WO2001069279A2 - Aufklärungssystem mit einem selbstorganisierendes drahtloses netz für datenkommunikation - Google Patents

Aufklärungssystem mit einem selbstorganisierendes drahtloses netz für datenkommunikation Download PDF

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WO2001069279A2
WO2001069279A2 PCT/EP2001/002580 EP0102580W WO0169279A2 WO 2001069279 A2 WO2001069279 A2 WO 2001069279A2 EP 0102580 W EP0102580 W EP 0102580W WO 0169279 A2 WO0169279 A2 WO 0169279A2
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Ralf A. Sood
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Tele-Info Digital Publishing Ag
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Classifications

    • G01V1/01—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/22—Transmitting seismic signals to recording or processing apparatus
    • G01V1/223—Radioseismic systems

Definitions

  • the invention relates to an intelligence system.
  • a reconnaissance system which consists of submarines for monitoring a marine area, which move in a regular arrangement, acoustically sending their observations and positions to a control center.
  • the control of the submarines and the data transmission to the headquarters require considerable organizational effort and become even more difficult or even impossible if a submarine fails.
  • the invention has for its object to provide a reconnaissance system that can be implemented with little effort and that is insensitive to the failure of individual reconnaissance devices.
  • a reconnaissance system comprises a large number of reconnaissance devices, each of which contains at least one sensor for observing the surroundings of the reconnaissance device, a locating device for determining the position of the reconnaissance device, a transceiver for communication with other reconnaissance devices and a power supply device.
  • the reconnaissance devices are set up to use the transceivers to form a self-organizing wireless network in which sensor data and position data are forwarded from the reconnaissance device to the reconnaissance device.
  • the reconnaissance devices are distributed essentially in a disorganized manner in a geographical area to be observed.
  • RD Poor describes a suitable self-organizing wireless network in his dissertation "Hyphos: A Self-Organizing, Wireless Network", Massachusetts Institute of Technology, 1997 (http://www.media.mit.edu/ ⁇ r/academics/masters/). Self-organization means that the network automatically adapts to changes in topography. If a new node comes into the network, it becomes a network node spontaneously and independently. If a node disappears from the network, for example due to a failure, the network is not destroyed, but adapts itself to the new situation. You don't need a fixed network infrastructure.
  • the radio connections between the nodes have relatively short ranges. In particular, each node only communicates with its immediate neighbors. This enables high transmission bandwidths or transmission speeds.
  • the nodes can be stationary or mobile and they can be made as very compact and inexpensive units.
  • a self-organizing network also called an ad-hoc network
  • the reconnaissance devices are placed in the area to be observed in free fall (e.g. from an airplane) or by an oblique throw (e.g. from an air pressure cannon). That means that the reconnaissance devices assume more or less disordered and random positions.
  • each reconnaissance device is in radio communication with at least one neighbor, with each reconnaissance device in radio communication with an average of several neighbors. This means that the density of the reconnaissance equipment must be so high that the average distance between the devices is smaller than the range of the radio connection. However, the range does not have to be significantly greater than the mean distance.
  • the reconnaissance devices are distributed in the observation area by being deployed by hand, in the case of military reconnaissance, for example by reconnaissance or pioneers, or by soldiers carrying them with them at all times.
  • unmanned transport devices can be penetrated into the area to be observed, for example remote-controlled vehicles or aircraft that expose the reconnaissance devices there.
  • Reconnaissance devices for realizing the invention can be manufactured with little effort, so that the number of reconnaissance devices used overall can be very high. This enables a large, yet close-meshed network of reconnaissance devices, in which the total number of reconnaissance devices is many times higher than the number of reconnaissance devices with which a single reconnaissance device is connected on average.
  • the transceivers that is to say the transceivers, with the aid of which the reconnaissance devices communicate wirelessly, are preferably radio devices.
  • transceivers which use electromagnetic waves other than radio waves, for example light (laser beams), or other waves such as sound or ultrasound, since the distances to be covered are relatively small.
  • the sensor data and position data that each individual reconnaissance device obtains are passed from reconnaissance device to reconnaissance device to a target reconnaissance device, where they can be stored or removed for further processing and analysis.
  • a target reconnaissance device In the case of military reconnaissance in particular, it can happen that the observation area forms a kind of island within the enemy area.
  • at least one of the reconnaissance devices must be set up to form a relay station for a communication device that is located outside the enemy area.
  • a relay station is more complex than the other reconnaissance devices, but can be installed if necessary.
