DE19731749A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kontrollieren eines unbemannten Flugkörpers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines unbemannten Flugkörpers, zum Beispiel einer Drohne, einem Flugzeug oder einem Hubschrauber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein einfaches und effektives Verfahren zum Kontrollieren eines unbemannten Flugkörpers sowie eine ebenso einfache und effektive Vorrichtung zum Kontrollieren des unbemannten Flugkörpers zu schaffen, die es gestatten einer oder mehreren die Kontrolle ausübenden Bedienpersonen sowie, eventuellen weiteren, mit der Kontrolle des Flugkörpers nicht betrauten Zusatzpersonen, ein möglichst realitätsnahes Flugempfinden zu vermitteln, wobei das Verfahren und die die Vorrichtung möglichst vielfältig einsetzbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kontrollieren eines unbemannten Flugkörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines unbemannten Flugkörpers mit den Merkmalen des Anspruch X.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung vermittelt einer Bedienperson, im nachfolgende Piloten genannt, die sich nicht in dem unbemannten Flugkörper, sondern davon getrennt in einer Bodenstation oder dergleichen aufhält, ein sehr realitätsnahes Flug- und Fortbewegungsempfinden, das aufgrund des Umstandes, daß sich die Abbildungseinrichtung direkt vor den Augen des Piloten befindet und mit einer Kopfbewegung mitgeführt wird, besonders stark ausgeprägt ist. Dabei entsteht dem Piloten der Eindruck, daß er sich direkt in dem Flugkörper befindet und sich mit diesem mitbewegt. Der Pilot ist dabei in der Lage sich in realen Räumen, die der Flugkörper durchschreitet, umzusehen und zu orientieren, wobei je nach Ausgestaltung der Abbildungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Abbildungen realer Szenarien wiedergibt, ein so starkes 3-D-Empfinden entsteht, so daß der Piloten den Eindruck gewinnt, er befände sich selbst vor Ort. Auf diese Weise kann eine bessere Orientierung und Koordination der Kontroll- bzw. Steuertätigkeiten erzielt und sehr diffizile Operationen mit dem Flugkörper ausgeführt werden, obwohl sich der Pilot an einem von dem Flugkörper getrennten Ort aufhält. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit unter Umständen auch für Personen von Vorteil sein, die sich wegen körperlicher Behinderungen nur noch wenig oder überhaupt nicht bewegen können, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch eine Fortbewegung erleben können.

Überdies kann der unbemannte Flugkörper weitaus höheren Belastungen ausgesetzt werden, als es bei einem sich in dem Flugkörper aufhaltenden Pilot denkbar ist. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf G-Belastungen (Beschleunigungsbelastungen). Aufgrund der inhärenten hybriden Eigenschaften diverser Komponenten des erfindungsgemäßen Hubschraubersystems können reale und virtuelle Bilddaten und Informationen je nach Bedarf kombiniert und dem Piloten zu Verfügung gestellt und somit die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems Pilot-Flugkörper erheblich gesteigert werden. Aufgrund des unbemannten Systems erübrigen sich übliche, kosten intensive Sicherheitseinrichtungen für den Piloten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders für den Einsatz in sicherheitskritischen Einsatzgebieten geeignet. Das erfindungsgemäße Konzept gestattet ferner auf sehr vorteilhafte Weise eine extreme Miniaturisierung des Flugkörpers, was wiederum die Herstellungs- und Betriebskosten stark reduziert und den Flugkörper für Überwachungs- und Kontrollaufgaben, insbesondere in urbanen Gebieten oder in Gebäuden, besonders geeignet macht. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem darin umfaßten Flugkörper lassen sich logistische Aufgaben, z. B. schnelle Dokumenten-, Medikamententransporte oder ähnliches leicht und kostengünstig durchführen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein besonders effektives und effizientes Einsatzmittel für polizeiliche, militärische oder nachrichtendienstliche Aufgaben, wobei insbesondere in kritischen Missionen kein direktes Risiko für den Piloten besteht. Gleichzeitig sind die Missionen wiederum äußerst kostengünstig durchzuführen. Der Flugkörper kann infolge der o.g. Miniaturisierung überdies sehr leise ausgelegt werden, was wiederum für militärische Missionen oder Observationen vorteilhaft ist. Neben dem Piloten können zusätzliche und verschiedene Beobachter in das Wahrnehmungsbild des Piloten, d. h. in die Abbildung des realen Szenarios, Flugdatenabbildungen und Abbildungen von Kontroll- und Steuerelemente, eingeschaltet oder über separate Bilderfassungseinrichtungen mit zusätzlichen Bilddaten versorgt werden. Auch können Kopiloten, die weitere Zusatzfunktionen des Flugkörpers, wie etwa Observationseinrichtung, Waffensysteme oder dergleichen bedienen oder koordinieren, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem damit verknüpften Verfahren arbeiten.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Gegenstand der Erfindung sich nicht nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche erstreckt, sonder auch auf deren Kombinationen.

Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Übersicht der wichtigsten Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen unbemannten Flugkörpers,

Fig. 3 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Bilderfassungseinrichtung,

Fig. 4 eine erste schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung,

Fig. 5 eine zweite schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Ansicht des Abbildungsbereiches der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung,

Fig. 7 zeigt aus der Sicht eines Piloten einen schematischen Blick in die Abbildungseinrichtung, und

Fig. 8 in schematischer Darstellung eine Auswahl verschiedener Datenübertragungswege zwischen Hubschrauber und Piloten.

In der nachfolgenden Beschreibung wird auf gleiche Bauteile oder Komponenten jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen Bezug genommen werden.

Im Rahmen der Beschreibung wird angenommen, daß es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzten unbemannten Flugkörper der erfindungsgemäßen Vorrichtung um einen miniaturisierten Hubschrauber F handelt.

Für die nachfolgenden Darlegungen sind ferner folgende einleitende Definitionen bzw. Umschreibungen nützlich:
Unter einer "Kopf- und/oder Augenbewegung" des Piloten ist im Sinne der Erfindung auch solch eine Kopf- und/oder Augenbewegung zu verstehen, die sich aus einer Körperbewegung des Piloten, z. B. durch eine Bewegung des Oberkörpers oder dergleichen, oder durch eine Veränderung des Bezugsystems, in dem sich der Pilot selbst befindet, relativ zu mindestens einem definierten Bezugspunkt ergibt.

Unter einem "realen Szenario" ist im Sinne der Erfindung eine real existierende Umgebung, zum Beispiel eine Landschaft mit ggf. darin befindlichen Lebewesen und Objekten, zu verstehen, in der sich der Hubschrauber bewegt.

Unter Operationsdaten sind im Sinne der Erfindung Daten zu verstehen, die den aktuellen Zustand des Hubschraubers repräsentieren, zum Beispiel um die Fluggeschwindigkeit, die Flughöhe, die Lage des Flugkörpers im Raum, Navigationsdaten, Treibstoffanzeige und so weiter.

"Dem Piloten zugeordnet" bedeutet im Sinne der Erfindung, daß ein dem Piloten zugeordnetes reales oder virtuelles Objekt sich entweder im direkten Einflußbereich des Piloten oder aber von diesem entfernt befindet, jedoch zur Ausführung, Übermittlung oder Empfang von vom Piloten ausgehenden oder für diesen bestimmten Ereignissen bestimmt ist oder dient.

"Dem Hubschrauber zugeordnet" bedeutet im Sinne der Erfindung, daß ein dem Hubschrauber zugeordnetes reales oder virtuelles Objekt sich entweder direkt in oder an dem Hubschrauber oder aber von diesem entfernt befindet, Jedoch zur Ausführung, Übermittlung oder Empfang von von dem Hubschrauber oder Zusatzsystemen des Hubschraubers ausgehenden oder für dieses bestimmten Ereignissen bestimmt ist oder dient.

Unter Sekundärdaten sind im Sinne der Erfindung Daten zu verstehen, die von dem Hubschrauber und/oder dem Piloten zugeordneten Zusatzgeräten direkt und/oder indirekt ausgehen oder für diese bestimmt sind, so zum Beispiel die Daten eines Zielerfassungssystems oder dergleichen.

Im nachfolgenden wird die dem Piloten zugeordnete Datenübertragungseinrichtung und Empfangseinrichtung auch als Hauptstation bezeichnet werden.

