sein.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Messung pro Chirp auf einer Vielzahl von Kanälen gleichzeitig d.h. parallel erfolgt. Auf diese Weise kann eine dynamische Bewegung erfasst werden. In dieser vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist demnach vorgesehen, dass eine Vielzahl von Kanälen parallel bei der Ultraschall-Signalauswertung gleichzeitig verwendet wird. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Ultraschall-Transducer wechselseitig umschaltbar ausgebildet sind, so dass eine optimierte Raum- und Winkelabdeckung bei der Ultraschall-Signalaussendung realisiert werden kann.
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Zusammenfassend lassen sich Merkmale der Ausbildungen erfindungsgemäßer Ausführungsformen wie folgt definieren:
- - Entfernungsmessung durch Laufzeitmessung von Ultraschall Signalen
- - Offenes System (kein Echo)
- - Zeitmessung mit Funkreferenz vom (bereits vorhandenem) FHSS System
- - Transducer (Sender) im Flugkörper, Empfänger in der Referenzplattform
- - Zwei Transducer zur Ermittlung der absoluten Ausrichtung
- - Umschaltbare Transducer für komplette Abdeckung möglichst aller Winkel.
- - Nutzung vieler Kanäle erlaubt fast beliebige Erweiterung der Abdeckung
- - Referenzplattform gibt die Positionsreferenz vor (kann nach dem Konzept der Erfindung mobil sein).
- - Chirps für bestmögliche Auflösung und Störunterdrückung (wie RADAR, Pulskompression)
- - FHSS Hops als Zeitreferenz. Funk zugleich Zeitreferenz, Positionsübermittlung und Steuerung
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben dem System auch das Verfahren zum Bestimmen der Position eines fernsteuerbaren dynamisch bewegbaren Flugkörpers an dem wenigstens zwei Ultraschall-Transducer angebracht sind, vorzugsweise mit einer wie beschriebenen Vorrichtung mit den folgenden Schritten:
- a. Bereitstellen und Positionieren einer oder mehrere Basisstation an einer ausgewählten Referenzposition (xR, yR, zR), wobei die Basisstation mit einer Signalauswerteeinrichtung und wenigstens zwei Schallwandlern zum Empfang von Ultraschall-Signalen des Flugkörpers ausgestattet ist;
- b. Bereitstellen eine Funksteuerung, die ausgebildet ist mittels Funksignalen, vorzugsweise mittels Funksignalen gemäß dem Frequenzsprungverfahren (FHSS) mit dem Flugkörper zu kommunizieren und diesen zu steuern,
- c. Senden von Ultraschallsignalen zur Basisstation, insbesondere Chirp-Signale im Ultraschallbereich durch jeden der wenigstens zwei Ultraschall-Transducer auf einer Mehrzahl an Kanälen (Funkkanälen) gleichzeitig;
- d. Erfassen mehreren, insbesondere von wenigstens drei von den Schallwandlern empfangener, Ultraschallsignale durch die Signalerfassungseinrichtung;
- e. Erfassen der Zeitinformation (Zeitmessung) des Funkreferenzsignals aus den zur Steuerung des Flugkörpers verwendeten Funksignalen-Signalen und
- f. Ermitteln der Positionsdaten des Flugkörpers aus dem erfassten Referenzsignal und den Ultraschallsignalen.
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Beim Schritt f) können insbesondere durch Trilateration der Ultraschallsignale von jeweils 3 Schallwandlern Positionsdaten der Transducer extrahiert werden und zusammen mit dem Zeitsignal so ausgewertet werden, dass daraus absolute Positionsdaten ermittelt werden können, die dann mit Vorteil an das Flugobjekt über eine Funkstrecke übermittelt werden. Die Zeitreferenz kann entweder von dem externen Sender oder von der Basis bereitgestellt werden.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 eine beispielhafte Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems
- 2 einen beispielhaften Algorithmus.