  • a kind of carpet can be formed from short-range reconnaissance equipment that leads from the observation area to an area the radio connection is possible.
  • the invention enables reconnaissance without endangering people, which can also be much more targeted and detailed than, for example, satellite reconnaissance.
  • the invention is not only suitable for military reconnaissance, for example for the preparation of humanitarian operations to protect human rights or to contain the effects of war, for example by observing the deployment of mines, but also for police or civil purposes.
  • police applications are possible, for example, in large demonstrations, riots, riots and hostage-taking.
  • the sensors include at least one image sensor, a sensor that generates a two-dimensional or multidimensional image of the surroundings in one or more frequency ranges of the electromagnetic spectrum.
  • a suitable image sensor is, for example, an electronic camera. Such a camera can be in the visible area, but e.g. also work in the infrared and / or with residual light amplifiers in order to get an image of the surroundings at night.
  • image sensors or alternatively, many other sensors can be used which provide useful information.
  • the reconnaissance devices are not limited to passive perception of the surroundings, but they can also actively scan the surroundings, for example with radar devices or range finders.
  • the location device is preferably a satellite location system or another location system that works according to the triangulation principle.
  • the reconnaissance devices can either be mobile or non-mobile. The latter can easily be made so robust that they normally survive a free fall onto the ground undamaged.
  • Mobile reconnaissance devices can be used with relatively little effort per device, for example as a micro-missile or as an insect-like device moving on the ground Realize devices that move either randomly or according to certain criteria.
  • the cost per device for mobile reconnaissance devices is higher than for stationary ones, but this disadvantage is offset by the fact that fewer devices are required overall, especially if the devices can be controlled remotely.
  • the higher mechanical sensitivity of reconnaissance devices moving on the ground, which are placed in free fall or crooked throw in the observation area, can be taken into account, for example, by equipping the devices with parachutes, impact bags or the like.
  • the system can also include swimming or diving devices that move on or in the water.
  • the sole figure schematically shows a reconnaissance device in one of the exemplary embodiments. Ways of Carrying Out the Invention
  • a reconnaissance device has the shape of a sphere, which has one or more sensors in the form of electronic cameras, a GPS receiver, a transceiver (a transceiver) for radio communication with neighboring reconnaissance devices, a processor or controller for controlling the aforementioned components and for data input and output in or out of the components, and a power supply device such as a battery contains.
  • the reconnaissance devices are so sturdy that they can withstand a fall onto the ground without damage, at least if they fall on the ground.
  • a very robust design is possible, for example, if a potting material encapsulates all electronic components in the ball.
  • CCD elements are suitable as electronic cameras, for example, whereby a potting material can also take up the space between the CCD elements and an associated imaging optics if it is transparent.
  • the necessary imaging optics can also be produced by suitable shaping of the potting material itself.
  • the large number of reconnaissance devices that are still functional after being dropped form a wireless network that organizes itself without the need for a given network infrastructure.
  • the transceivers each have a short range, so that even with a large transmission bandwidth or transmission speed they require little energy (in the microwatt to milliwatt range), just like the processors / controllers and image sensors, which are also available in very energy-saving versions.
  • the range is usually like this chosen that it is slightly larger than the average distance of the reconnaissance areas in the observation area, which is given by the desired density of observation posts.
  • each reconnaissance device controls its components in such a way that the information obtained by the sensors, for example images of the surroundings, and the position data are transmitted via the transceiver, for example in data packets, to neighboring reconnaissance devices.
  • the data packets carry the address of at least one target reconnaissance device, which can be located at a great distance from the original reconnaissance device and which itself does not have to have sensors.
  • target reconnaissance devices are used, not only for security reasons, but also because the information can be disseminated in many ways and taken from the network, which increases the transmission volume.
  • the activation of the reconnaissance devices and / or the data transmission can also be initiated.
  • the data is forwarded to communication-ready reconnaissance devices that are closer to the target reconnaissance device if possible, without the route that the data packets will ultimately take having to be completely defined beforehand.
  • a routing technique is called contour routing. Contour routing requires that all nodes forward the data packets using the same algorithm. Otherwise, the reconnaissance devices of a system can be identical, but do not have to be. There must also be at least one path between each pair of nodes that are to participate in the network.
  • a reconnaissance device accidentally falls on a place on the ground where it cannot make contact with the rest of the network, this is of course not available for observation, just as if it becomes defective or is discovered and put out of operation. As long as the density of the network does not decrease significantly, its function is not or only slightly impaired. If necessary, additional reconnaissance devices can be installed, for example by dropping them again. Passing through the data packets from the reconnaissance device to the reconnaissance device to the target node via a self-organizing wireless network, called the Hyphos network, makes it possible to produce the individual nodes with very low costs and very low power consumption.