Unter Kontrollieren des Hubschraubersystems kann im Sinne der Erfindung sowohl Bedienen, Steuern als auch Regeln verstanden werden.

Wie in der Fig. 1 angedeutet, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen unbemannten Hubschrauber F, der im vorliegenden Fall als Miniaturhubschrauber mit einem Hauptrotordurchmesser von etwa 2,5 m und einem Abfluggewicht von zirka 20 kg ausgebildet ist, und eine einem Piloten P zugeordnete Steuereinrichtung 2, eine Übertragungs- und Empfangseinrichtung 4, eine Datenverarbeitungseinrichtung 6 und eine direkt vor den Augen des Piloten P angeordnete und mittels einer Kopf und/oder Augenbewegung des Piloten P mitbewegbaren Abbildungseinrichtung 8 umfaßt. Eine weitere Abbildungseinrichtung 10, die mit der Datenverarbeitungseinrichtung 6 des Piloten P über eine Datenleitung 11 in Verbindung steht, ist für einen Kopiloten Pc vorgesehen. Die Übertragungs- und Empfangseinrichtung 4 dient der Übertragung von Daten zum Hubschrauber F und zum Empfangen von vom Hubschrauber F ausgehenden Datensignalen. Die dem Piloten P zugeordnete Übertragungs- und Empfangseinrichtung ist im vorliegenden Fall in einem einzelnen Gerät untergebracht. Die Übertragungs- und die Empfangseinrichtung können jedoch auch als separate Geräten ausgestaltet sein.

Die Übertragungs- und Empfangseinrichtung 4, die Steuereinrichtung 2, die Abbildungseinrichtungen 8, 10 des Piloten P und des Kopiloten Pc sowie Sensoren, auf die später noch Bezug genommen werden wird, sind über geeignete Schnittstellen mit der dem Piloten P zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 6 verbunden.

Der Fig. 2 sind weitere Details des erfindungsgemäßen unbemannten Hubschraubers F zu entnehmen. Der Hubschrauber F ist mit zwei in mehreren Achsen beweglichen Bilderfassungseinrichtungen 12 zum Erfassen wenigstens eines realen Szenarios S und zum Erzeugen von das reale Szenario S repräsentierenden Bilddaten ausgerüstet. Die Bilderfassungseinrichtungen 12, die Bilddaten für den Piloten P liefert, ist in diesem Beispiel im Bereich der Nase des Hubschraubers F angeordnet. Die für die Bilddatenversorgung des Kopiloten Pc bestimmte Bilderfassungseinrichtungen 14 befindet sich hier dagegen in einem hinteren, unteren Rumpfabschnitt des Hubschraubers F. Hinsichtlich der Anordnung der Bilderfassungseinrichtungen 12, 14 kommt generell jedoch jeder geeignete Anbringungsort in Frage.

Der Hubschrauber F ist des weiteren mit einer Übertragungseinrichtung zum direkten und/oder indirekten Übertragen von durch die Bilderfassungseinrichtungen 12, 14 gelieferten Bilddaten des realen Szenarios S zu der vom Hubschrauber F getrennten und dem Piloten P zugeordneten Empfangseinrichtung sowie einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von von der dem Piloten P zugeordneten Übertragungseinrichtung ausgehenden Datensignalen ausgerüstet. Übertragungs- und Empfangseinrichtung des Hubschraubers F sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Gerät 16 integriert.

Zwischen Piloten P und Hubschrauber F bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel also Verbindungen für folgende Basisfunktionen:

Funktion

• a) Übertragen von Daten vom Piloten zum Hubschrauber
• b) Übertragen von Daten vom Hubschrauber zum Piloten
• c) Empfangen von Daten vom Piloten zum Hubschrauber
• d) Empfangen von Daten vom Hubschrauber zum Piloten.

In der einfachsten Ausführungsform ist die einem Datentransfer bzw. -austausch dienende Verbindung zwischen Piloten P und Hubschrauber F, beziehungsweise umgekehrt, durch eine Funkverbindung C oder Datenleitungen realisiert.

Der Hubschrauber F umfaßt zusätzlich wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung 18, Stelleinrichtungen 20 zum Bewegen der Bilderfassungseinrichtungen 12, 14 sowie Aktuatoren 22 zum Betätigen von Steuerelementen des Hubschraubers F, wie etwa kollektive und zyklische Blattverstellung, Heckrotorsteuerung oder der Antriebseinrichtung, sowie Zusatzsteuerelemente 24 zum Aktivieren von Zusatzsystemen 26, wie etwa einer Bordbewaffnung, Einrichtungen zum Erfassen und Kontrollieren eines Verriegelungszustandes, Beleuchtungseinrichtungen, Energieerzeugungs- und Speichereinrichtungen, Startereinrichtung, abwerfbare Behälter zur Aufnahme einer Transportladung, Navigationseinrichtungen und dergleichen. Des weiteren verfügt der Hubschrauber F über Sensoreinrichtungen 28, die den Flugzustand oder den Zustand der Zusatzsysteme repräsentierende Datensignale liefern, diese Daten oder Datensignale werden nachfolgend als Operations- und/oder Sekundärdaten bezeichnet. In der Zeichnung ist stellvertretend für solche Sensoren eine Meßinstrumentierung zum Erfassen der Fluggeschwindigkeit, d. h. bin Staurohrsensor 28, angedeutet. Sekundärdaten sind des weiteren Daten, die hubschrauberseits empfangen werden und zur Kontrolle oder Regelung der oben genannten Zusatzsysteme oder Aktuatoren dienen. Das Übertragungssystem für die Operations- und/oder Sekundärdaten kann in wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung als Telemetrieeinrichtung ausgestaltet sein.

Die Übertragungs- und Empfangseinrichtung 16 die Bilderfassungseinrichtungen 12, 14, die Stelleinrichtungen 20 zum Bewegen der Bilderfassungseinrichtungen 12, 14, die Aktuatoren 22 sowie die Zusatzsteuerelemente 24 sind über geeignete Schnittstellen mit der Datenverarbeitungseinrichtung 18 des Hubschraubers F verbunden.

Die Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung weitere Einzelheiten der Bilderfassungseinrichtung 12, 14 des erfindungsgemäßen Hubschraubersystems. Da sich die für den Piloten P und den Kopiloten Pc bestimmten Bilderfassungseinrichtungen 12, 14 im wesentlichen ähneln, wird nachfolgend nur eine Bilderfassungseinrichtung 12 allgemein beschrieben werden.

Die Bilderfassungseinrichtung 12 ist im vorliegenden Fall in einer in drei Achsen (x, y, z) beweglichen Halterung 30 gehalten und mit dieser in den entsprechenden Achsen bewegbar, wobei zur Durchführung der Bewegungen eine entsprechende Anzahl von elektrischen Stellmotoren 20, Stellglieder, Servos oder dergleichen (z. B. elektromagnetischen, hydraulischen oder pneumatische Stellglieder usw.) vorgesehen ist. Die Stellmotoren 20 sind an eine geeignete Steuer- und/oder Regeleinrichtung 32 angeschlossen, die wiederum mit der Datenverarbeitungseinrichtung 18 des Hubschraubers F korrespondiert oder als Bestandteil derselben ausgelegt ist, so daß durch eine Kombination der Bewegungen um die einzelnen Achsen (x, y, z) eine nahezu beliebige Ausrichtung der Bilderfassungseinrichtung 12 erzielbar ist. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 32 zum Steuern oder Regeln der Stellmotoren 20 der beweglichen Bilderfassungseinrichtung 12 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Bilderfassungseinrichtung 12 im wesentlichen simultan zu einer Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P (bzw. Pc) beweglich. Hierzu wird später noch detaillierter Stellung genommen.

Zur Erfassung der jeweils aktuellen Bewegung und/oder Position der Bilderfassungseinrichtung 12 ist mindestens ein Bewegungs- und/oder Positionssensor 34 (im nachfolgenden Kamerapositionssensor 34 genannt) zum Erfassen wenigstens einer Bewegung und/oder Position der beweglichen Bilderfassungseinrichtung 12 vorgesehen, wobei dieser Sensor 34 ein die Bewegung und/oder Position der Bilderfassungseinrichtung 12 repräsentierendes Signal liefert. Der Kamerapositionssensor 34 ist über eine geeignete Schnittstelle mit der Datenverarbeitungseinrichtung 18 des Hubschraubers F verbunden.