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Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 3 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
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Die 1 zeigt eine erste schematische Ausführungsform der Erfindung und damit ein beispielhaftes System 1 zur Positionserfassung eines Flugkörpers 10 aufweisend zwei (unten) am Flugkörper 10 angeordnete Ultraschall-Transducer 11. Am Boden befindet sich eine temporär-stationär angeordnete Basisstation 20. Diese kann ein Nutzer zum Beispiel einfach am Boden abstellen, so dass die 8 gezeigten Mikrofone 21, die als Schallwandler arbeiten. nach oben gerichtet sind. Diese können, wie in der 1 gezeigt die Ultraschall-Chirps der Ultraschall-Transducer 11 empfangen.
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Die Position an der die Basisstation 20 abgestellt wurde definiert eine Referenzposition (xR, yR, zR). Denkbar wäre es, zum Bsp. im Indoorbereich auch mehrere Basisstationen 20 aufzustellen, die mit dem Flugobjekt 10 kommunizieren können.
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Ferner ist eine Funksteuerung (30) und zwar ein FHSS-Sender vorgeschlagen, welcher ausgebildet ist mittels dem Frequenzsprungverfahren (FHSS) mit dem Flugkörper 10 zu kommunizieren und diesen zu steuern.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgten mehrere, vorzugsweise 8 Laufzeitmessungen pro Chirp, wobei die Chirps je Ultraschall-Transducer 11 nacheinander an die Basisstation 20 senden. 3 Messwerte pro Chirp ergeben eine Position. Bei n über k = 56 Positionen pro Chirp erfolgt die Auswertung der 2 * 56 x,y,z Positions-Werte. Ferner erfolgt eine geometrische Qualitätsbeurteilung der Daten. Der Vorgang wird je nach Distanz des Flugkörpers 10 zur Basisstation 20 im Abstand von 20ms bis 80ms wiederholt. Sobald von der Signalauswerteeinheit die Signale ausgewertet wurden, erfolgt die Übermittlung der Position über die FHSS-Funkstrecke von der Basisstation 10 zum Flugobjekt 20.
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Das Ausführungsbeispiel ist daher ausgebildet die Ermittlung der Position (x, y, z) des Flugkörpers 10 aus mehreren Messwerten der von der Basisstation 20 empfangenen Ultraschallsignale jedes der beiden Ultraschall-Transducer 11 zusammen mit der Zeitinformation (Zeitmessung) des Funkreferenzsignals aus den zur Steuerung des Flugkörpers 10 verwendeten Funksignalen-Signalen des FHSS-Senders vorzunehmen.
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Als Transducer können zum Beispiel Murata MA40 Standardbauteile mit ausreichend großem Streuwinkel: 120 Grad -6db verwendet werden, die je nach Ausrichtung relativ zur Basis umschaltend arbeiten (Normal/Rückenflug).
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Die Ansteuerung des Chirp1 wird als Upchirpim Frequenzbereich von 37.5kHz-46.5Khz erzeugt, während das Chirp2 als Downchirp arbeitet und zwar im Frequenzbereich von 46.5kHz-37.5 kHz. Diese Daten sind nur beispielhaft und können je nach Topologie der Schaltung, der Bauteile und der Anwendung auch anders gewählt werden.
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In der 1 sind Mikrofone verwendet, diese können mikromechanische Mikrofone im Bereich 100Hz-60kHz sein.
Mit der gewählten Topologie lassen sich Ortsauflösungen bzw. Positionsauflösungen von ca. 1cm bei 1m Entfernung und ca. 10-50 cm bei 10m Entfernung erzielen. Durch Oversampling ist auch eine graduelle Nutzung der Phaseninformation möglich.
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Besonders bevorzugt als Funksystem ist ein Mikado VLink Funksystem FHSS 2.4Ghz. Dieses System hat eine Netzwerkstruktur, und erlaubt ein Senden von Datenpaketen von jeder Endstelle zu jeder anderen Endstelle (Sender -> Flugobjekt: Steuerung, Basis -> Flugobjekt: Positionsdaten, Flugobjekt -> Sender: Telemetrie, Basis -> Sender: Statusanzeige).