  • routing algorithms on which each node works are Relatively simple and require little computing power, so that a very small, cost-effective and energy-saving controller with internal or external memory can be used, either freely programmable or as a user-specific circuit.However, a high data throughput is possible, which facilitates the transmission of images by radio data throughput of 2 Mbit or more is easily possible, which even enables smooth transmission of video images
  • the adaptability of a Hyphos network is so good that the reconnaissance devices can also be mobile. Exemplary examples for mobile reconnaissance devices are described below
  • Hyphos network described by RD Poor is particularly suitable for use in the clearing system described here.
  • other wireless ad hoc networks may also be suitable.
  • a node density is considered optimal, in which each node has radio contact with approximately 10 to 16 neighbors.
  • Other network topologies can have different node numbers
  • the target reconnaissance device or - for higher transmission volumes and for security - several target reconnaissance devices can either be defined before the reconnaissance devices are dropped, or one can be taken from the outside with one of the Reconnaissance devices radio contact, with which this is best possible, and let the information that this reconnaissance device should be the target, automatically spread over the network as it configures itself.
  • the radio contact with the target reconnaissance device can take place either in the same way as between the neighboring reconnaissance devices, i.e. Via its transceiver, or you can install a special transceiver with a longer range in the target reconnaissance device, which can establish a radio connection, for example with a space satellite, a reconnaissance plane or directly with at least one control center on the ground.
  • a control center receives the image and position data of at least one reconnaissance device, a group of reconnaissance devices or all reconnaissance devices. Since the data transmission within the network can take place in any direction, the reconnaissance devices and sensors can also be controlled remotely from a control center, which is important for the exemplary embodiments described below.
  • the transceivers preferably operate via a number of alternative communication channels. Transmission and eavesdropping security is made possible by frequency hops and / or direct sequences as well as encryption.
  • a change of communication channels can take place not only within the same type of communication, but also from one type of communication to another, for example between the types of communication radio, ultrasound and infrared light. This makes it difficult for the opponent to locate them in the observation area, improves security against eavesdropping and gives evasive options.
  • the transceiver antenna can be set up to adjust to the desired direction of propagation, preferably in the direction of a target reconnaissance device.
  • the direction setting can be done not only mechanically, but also electronically, in that the controller selects the cheapest among several anticipated antennas and connects them to the transceiver.
  • a GPS receiver it is also possible to use any other satellite location system (for example GLONASS or GNSS) and also other self-location devices, preferably those that operate according to the triangulation principle.
  • any radio devices that are already present in the area to be observed for example relay stations for mobile radio, can also serve as reference radio beacons with a precisely known position.
  • the power supply device for example solar cells, fuel cells, thermoelectricity, chemoelectricity or reception of microwave energy from distant ground stations or from aircraft or satellites.
  • the power supply of the reconnaissance devices is facilitated by using electronic components with particularly low power consumption and high efficiency.
  • the reconnaissance devices can be put into energy-saving mode from the outside individually or in groups in order to save energy or to discover them e.g. to prevent by radio bearing.
  • Reconnaissance devices that are in an energy-saving mode can be reactivated from the outside, or they wake up from an energy-saving mode themselves, e.g. when a simple motion detector as a wake-up device, such as a photocell with directional characteristics, registers rapid changes in light intensity.
  • a simple motion detector as a wake-up device, such as a photocell with directional characteristics, registers rapid changes in light intensity.
  • one of several cameras preferably a camera with an all-round view, can remain switched on in order to register movements.
  • the transmission power of each transceiver can be variable and set in such a way that the ideal number of neighbors is reached. If the reconnaissance devices have transceivers, the transmission power of which can be set much stronger than required for the normal functioning of the network, and if they are in an energy-saving mode, e.g. have charged their batteries, they can significantly increase the transmission power for some time in order to send information of particular relevance with overreaching and thus with special transmission security and speed.
  • the data transfer volume can be reduced by compression methods, which improves the transfer rate of information. Furthermore, you can make better use of the available data transmission capacity if you limit yourself to the transmission of relevant information. For example, reconnaissance devices in which one or more cameras do not send usable images, for example because of a hidden view, can be instructed not to send the images from this camera (s) or to switch the camera (s) off in order to save electricity. As a further possibility of restricting to relevant information, each reconnaissance device can carry out an automatic preselection of information, for example only sending images that contain moving objects. A restriction to particularly important information enables a better utilization of the transmission bandwidth of the network. More detailed information can either be requested from outside or transferred to an autonomous decision within the network.