Wie aus der Fig. 3 ferner ersichtlich, ist die Bilderfassungseinrichtung 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als stereoskopische Bilderfassungs­ einrichtung mit zwei Bilderfassungseinzeleinrichtungen 12.1, 12.2 ausgebildet ist, wobei die Bilderfassungseinrichtung 12 eine nicht dargestellte Einrichtung zum Einstellen der Konvergenz der Sehachsen und/oder des imaginären Augabstandes und eine Einrichtung zum separaten Bewegen jeweils einer ihrer Bilderfassungseinzeleinrichtungen 12.1, 12.2 umfaßt. Dies dient der Anpassung an die individuellen Körpermaße und Seheigenschaften des Piloten P bzw. Pc, dem eine jeweilige Bilderfassungseinrichtung 12 bzw. 14 zugeordnet ist. Generell kann die Bilderfassungseinrichtung 12 ein Einzelokular umfassen, die mit der stereoskopischen Bilderfassungseinrichtung 12 erzielbaren Effekte sind jedoch hinsichtlich der Wirkung des subjektiv erzielbaren Raum- und Flugempfindens in der Regel besser.

Die Bilderfassungseinrichtung 12 kann ferner über eine Wechselobjektiv-, Zoom, Nachtsicht- oder Infrarotsichteinrichtung verfügen, so daß die Bilderfassung bestimmtem Erfordernissen anpaßbar ist.

Jede der Bilderfassungseinzeleinrichtung 12.1, 12.2 der stereoskopischen Bilderfassungseinrichtung 2 umfaßt mindestens ein mit wenigstens einem CCD-Array ausgestattetes elektronisches Bauteil, zum Beispiel einen Videochip oder dergleichen, das über eine geeignete Schnittstelle zur Datenverarbeitungseinrichtung 18 des Hubschraubers F digitale Bilddatensignale des erfaßten realen Szenarios zur Verfügung stellt. Die Bilderfassungseinrichtung 12 kann in einer einfachen Ausführungsform durch ein oder mehrere Miniatur-Videokameras oder -Fernsehkameras oder dergleichen realisiert werden.

Die Bilderfassungseinrichtung 12 ist überdies zur Erzielung guter Sichtverhältnisse auch bei schlechten Witterungsverhältnissen mit einer Niederschlagsabscheidungseinrichtung 36, z. B. einer schnell rotierbaren Objektivabdeckung, einem oder mehreren Wischern oder einer Heizeinrichtung, versehen, die jedoch auch an einem am Hubschrauber F angeordneten Gehäuse 38, in dem die Bilderfassungseinrichtung 12, wie in Fig. 1 angedeutet, schützend untergebracht ist, vorgesehen sein kann.

Die voreingestellte Sichtrichtung der Bilderfassungseinrichtung 2 ist hier in der Längsachse des Hubschraubers F ausgerichtet, kann je nach Bedarf aber auch in jeder andere Richtung eingestellt sein.

Wie oben bereits erwähnt, verfügen die Aktuatoren 22 zum Betätigen der Steuerelemente des Hubschraubers F sowie die Zusatzsteuerelemente 24 zum Aktivieren von Zusatzsystemen 26 ebenfalls über Sensoren, die Referenzsignale liefern, die einen Aufschluß über die Stellposition der Aktuatoren 22, den Aktivierungszustand der Zusatzsysteme 26 und dergleichen zulassen. Wie der Staurohrsensor 28 stehen diese Sensoren über geeignete Schnittstellen mit der Datenverarbeitungseinrichtung 18 des Hubschraubers F in Verbindung.

Die Datenverarbeitungseinrichtung 18 wiederum ist über eine geeignete Schnittstelle mit der Übertragungs- und Empfangseinrichtung 16 des Hubschraubers F gekoppelt, so daß sämtliche relevanten Datensignale vom Hubschrauber F aus direkt oder indirekt zu der den Piloten P, Pc zugeordneten Empfangs- und Übertragungseinrichtung 4 übertragen werden können. Des weiteren ist die Empfangseinrichtung 16 des Hubschraubers F in der Lage von der dem Piloten P zugeordneten Übertragungseinrichtung 4 ausgehende Datensignale zu empfangen, diese in der Datenverarbeitungseinrichtung 18 aufzubereiten und nach Bedarf mit Hilfe dieser Signale die vorhergenannten Einrichtungen 12, 14 und Zusatzsysteme 26 des Hubschraubers F zu betätigen, zu steuern und/oder zu regeln.

Wie in der Fig. 1 angedeutet ist die dem Piloten P zugeordnete Steuereinrichtung 2 im vorliegenden Fall in einem kompakten Sitz 40 bzw. Sitzsystem integriert, an dem auch die dem Piloten P zugeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 6 und die Übertragungs- und Empfangseinrichtung 4 sowie eventuelle Zusatzgeräte angeordnet sind. Die Steuereinrichtung 2, die Datenverarbeitungseinrichtung 6 und die Übertragungs- und Empfangseinrichtung 4 können natürlich auch in einem Handgerät oder teilweise oder vollständig getrennt voneinander angeordnet sein, wobei es ebenfalls vorgesehen ist, daß sich diese Systeme an Orten befinden, die dem Piloten P nicht direkt zugänglich sind. So kann sich die Datenverarbeitungseinrichtung etwa in einem vom Aktionsort des Piloten P entfernten Gebäude, in einem Landfahrzeug oder auf einem Wasserfahrzeug befinden, während sich der Pilot P zum Beispiel in einem Flugzeug aufhält. Entsprechendes gilt für die dem Piloten P zugeordnete Übertragungs- und Empfangseinrichtung. Zwischen den dem Piloten P und dem Hubschrauber F zugeordneten Systemen besteht jedoch stets eine Datenverbindung, die allerdings nach Bedarf temporär deaktiviert sein kann.

Die dem Piloten P zugeordnete Steuereinrichtung 2 verfügt über Bedienelemente 42, 44 zum Steuern des Hubschraubers F und zum Steuern, Bedienen, Aktivieren oder Deaktivieren der Zusatzsysteme 26 des Hubschraubers F, wie etwa Scheinwerfer, Bordwaffen usw. Die Steuereinrichtung ist über geeignete Schnittstellen mit der dem Piloten P zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 6 verbunden.

Die Ausrüstung des Kopiloten Pc ist mit der des Piloten P vergleichbar, sie verfügt jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel über keine eigene Steuereinrichtung 2.

Die Abbildungseinrichtungen 12, 14 des Piloten P und des Kopiloten Pc sind über geeignete Datenübertragungswege und eine zweckmäßige Schnittstelle mit der dem Piloten P bzw. Kopiloten zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 6 verbunden.

Eine Ausführungsform der dem Piloten P zugeordneten erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 56 ist schematisch in der Fig. 4 dargestellt. Die Abbildungseinrichtung 56 ist in einem Helm 46 integriert, der am Kopf K des Piloten P getragen und bei jeder Kopf- oder Körperbewegung des Piloten P mitbewegt wird. Der Helm 46 ist mit einem ein- oder mehrteiligen, klappbaren Visier 48 ausgestattet, an dessen den Augen des Piloten P zugewandten Innenseite die Abbildungseinrichtung 56 angeordnet ist. Das Visier 48 dient gleichzeitig als Abschirmung gegen äußere Lichteinflüsse. Der Helm 46 umfaßt des weiteren eine akustische Erfassungseinrichtung 50 zum Erfassen von Sprachgeräuschen und/oder Sprachbefehlen des Piloten P sowie eine Lautsprechereinrichtung 52.