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Die 2 zeigt, wie ein Algorithmus jeweils für das Flugobjekt 10 und die Basisstation 20 nach der Idee der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann. Im oberen Bereich der Abbildung ist der Algorithmus für die Basisstation 20 schematisch skizziert, ausgehend von 8 Mikrofonen, wobei nur 4 Layer beispielhaft dargestellt sind. Am Ende der Datenstrecke nach einem Mittelwert-Filter folgt ein Peak-Detektor. Der Prozess bis zum Peak-Detektor erfolgt kontinuierlich. Lings eingehend sind die Chirp-Signale angedeutet, die von den Mikrofonen 21 erfasst werden. Der Peaktdetektor liefert für beide Chirps jeweils mehrere Peaks (darin enthalten sind natürlich auch die Signal-Echos). Pro Zyklus erfolgt eine Synchronisation mit dem Zeitsignal, welches über die Funkstrecke empfangen wird. Daneben kann zur Einstellung eines Temperaturkorrektors die Umgebungstemperatur erfasst werden. Es erfolgt eine Peak-Auswahl und insbesondere eine Rauscheleminierung der Echos, sowie eine Berechnung der Triangulationen (hier 2 mal 56 Triangulationen), woraus die Position (x, y, z), Geschwindigkeit, Ausrichtung und ggf. die Qualität ermittelt wird.
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Diese Daten werden dann in einem definierten Rhythmus an das Flugobjekt 10 übermittelt. Im Flugkörper 10 (z.B. einem Hubschrauber) befindet sich ferner ein IMU. Die Daten wie Ausrichtung, Position und Geschwindigkeit werden entsprechend dem Flussdiagramm verarbeitet. Mittels einer Korrekturschleife und den FHSS Zeitreferenzdaten kann noch eine Korrektur von Geschwindigkeit und Position erfolgen. Die ermittelte Position, Geschwindigkeit und Ausrichtung über dem Boden werden dann über einen Vergleich mit der gewünschten Soll-Position verglichen, die ein Nutzer über die Funksteuerung steuert. Diese Daten werden dann wie in der 2 gezeigt dem Flugcontroller zugeführt, um die Flugmanöver auf dieser Daten-Basis zu steuern.
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In der 3 ist das Beispiel eines Signales gezeigt, wie es vom Mikrofon aufgenommen wird (Kurve M). Die Kurve G ist das Ausgangssignal des Korrelators nach dem Gleichrichter (siehe 2). In Diesem Beispiel ist die Position sehr gut (erster Peak in der Kurve G) erkennbar, es gibt aber im Indoorbereich sehr viel Echo-Signale, die eine signifikante Peak-Höhe besitzen. Der Pegel der Echos ist erheblich höher als das zu messende Signal. Skala ca 10ms. Das Signal wird dann noch gefiltert (gleitender Mittelwertfilter, 4-fach oversampling) und ein Peak Detektor ermittelt alle lokalen Maxima (siehe auch den Bezug zur 2).
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung schlägt vor, dass zwischen der erfindungsgemäßen Positionserfassung und einer anderen Positionserfassung dynamisch hin- und her gewechselt werden kann, so dass z. B. ab einer bestimmten Distanz zwischen Flugobjekt und Basisstation in eine GPS-basierte Positionsermittlung gewechselt werden kann und bei Rückflug z. B. in den Landebetrieb ab einem bestimmten Abstandswert zurück in die Ultraschall-Lösung gewechselt wird. Denkbar sind auch andere Signalverarbeitungslösungen und andere technische Topologien der verwendeten Sensoren, Einheiten, Prozessoren und dergleichen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt auch in dem insgesamt sehr geringer Stromverbrauch bzw. Energieverbrauch.