Der Helm 46 ist mit einer Sensoreinrichtung 54 zur Erfassung wenigstens einer Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P (im nachfolgenden kurz Kopfpositionssenor genannt) ausgerüstet, wobei die Sensoreinrichtung 54 ein die Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P repräsentierendes Signal erzeugt. Vorzugs ist der Kopfpositionssensor 54 so ausgelegt, daß er die Kopf- und/oder Augenbewegung in mindestens drei Achsen erfassen kann. Der Kopfpositionssensor 54 umfaßt wiederum drei Einzelsensoren, nämlich einen Positionssensor 54.2, einen Geschwindigkeitssensor 54.4 und einen Beschleunigungssensor 54.6 zur Erfassung der aktuellen Kopf- und/oder Augenposition und wenigstens eines Geschwindigkeitsvektors und Beschleunigungsvektors der Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P. Der Positionssensors 54.2 erzeugt ein die Position (Ort und Lage) des Kopfes K und/oder der Augen, der Geschwindigkeitssensor 54.4 einen den Geschwindigkeitsvektor und der Beschleunigungssensor 54.6 einen den Beschleunigungsvektor der Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P repräsentierendes Signal. Je nach Sensorart kann gegebenenfalls ein einzelner Sensor diese drei Funktionen übernehmen. Die drei Sensoren sind im vorliegenden Fall als Kreiselsysteme ausgelegt, es können jedoch auch Sensorsysteme verwendet werden, die eine Positions- und/oder Geschwindigkeitsänderung durch Bestimmung der Sensor- und/oder Kopf- und/oder Augenposition relativ zu einer Bezugsposition ermitteln. So auch Sensoren, die zur Lagebestimmung die Orientierung eines Gegenstandes in Bezug zu einem elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feld auswerten, oder Sensoren, die Streulichdifferenzwerte auswerten und dergleichen mehr.

Der Sensor 54 bzw. dessen drei Sensoren 54.2 bis 54.6 sind über geeignete Schnittstellen mit der dem Piloten P zugeordneten Datenverarbeitungs­ einrichtung 6 verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Datenübertragung zur Datenverarbeitungseinrichtung 6 auf drahtlosem Wege, so daß der Pilot P in seiner Bewegungsfreiheit nicht eingeschränkt ist.

Wie in Fig. 4 illustriert, läßt sich das Visier 48 des Helms 46. oder ein Teil des Visiers 48, hochklappen, was insbesondere bei der Start- oder Landephase des Hubschraubers F von Vorteil sein kann, falls ein Start in unmittelbarer Nähe des Piloten P erfolgt.

Die an der Innenseite des Helmvisiers 48 befindliche Abbildungseinrichtung 8 ist bei dem vorliegenden Beispiel als räumlich gebogener Bildschirm 56 ausgelegt, dessen Form der Form des Visiers 48 und des Helms 46 angepaßt ist. Generell können indes auch ein oder mehrere Flachbildschirm verwendet werden, die mit einem solchen Gerät erzielbaren subjektiven räumlichen Eindrücke sind jedoch vergleichsweise weniger ausgeprägt. Als Bildschirm hat sich besonders ein TFT-Bildschirm (TFF: thin film transisitor) von Vorteil erwiesen. Die Abbildungseinrichtung 8 umfaßt im vorliegenden Fall einen Blickwinkelbereich größer 180 Grad und entspricht damit etwa dem normalen Sichtbereich eines Menschen. Je nach Anwendungsfall kann der Blickwinkelbereich natürlich reduziert oder vergrößert sein.

Der Bildschirm 56 der Abbildungseinrichtung 8 ist in zwei virtuelle Einzelabbildungsabschnitte 56.2, 56.4 unterteilt (vergl. Fig. 7), wobei jeder Einzelabbildungsabschnitt einem Auge des Piloten P zugeordnet ist, so daß bei entsprechender Darstellungsweise einer Abbildung ein stereoskopischer Effekt zu erzielen ist. Diese Bauweise korrespondiert mit der stereoskopische Bilderfassungseinrichtung 12, 14 des Hubschraubers F. Ebenso kann im Sinne der Erfindung ein einzelner Bildschirm mit einem einzigen Abbildungsbereich oder mehrere Bildschirme vorgesehen werden.

Wie in Fig. 6 veranschaulicht, kann die dem Piloten P zugeordnete Abbildungseinrichtung 8 auch an einer Brille 58 oder an einer vergleichbaren Vorrichtung angeordnet und am Kopf K des Piloten P getragen sein. Ebenso ist es natürlich denkbar eine derartige Vorrichtung in geeigneter Position an anderen Körperteilen des Piloten P (zum Beispiel über ein Schultergestell an den Schultern des Piloten) oder an einer von dem Piloten P getrennten, jedoch mit diesem mitbewegbaren beweglichen Halterung anzuordnen.

Die Abbildungseinrichtung 8 ist über eine geeignete Schnittstelle mit der dem Piloten P zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 6 verbunden.

Der Hubschrauber F kann nun, sofern dessen Einzelsysteme in betriebsbereitem Zustand sind, wie folgt kontrolliert, bedient, gesteuert oder geregelt werden.

Durch die am Hubschrauber F angeordnete Bilderfassungseinrichtung 12 wird das sich in dem Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung 12 befindliche realen Szenario S erfaßt und es werden Bilddaten erzeugt, die das aktuelle Abbild des realen Szenarios S repräsentieren. Je nach Bedarf und Auslegung der Bilderfassungseinrichtung 12 können die Bilddaten das reale Szenario S sowohl im Sinne einer zweidimensionalen als auch dreidimensionalen Abbildung repräsentieren. Diese Bilddaten werden in der dem Hubschrauber F zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 18 gegebenenfalls noch weiter aufbereitet (gegebenenfalls auch über einen geeigneten Algorithmus komprimiert) und anschließend an die Datenübertragungseinrichtung 16 des Hubschraubers F geleitet und von dort direkt oder indirekt zu der dem Piloten P zugeordneten Empfangseinrichtung 4 übertragen und von dieser empfangen.

Die empfangenen Bilddaten des realen Szenarios S werden an die dem Piloten P zugeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 6 weitergeleitet und dort, falls erforderlich, weiter aufbereitet. Dann werden die Bilddaten direkt oder indirekt zu der am Helm 46 des Piloten P und direkt vor dessen Augen angeordneten und mittels einer Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P mitbewegbaren Abbildungseinrichtung 56 übertragen. Diese Übertragung kann ebenfalls auf drahtlosem Wege oder über wenigstens eine Datenleitung erfolgen. Auf Grundlage der Bilddaten wird in der Abbildungseinrichtung 8, 56 eine Abb. 62 des realen Szenarios erzeugt und angezeigt, so daß das reale Szenario S für den Piloten P sichtbar ist.

Bewegt der Pilot P seinen Kopf K wird die Kopfbewegung von dem Kopfpositionssensor 54 im vorliegenden Fall in mindestens drei Achsen erfaßt und die Kopfbewegung repräsentierende Signale erzeugt, nämlich im vorliegenden Fall ein Positionssignal, ein Geschwindigkeits- und ein Beschleunigungssignal. Diese Signale werden nachfolgend als Kopfbewegungssignale bezeichnet. Obwohl im vorliegenden Beispiel drei Parameter (Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung) erfaßt werden, ist für viele Anwendungsfälle oftmals bereits ein Parameter (nämlich insbesondere die Position) auseichend.

Die Kopfbewegungssignale werden zu der dem Piloten P zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 6 übertragen, dort gegebenenfalls weiter aufbereitet und zu der dem Piloten P zugeordneten Datenübertragungseinrichtung 4 weitergeleitet. Von dort werden anschließend die Kopfbewegungssignale direkt oder indirekt zu der am Hubschrauber F angeordneten Empfangseinrichtung 16 übertragen und von dieser empfangen.

Die empfangenen Kopfbewegungssignale werden, falls erforderlich, in der Datenverarbeitungseinrichtung 18 des Hubschraubers F aufbereitet und als Referenzsignale oder Stellsignale an die Stellmotoren 20 der Bilderfassungseinrichtung 8 des Hubschraubers F weitergeleitet. Die Stellmotoren 20 werden demnach in Abhängigkeit der aus den Kopfbewegungssignalen resultierenden Stellsignale betätigt und zwar in solch einer Weise, daß die resultierende(n) Bewegung(en) der Bilderfassungseinrichtung 8 im wesentlichen genau den von dem Piloten P ausgeführten Kopfbewegungen entsprechen. Dadurch erfaßt die Bilderfassungseinrichtung 12 das reale Szenario S in einen neuen Sichtbereich, nämlich einem Sichtbereich, der im wesentlichen dem Sichtbereich entspricht, der sich ergäbe, falls sich die Augen des Piloten P an der Position der Bilderfassungseinzelvorrichtungen 12.1, 12.2 der Bilderfassungseinrichtung 12 befänden und der Pilot P die besagte Kopfbewegung vor Ort im Hubschrauber F durchführte.

Die neuen Bilddaten werden wiederum in der oben bereits erläuterten Art und Weise zum Piloten P übertragen und in der Abbildungseinrichtung 56 zur Anzeige gebracht. Die Bilddaten können des weiteren in einem in den Figuren nicht dargestellten Speichermedium gespeichert und für spätere Anwendungen zur Verfügung gestellt werden.

Der Pilot P steuert also durch seine Kopfbewegung die Bewegung der Bilderfassungseinrichtung 12 im Hubschrauber F und ist damit in der Lage Abbildungen zu sehen, die im wesentlichen Abbildungen entsprechen, die sich durch reales Sehen und eine reale Kopfbewegung ergeben würden, falls sich der Pilot im Hubschrauber F befände. Damit wird der Pilot P in die Lage versetzt sich in dem Raum, durch den sich der Hubschrauber F bewegt, umzusehen. Die durch dieses Verfahren erzielte subjektive Sinnestäuschung des Piloten P kann so ausgeprägt sein, daß dem Piloten P der Eindruck entsteht er befände sich selbst im Hubschrauber F.

Anstelle der Kopfbewegung des Piloten P kann bei geeigneten Sensoren auch eine Augenbewegung des Piloten P erfaßt und analog zu der oben dargelegten Arbeitsweise verfahren werden. Die dafür erforderlichen Apparaturen und Rechenleistungen sind jedoch bei weitem aufwendiger. Obwohl vorhergehend wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der dem Piloten P zugeordneten Bilderfassungseinrichtung 12 erläutert wurde, sind die Funktionsweise der dem Kopiloten zugeordneten Bilderfassungseinrichtung 14 sowie die zugehörigen Übertragungs- und Empfangsschritte im wesentlichen entsprechend, so daß separate Ausführungen hierzu nicht erforderlich sind.

Ähnlich wie die Erfassung der Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P mittels des Kopfpositionssensors 54 ist mit Hilfe eines Bilderfassungseinrichtungs-Positionssensors 60 wenigstens eine Bewegung und/oder Position der am Hubschrauber F angeordneten beweglichen Bilderfassungseinrichtung 8 erfaßbar. Wie bei den o.g. Kopfbewegungssensoren 5 ist es hierbei vorteilhaft, daß auch Bilderfassungseinrichtungs-Positionssensor 60 wenigstens eine Position und/oder einen Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsvektor der Bewegung der Bilderfassungseinrichtung 2 ermittelt. Die Datensignale des Sensors 60 können auf analoge Weise wie die Bilddaten zum Piloten P und der ihm zugeordneten Empfangs- 4 Datenverarbeitungseinrichtung 6 übertragen werden.

Zusammen mit den Kopfbewegungssignalen und mittels einer vorzugsweise in der dem Piloten P zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 6 integrierten Steuer- oder Regeleinrichtung, die sich allerdings auch im Hubschrauber F befinden kann, ist somit eine exaktere Steuerung oder Regelung der Bewegung der Bilderfassungseinrichtung 12, der erzielten Bilddaten und der Darstellung der Abbildung des realen Szenarios S in der Abbildungseinrichtung 8, 56 und eine bessere Justierung oder Feineinstellung möglich.

Bei sehr großen Übertragungsstrecken zwischen Hubschrauber F und Piloten P kann es vorkommen, daß es bei der Anzeige oder Darstellung eines aktualisierten Sichtbereich des realen Szenarios S (wobei die Aktualisierung des Sichtbereiches durch eine Kopfbewegung des Piloten P und eine dementsprechende Bewegung der Bilderfassungseinrichtung 12 des Hubschraubers F initiiert ist) in der dem Piloten P zugeordneten Abbildungseinrichtung 8 zu einer gewissen Verzögerung oder einem merklichen Nacheilen kommt, was wiederum das subjektive Sehgefühl und Raumempfinden des Piloten P beeinträchtigen kann. Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß durch den am Helm 46 des Piloten P angeordneten Kopfpositionssensor 54 bzw. Geschwindigkeits- 54.4 und Beschleunigungssensor 54.6 wenigstens ein Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsvektors der Kopfbewegung des Piloten P erfaßt und ein den Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsvektors der Kopfbewegung repräsentierendes Signal erzeugt wird (in der Regel sind zwei Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsvektoren ausreichend, da sich die ausgeprägtesten Veränderungen des Sichtbereiches des Piloten P und damit der Bilderfassungseinrichtung 2 durch seitlich Kopfdrehungen und Kopf- Nickbewegungen des Piloten P ergeben). Dieses Signal wird ebenfalls direkt oder indirekt zu der am Hubschrauber F angeordneten Empfangseinrichtung 16 übertragen. Mit Hilfe dieses Signals werden dann die Stellmotoren 20 der Bilderfassungseinrichtung 8 angesteuert und zwar auf solch eine Weise, das die Bewegung der Bilderfassungseinrichtung 12 der entsprechenden Kopfbewegung des Piloten P ein wenig vorauseilt. Dadurch kann bei großen Datenübertragungswegen und entsprechenden längeren Übertragungszeiten ein "Nachschleppen" des auf dem Bildschirm 56 des Piloten P angezeigten Bildes vermieden oder zumindest teilweise kompensiert werden.

In besonderen Fällen kann es von Vorteil sein, die Bewegung der Bilderfassungseinrichtung 12 der entsprechenden Kopfbewegung des Piloten P nacheilen zu lassen, im allgemeinen wird jedoch das Vorauseilen angewendet werden. Dies hat den Vorteil, daß das oben erläuterte nachteilige Nacheilen der Darstellung des realen Szenarios in der Abbildungseinrichtung 4 des Piloten P im wesentlichen vermieden werden kann.

Aufgrund der Werte der ermittelten Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsvektoren der Kopfbewegung des Piloten P und empirischer Daten, insbesondere kybernetischer und ergonomischer Daten, kann eine Aussage getroffen werden, wie weit eine beginnende Kopfbewegung des Piloten P fortgesetzt werden wird. Diese Aussage, die eine Berechnung erfordert, kann zum Beispiel in der dem Piloten P zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 6 durchgeführt und das zum Hubschrauber F zu übertragende Signal, daß wie oben dargelegt später für ein Vorausführen der Bilderfassungseinrichtung 12 verantwortlich ist, gegebenenfalls noch vorher weiter aufbereitet oder manipuliert werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen.

Ferner ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die durch Sensoren von im und/oder am Hubschrauber F angeordneten Operationsdatensystemen und/oder Zusatzsysteme erfaßten Operations- und/oder Sekundärdaten und die daraus resultierenden, die Operations- und/oder Sekundärdaten repräsentierenden Operations- und/oder Sekundärdatensignale direkt oder indirekt zu der dem Piloten P zugeordneten Empfangseinrichtung 4 zu übertragen. Die empfangenen Operations- und/oder Sekundärdatensignale werden wiederum über eine geeignete Schnittstelle in die dem Piloten P zugeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 6 eingegeben. Mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 6 werden auf Grundlage der empfangenen Datensignale die Operations- und/oder Sekundärdaten darstellende Bilddaten erzeugt. Mittels dieser Bilddaten wird nun in der Abbildungseinrichtung 4 des Piloten P eine virtuelle Abbildung erzeugt und angezeigt, so daß die Operations- und/oder Sekundärdaten wie auf einem Instrumentenbrett und/oder einem Instrument 64 für den Piloten P optisch sichtbar werden. Je nach Art der übermittelten Sekundärdaten kann aber auch ein anderes durch Sinneswahrnehmung des Piloten P erfaßbares Referenzsignal erzeugt werden, z. B. ein akustisches Warnsignal oder dergleichen. Dies kann etwa bei einer Überziehwarnung sinnvoll sein.

Die Anzeige der virtuellen Abb. 64 der Operations- und/oder Sekundärdaten in der Abbildungseinrichtung 8, 56 kann zusammen mit oder getrennt von der Abb. 62 des realen Szenarios S erfolgen. Fig. 7 zeigt aus der Sicht des Piloten P einen schematischen Blick in die Abbildungseinrichtung 56, die einen Anzeigebereich für die Abb. 62 des realen Szenarios S, einen Anzeigebereich für Abb. 64 von Operations- und/oder Sekundärdaten sowie einen weiteren Anzeigebereich für Abb. 66 umfaßt, auf die später noch Bezug genommen werden wird.

Die virtuellen Abb. 64 der Operations- und/oder Sekundärdaten müssen, sofern sie auf dem Bildschirm 56 angezeigt werden sollen, durch geeignete Programmroutinen vorzugsweise in der dem Piloten P zugeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 6 erzeugt werden. Da zur Darstellung jedoch nur relativ einfache Bildelemente erforderlich sind, bedarf dies keiner großen Rechnerleistungen und Rechenzeiten.

Sekundärdaten können im übrigen auch von der Pilotenseite ausgehen: Der Pilot P spricht in die am Helm 46 angeordnete akustische Erfassungseinrichtung 50 (Mikrofon; vergl. Fig. 4) und die Sprachsignale werden mittels der Datenübertragungseinrichtung zum Hubschrauber F übertragen und dort mittels der Lautsprechereinrichtung wiedergegeben. Eine Kommunikation zwischen Piloten P und Kopiloten Pc mittels der Mikrofon- und Lautsprechereinrichtung eines jeweiligen Helmes 6 sind ebenfalls möglich.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die dem Kopiloten Pc zugeordneten Systeme im wesentlichen denen des Piloten P entsprechen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen die Abbildungseinrichtung 12 des Piloten P und die durch Kopf- und/oder Augenbewegungen des Piloten P ausgelösten Routinen unabhängig von denen des Kopiloten Pc auszubilden, so daß der Kopilot Pc unabhängig vom Piloten P weitere Zusatzaufgaben übernehmen kann. Des weiteren ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, mindestens einen dritten Beteiligten, zum Beispiel einen von Pilot P und Kopilot Pc völlig unabhängigen Operator über geeignete Schnittstellen in das System einzukoppeln und bei Bedarf zu Informations-, Kontroll- oder Beobachtungszwecken in das dem Piloten P und/oder Kopiloten Pc zugeordnete Bilddaten- und Datenmaterial Einsicht nehmen zu lassen. Für den Operator ist als Abbildungseinrichtung in der Regel ein einfacher Bildschirm ausreichend. Überdies ist es denkbar den Operator mittels einer Kameraeinrichtung aufzunehmen und die Abbildung des Operators als weitere Abb. 66 in die Abbildungseinrichtung 56 des Piloten P und/oder Kopiloten Pc einzuspeisen, was zu Kommunikationszwecken sinnvoll sein kann.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung und das dazugehörige erfindungsgemäße Verfahren Bilddaten eines realen Szenarios S verwenden, sind im Vergleich zur Erzeugung "virtueller Realitäten" vergleichsweise geringere Rechenleistungen den verwendeten Datenverarbeitungs­ einrichtungen 6, 18 erforderlich. Dadurch läßt sich ein sehr schneller Bildaufbau erzielen. Die Darstellung von virtuellen Kontrollelementen oder Zusatzinformationen, die mit der Abbildung des realen Szenarios S in der Abbildungseinrichtung 8, 56 des Piloten P wahlweise überlagert werden kann, bedarf aufgrund der in der Regel vergleichsweise einfachen Bildelemente ebenfalls nur einer geringen Rechnerleistung.

Wie oben bereits einleitend erläutert und in Fig. 1 schematisch skizziert, verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Hubschrauber F über eine reale, dem Piloten P zugeordnete Steuereinrichtung 2. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der realen Steuereinrichtung 2 um einen an der Armlehne 68 des Sitzes 40, auf dem der Pilot P zum Steuern Platz nimmt, angeordneten Steuerknüppel 42 (sidestick) und zusätzliche Bedienelemente 44. Im Fußbereich des Piloten P sind Pedale 70 vorgesehen. Mit dem Steuerknüppel 42 kontrolliert der Pilot P die zyklische Rotorsteuerung des Hubschraubers F und mit den Pedalen 70 die Heckrotorsteuerung. Damit ist der Hubschrauber F in drei Achsen steuerbar. Als Beispiel für die zusätzlichen Bedienelemente ist zum Beispiel der Pitch für die kollektive Rotorsteuerung und Schalter zum Aktivieren oder Deaktivieren der Antriebseinrichtung des Hubschraubers F oder zum Betätigen von dessen Zusatzsystemen 26 zu nennen. Die genannten Steuer- und Bedienelemente 42, 44, 70 sind vorzugsweise mit Signalgebern ausgestattet, die ein den jeweiligen Steuerbefehl repräsentierendes Steuersignal ausgeben. Dieses Steuersignal wird über die dem Piloten P zugeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 6 oder direkt zu der dem Piloten P zugeordneten Datenübertagungseinrichtung 4 geleitet und von dort direkt oder indirekt zum Hubschrauber F übertragen. Die empfangenen Steuersignal werden direkt oder über die Datenverarbeitungseinrichtung 18 zu den Aktuatoren 22 zum Betätigen der Steuerelemente und Zusatzsteuerelemente 26 des Hubschraubers F weitergeleitet und eine der Steuer- oder Bedienaktion des Piloten P entsprechende Steuerung oder Aktion bewirkt. Anstelle dieser Steuereinrichtung kann selbstverständlich auch eine andere geeignete Steuereinrichtung, beispielsweise in der Art einer tragbaren Fernlenkung eingesetzt werden.

Neben oder statt der realen Steuereinrichtung 42, 44, 70 kann erfindungsgemäß für den Piloten P und/oder Kopiloten Pc eine virtuelle Steuer- oder Kontrolleinrichtung vorgesehen sein. Bei dieser virtuelle Steuereinrichtung handelt es sich um eine künstlich durch ein Programm der Datenverarbeitungseinrichtung erzeugte nicht reale und in der Regel als reine Abbildung dargestellte Steuereinrichtung, mit der der Pilot P jedoch zum Zweck der Kontrolle bzw. Steuerung des Hubschraubers über reale Steuerelemente (z. B. Steuerknüppel, Bedienungsknöpfe usw.) in Interaktion treten kann.

Als Hilfsmittel zur Ausführung einer virtuellen Steueraktion dient zum Beispiel eine mausartige, joystickartige oder trackballartige Vorrichtung, die wenigstens ein auf dem virtuellen Bedienungselement (z. B. Schalter oder "Button") darstellbares Zeigerelement (Cursor oder dergleichen) und mindestens eine Aktivierungstaste umfaßt. Auch ein vom Piloten P frei gehaltener Handgriff (ggf. mit weiteren Bedienelementen, Knöpfen, Schaltern), der ein eingebautes Kreiselsystem oder andere Positionssensoren oder dergleichen umfaßt, daß die ein- oder mehrachsige Bewegung des Handgriffes repräsentierende Signale abgibt, ist möglich. Solche Vorrichtungen korrespondieren wiederum mit der Datenverarbeitungseinrichtung 6.

Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung eine Auswahl aus einer Vielzahl von verschieden möglichen direkten und/oder indirekten Datenübertragungswegen T zwischen dem Hubschrauber F und Piloten P und/oder Kopiloten Pc, bzw. zwischen der dem Piloten P zugeordneten Übertragungs-/Empfangs­ einrichtung 4 und der dem Hubschrauber F zugeordneten Übertragungs-/Empfangseinrichtung 16. Befindet sich die dem Piloten P zugeordneten Übertragungs-/Empfangseinrichtung 4 oder die Datenverarbeitungseinrichtung 6 nicht in unmittelbarer Nähe des Piloten P kann ebenfalls ein weiterer Übertragungsweg zwischen der Übertragungs-/Empfangs­ einrichtung 4 und dem Piloten P direkt zugeordneten Systemen oder zwischen Piloten P und der Datenverarbeitungseinrichtung 6 oder zwischen der Übertragungs-/Empfangseinrichtung 4 und der Datenverarbeitungseinrichtung 6 entstehen. Auch dies geht aus der Fig. 8 hervor.

Allgemein erfolgt die direkte und/oder indirekte Übertragung der zwischen Piloten P und Hubschrauber F (und umgekehrt) transferierten Daten jedoch über mindestens eine Datenleitung Tw und/oder über mindestens einen drahtlosen Übertragungsweg Tr. Neben den bisher eingeführten Bezugszeichen kennzeichnen in der Fig. 7 das Bezugszeichen 72 einen Satelliten, 74 ein Flugzeug, 76 ein Fahrzeug und 78 ein Wasserfahrzeug.

Die seitens des Hubschraubers oder des Piloten P ausgehenden verschiedenen Datensignale müssen nicht zwingendermaßen den gleichen Übertragungsweg gehen. So kann es etwa von Vorteil sein vom Piloten P ausgehende Sprachgeräusche z. B. über ein Fernsprechnetz drahtlos Tr und über Datenleitungen Tw und die vom Hubschrauber ausgehenden Bilddaten des realen Szenarios drahtlos Tr via Satellit 72 zu übertagen.

Für einige Einsatzbereiche hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die direkte oder indirekte Übertragung der zum und/oder vom Hubschrauber F aus übermittelten Signale über mindestens eine Relaisstation 80 erfolgt, die die Reichweite der Datenübertragung oder die Übertragungsqualität verbessert. Bei einer solchen Relaisstation 80 kann es sich um eine mobile oder örtlich fixierte Relaisstation handeln. Für die weitere Beschreibung wird angenommen, daß es sich um eine mobile Relaisstation 80 handelt, nämlich eine Relaishilfseinrichtung 80, die, wie in Fig. 1 skizziert, im Hubschrauber F mittransportierbar und über eine am Hubschrauber F angeordnete Absetz- und Aufnehmeinrichtung absetzbar und wieder in den Hubschrauber F aufnehmbar ist.

Wird für die Übertragung von Daten zwischen Hubschrauber und Piloten P eine drahtlose Funkverbindung Tr verwendet, so existieren Umgebungseinflüsse, die die Übertragung erheblich beeinflussen können. So ist z. B. die Übertragung von Funksignalen in einem Gebäude üblicherweise sehr schlecht. Soll der Hubschrauber F nun in das Gebäude einfliegen, wozu er aufgrund der Miniaturisierung durchaus in der Lage ist, kann es zur Verbesserung der Übertragung von Vorteil sein, daß vor dem Einflug in das Gebäude die Relaishilfseinrichtung 80 aktiviert und abgesetzt und so die Übertragung zwischen dem im Gebäude operierenden Hubschrauber F und Piloten P erheblich verbessert wird. Nach Beendigung der Mission kann die Relaishilfseinrichtung 80 wieder vom Hubschrauber F aufgenommen und deaktiviert werden.

Dieses Verfahren bietet sich, wie oben bereits erwähnt, auch an, um die Reichweite der Datenübertragung zwischen Piloten P und Hubschrauber zu vergrößern. Sobald der Hubschrauber F den Sende-/Empfangsbereich der dem Piloten P zugeordneten Übertragungs- und Empfangseinrichtung 4 oder einer weiteren zwischengeschalteten Relaisstation verläßt und/oder die Leistung der hubschrauberseitigen Übertragungs- und Empfangseinrichtung 16 nicht mehr ausreichend ist, um Daten zur Station 4 zu übermitteln, kann ebenfalls die Relaishilfseinrichtung 80 aktiviert und abgesetzt werden. Fliegt der Hubschrauber F erneut in den Sende-/Empfangsbereich der Station 4 oder einer Relaisstation ein, wird die Relaishilfseinrichtung 80 wieder aufgenommen und deaktiviert. Natürlich kann auch von einem Wiederaufnehmen der Relaishilfseinrichtung 80 abgesehen werden.

Ferner ist es erfindungsgemäß möglich die Relaisstation in einem zusätzlichen Fluggerät oder Land- oder Wasserfahrzeug anzuordnen.

Der Einsatz von mehreren Relaisstationen mit einer jeweils relativ geringen Reichweite, die zu einer Relaisstationenkette zusammengefaßt sind kann insbesondere für militärische Zwecke sinnvoll sein, wenn eine Ortung des Hubschraubers erschwert werden soll.

Der vorliegende Hubschrauber F ist mit eine Autopiloten ausgerüstet, der vom Piloten P aktiviert, und vorzugsweise im Betrieb vom Piloten P überdrückt werden kann, oder der sich über eine geeignete Programmroutine automatisch aktiviert, z. B. sobald sich der Hubschrauber F außerhalb des Sende-/Empfangs­ bereiches der Übertragungs- und Empfangseinrichtung 4 bzw. mindestens einer Relaisstation 80 bewegt. Vorzugsweise wird dann eine Steueraktion vom Autopiloten ausgelöst, die den Hubschrauber F wieder in den Sende-/Empfangsbereiches der Station 4 zurückmanövriert. Von solch einer Rückholfunktion kann jedoch auch bewußt abgesehen werden, z. B. um den Hubschrauber F von einem ersten Piloten P über ein Gebiet, in dem keine Übertragung möglich ist, automatisch zu einem Gebiet zu fliegen, in dem ein zweiter Pilot dann wieder die aktive Kontrolle des Hubschraubers F übernimmt.

Zur Ortung des Hubschraubers F und für Navigationszwecke ist dieser mit einem Ortungs- und Navigationssystem ausgestattet. Das Ortungssystem dann in einer Ausführungsform zum Beispiel die Übertragungseinrichtung selbst sein, da ihre Signale für eine Ortung geeignet sind. Als Navigationssystem bietet sich insbesondere ein GPS-System an, da es aufgrund seines äußerst geringen Gewichtes vorteilhaft im Hubschrauber F mitzuführen ist. Die Navigationssignale können ebenfalls als Sekundärdaten zum Piloten P übertragen werden. Des weiteren hat es sich als positiv herausgestellt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Transpondereinrichtung sowie Chiffriereinrichtungen und entsprechenden Dekodern auszustatten.

Die oben für einen einzelnen Piloten P bzw. einen Piloten P und einen Kopiloten Pc beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren können selbstverständlich für mehrere Operatoren erweitert werden. Anstelle der Kopfbewegung des Piloten P kann in analoger Weise auch eine Augenbewegung des Piloten P erfaßt und entsprechend ausgewertet werden. Falls erforderlich, ist es ferner möglich im Übertragungsweg T zwischen Piloten P und Hubschrauber F, bzw. umgekehrt, auch wenigstens eine Zwischenspeicherung der zwischen Hubschrauber F und Piloten P übertragenen Daten in einem geeigneten Speichermedium durchzuführen. Eine entsprechende Speicher- und/oder -datenverarbeitungseinrichtung kann z. B. in einer mobilen oder stationären Relaisstation vorgesehen sein. Erfolgt die Datenübertragung zwischen Hubschrauber T und Piloten P über eine Datenleitung Tw (z. B. zu Trainingszwecken, wobei der Hubschrauber F durch die Datenleitung gefesselt ist) könnte grundsätzlich die dem Hubschrauber F zugeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 18 entfallen; die dem Piloten P zugeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 6 übernimmt dann deren Aufgaben.

Des weiteren können die verschiedenen zwischen Piloten P und Hubschrauber F, bzw. umgekehrt, transferierten Daten oder Datensignale auf verschiedenen oder gleichen Wegen übertragen werden. Die oben dargelegten Systeme der erfindungsgemäßen Vorrichtung können komponentenartig oder modulartig aufgebaut sein.

Generell ist es auch möglich die am Hubschrauber F angeordnete Bilderfassungseinrichtung 12, 14 unbeweglich anzuordnen und auf die bereits detailliert beschriebene Weise lediglich ein von einer Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P unabhängiges "Standbild" eines realen Szenarios in der Abbildungseinrichtung 4 anzuzeigen. Eine mögliche Veränderung des Betrachtungsbereiches des realen Szenarios und damit eine Veränderung des "Standbildes" ergibt sich dann lediglich durch eine Bewegung des Hubschraubers F selbst. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind jedoch ungleich weniger eindrucksvoll und realitätssuggerierend als die oben beschriebene Variante, bei der die Bilderfassungseinrichtung 12, 14 in Abhängigkeit der Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P beweglich ist.

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung dienen, beschränkt. Im Rahmen des Schutzumfangs können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen, wobei auch Kombinationen der Merkmale der einzelnen Patentansprüche umfaßt sind. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung anstatt auf Flugkörper auch auf Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Unterwasserfahrzeuge oder dergleichen angewendet werden. Die Datenübertragungswege zwischen Flugkörper und Piloten, und umgekehrt, können im übrigen in mindestens einem Abschnitt auch über ein netzartig strukturiertes Datenübertragungssystem laufen.

Bezugszeichen in den Ansprüchen und der Beschreibung dienen dem besseren Verständnis und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken.

Bezugszeichenliste

Es bezeichnen:

2

Steuereinrichtung

4

Übertragungs- und Empfangseinrichtung, pilotenseitig

6

Datenverarbeitungseinrichtung, pilotenseitig

8

Abbildungseinrichtung für P

10

Abbildungseinrichtung für Pc

11

Datenleitung

12

Bilderfassungseinrichtung/Videokamera

12.1

Bilderfassungseinzeleinrichtung von

12

12.2

Bilderfassungseinzeleinrichtung von

12

14

Bilderfassungseinrichtung

16

Übertragungs- und Empfangseinrichtung, hubschrauberseitig

18

Datenverarbeitungseinrichtung, hubschrauberseitig

20

Stelleinrichtungen/Stellmotoren

22

Aktuatoren

24

Zusatzsteuerelemente

26

Zusatzsysteme

28

Sensoreinrichtungen für Operations- und/oder Sekundärdaten

30

Halterung für

12

bzw.

14

32

Steuer- und/oder Regeleinrichtung für

20

34

Bewegungs- und/oder Positionssensor für

12

,

14

/Kamerapositionssensor

36

Niederschlagsabscheidungseinrichtung von

12

38

Gehäuse für

12

bzw.

14

40

Sitz/Sitzsystem

42

Bedienelement/Steuerknüppel

44

Bedienelement

46

Helm

48

klappbares Visier von

46

50

akustische Erfassungseinrichtung

52

Lautsprechereinrichtung

54

Sensoreinrichtung

54

zur Erfassung wenigstens einer Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten P/Kopfpositionssensor

54.2

Positionssensor von

54

54.4

Geschwindigkeitssensor von

54

54.6

Beschleunigungssensor von

54

56

Bildschirm

56.2

Einzelabbildungsabschnitt von

56

56.4

Einzelabbildungsabschnitt von

56

58

Brille für Pb zw. Pc

60

Bilderfassungseinrichtungs-Positionssensor

62

Abbildung des realen Szenarios S

64

Abbildungen der Operations- und/oder Sekundärdaten

66

Abbildung eines Operators

68

Armlehne von

40

70

Pedale

72

Satellit

74

Flugzeug

76

Fahrzeug

78

Wasserfahrzeug

80

Relaisstation/Relaishilfseinrichtung
F Hubschrauber
H Hauptstation
K Kopf des Piloten P/Pc
P Pilot
Pc Kopilot
S reales Szenario
T Übertragungsweg (allgemein)
Tr Drahtloser Übertragungsweg
Tw Übertragungsweg via Datenleitung/Datenleitung
x Achse
y Achse
z Achse

Claims (11)

1. Verfahren zum Kontrollieren eines unbemannten Flugkörpers (F), umfassend die nachfolgenden Schritte, jedoch nicht zwingenderweise in der gegebenen Reihenfolge:

• a) Erfassen wenigstens eines realen Szenarios (S) mittels mindestens einer im und/oder am unbemannten Flugkörper (F) angeordneten Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14),
• b) direktes und/oder indirektes Übertragen (T, Tr, Tw) von Bilddaten der Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14) zu mindestens einer vom Flugkörper (F) getrennten und einer getrennt vom Flugkörper (F) operierenden Bedienperson (P, Pc) zugeordneten Bildempfangseinrichtung (4) und Empfangen der Bilddaten mittels der Empfangseinrichtung (4),
• c) Anzeigen des realen Szenarios (S) mittels der Bilddaten in mindestens einer an einer brillen- und/oder helmartigen Trägereinrichtung (46, 58) angeordneten Abbildungseinrichtung (56), wobei die Abbildungseinrichtung (56) am Kopf (K) der Bedienperson tragbar ausgebildet und und im wesentlichen direkt vor den Augen der Bedienperson (P, Pc) positionierbar und mit der Bedienperson (P, Pc) mitbewegbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte, jedoch nicht zwingenderweise in der gegebenen Reihenfolge:

• d) Erfassen einer Kopf- (K) und/oder Augenbewegung des Piloten (P),
• e) Erzeugen eines die Kopf- und/oder Augenbewegung repräsentierenden Signals,
• f) direktes und/oder indirektes Übertragen (T, Tr, Tw) dieses Signals zu mindestens einer am Flugkörper (F) angeordneten Empfangseinrichtung (16),
• g) Aktivieren und/oder Steuern und/oder Regeln wenigstens einer Bewegung (x, y, z) der am Hubschrauber (F) angeordneten Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14) mittels des Signals.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der am Hubschrauber (F) angeordneten Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14), im wesentlichen simultan zur Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten (P, Pc) erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte, jedoch nicht zwingenderweise in der gegebenen Reihenfolge:

• h) Erfassen wenigstens einer Bewegung und/oder Position der am Hubschrauber (F) angeordneten beweglichen Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14),
• i) Erzeugen eines die Bewegung und/oder Position der Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14), repräsentierenden Signals,
• k) direktes und/oder indirektes Übertragen (T, Tr, Tw) dieses Signals zu mindestens einer vom Hubschrauber (F) getrennt angeordneten und dem Piloten (P, Pc) zugeordneten Empfangseinrichtung (4) und Empfangen des Signals mittels derselben, und
• l) Steuern oder Regeln der Darstellung der Abbildung des realen Szenarios (S)in der Abbildungseinrichtung (56) mittels dieses Signals.

5. Vorrichtung zu Kontrollieren eines unbemannten Flugkörpers, umfassend:

• - mindesten einen unbemannten Flugkörper (F),
• - mindestens eine im und/oder am Flugkörper (F) angeordnete Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14),
• - mindestens eine am Flugkörper (F) angeordnete Bildübertragungseinrichtung (16) zum direkten und/oder indirekten Übertragen (T, Tr, Tw) von Bilddaten zu mindestens einer vom Flugkörper (F) getrennten und einer oder mehreren Bedienpersonen (P, Pc) zugeordneten Empfangseinrichtung (4), und
• - mindestens eine an einer brillen- und/oder helmartigen Trägereinrichtung (46, 58) angeordnete Abbildungseinrichtung (56), wobei die brillen- und/oder helmartigen Trägereinrichtung (46, 58) und/oder die Abbildungseinrichtung (56) am Kopf (K) der Bedienperson (P, Pc) tragbar ausgebildet und im wesentlichen direkt vor den Augen der Bedienperson (P, Pc) positionierbar und mit der Bedienperson (P, Pc) mitbewegbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14) in einer oder mehreren Achsen (x, y, z) beweglich ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14) mindestens ein Betätigungsmittel (20) zum Bewegen der Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14) in den Achsen (x, y, z) umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, des weiteren umfassend:

• - mindestens eine Sensoreinrichtung (54) zum Erfassen wenigstens einer Kopf- und/oder Augenbewegung des Piloten (P, Pc), wobei die Sensoreinrichtung (54) ein die Kopf und/oder Augenbewegung repräsentierendes Signal erzeugt,
• - mindestens eine vom Flugkörper (F) getrennt angeordnete und dem Piloten (P, Pc) zugeordnete Übertragungseinrichtung (4) zum direkten und/oder indirekten Übertragen (T, Tr, Tw) dieses Signals zum Flugkörper (F),
• - mindestens eine am Flugkörper (F) angeordnete Empfangseinrichtung (16) zum Empfangen des übertragenen Signals,
• - wenigstens eine am Hubschrauber (F) angeordnete Steuer- und/oder Regeleinrichtung (32) zum Steuern und/oder Regeln der Bewegung (x, y, z) der am Flugkörper (F) angeordneten Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14) mittels des Signals.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, des weiteren umfassend:

• - mindestens eine Sensoreinrichtung (34) zum Erfassen wenigstens einer Bewegung und/oder Position der am Flugkörper (F) angeordneten beweglichen Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14), die direkt und/oder indirekt ein die Bewegung und/oder Position der Bilderfassungseinrichtung (12, 12.1, 12.2; 14) repräsentierendes Signal erzeugt,
• - mindestens eine am Flugkörper (F) angeordnete Übertragungseinrichtung (16) zum direkten und/oder indirekten Übertragen (T, Tr, Tw) dieses Signals zu der dem Piloten (P, Pc) zugeordneten Empfangseinrichtung (4).

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenigstens eine Telemetrieeinrichtung (4, 16, 26, 28) umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenigstens eine Sekundär- und/oder Operationsdatenübertragungs- und/oder -empfangseinrichtung (4, 16) aufweist.