  • a reconnaissance device has the form of a rod, in which the components described above are installed.
  • the rod is vertical in the air and tapers at its lower end to penetrate the ground. The penetration into the ground results in a gentler braking of the clearing device from free fall, so that its mechanical construction must be less robust. Loss of individual clearing devices when hitting hard ground is accepted and taken into account when determining the placement density
  • Movable imaging optics can be provided, for example rotating mirrors, or the camera itself can be rotated in order to capture a larger area of the surroundings with just one camera.
  • Moving imaging optics make it possible to manufacture the cameras with even less complex line sensors instead of flat sensors
  • Elements are required for several cameras, which are polled one after the other by a multiplexer or selected by remote control.
  • an all-round view can also be achieved with fixed components, for example with fish-eye lenses or with light sensors. that work on the principle of insect eyes
  • Cameras for visible light, those for invisible light such as residual light, infrared, ultraviolet or thermal radiation, or combined cameras can be installed in the clarification devices.
  • the cameras can be still or motion picture cameras.
  • Distance measurement with two coplanar camera sensors is possible via photogrammetric triangulation
  • Position control of movable sensors, for example panning, tilting and zooming of cameras, and if necessary, position control of the transceiver antennas can be carried out actively, passively or remotely from the control center or centers
  • sensors can be installed, for example microphones, thermometers, pressure gauges, gas or ordnance sensors, electronic compasses or azimuth detectors.
  • sensors can be used which are based on active scanning of the environment, for example cameras with light source and residual light amplifier, range finder or environmental profile meter, for example by means of laser beams or ultrasound, or radar.
  • An azimuth detector enables the position of the cameras or other sensors in the room to be precisely recorded and transmitted together with the time of the recording.
  • the position of the sensors can be derived from the position of the sun and / or from the intensity of daylight by means of simple photocells, possibly with a suitable directional characteristic of the response behavior.
  • the time at which a picture was taken or any other information was obtained from sensors is of course important information for the clarification. You also need the exact time for the position determination by radio triangulation. If the location device is a GPS receiver, you can use the atomic clock exact time that is sent by the GPS system. Otherwise you can use clocks that are built into the reconnaissance equipment. So that their times do not diverge, you can, for example, send a strong synchronization signal at certain times, e.g. from the plane, which can be received by all reconnaissance equipment.
  • a reconnaissance device which can be in the form of a ball or a rod, as described above, or any other shape, has a number of outside catch threads that can get caught in trees that the reconnaissance device accidentally encounters.
  • a stuck reconnaissance device provides a better view than on the ground and, if it turns in the wind, also an all-round view, even if only one camera looks at the horizon.
  • a reconnaissance device which is shown schematically in the figure, and has a base plate 1, an electronic camera 2, a position detector such as a GPS receiver 3, a transceiver 4, a controller such as a controller 5 and a battery 6 contains, several movable legs 7 on which it can move like an insect.
  • Inexpensive autonomous "crawlers" with a base plate, a simple analog electronics, a battery or photocell as a power supply and some stiff wires as legs that can move in a coordinated manner are already being manufactured today and can easily carry the additional components you need for an education system is required.
  • the additional effort for the mobility of the reconnaissance equipment is offset by the fact that less equipment is required to cover a given observation area.
  • Such a mobile reconnaissance device can be programmed to perform predetermined tasks, such as moving towards light or heat sources, without losing contact with at least one other reconnaissance device.
  • a reconnaissance device can also move out of the range of the other reconnaissance devices, autonomously acquire and store some images or other information and, if it does not have radio contact with any other reconnaissance device, can run to the reconnaissance device with which it was last in contact to transfer the image data to the network.
  • Temporary independence makes it possible to pursue goals that would not be possible in constant contact with the network.
  • There are small and inexpensive processors that are powerful enough to equip the reconnaissance devices with certain self-learning capabilities, so that they do not have to be preprogrammed to search for the way back from an area without radio contact to a reconnaissance device with which the contact to the Network can be restored.
  • Autonomous actions ie without contact to the network, to carry out certain tasks, can also be organized by groups of reconnaissance devices in order to explore a larger area that is out of reach.
  • the tasks to be performed can be transmitted by one or more centers as action programs and stored in the reconnaissance devices.
  • Movable reconnaissance devices can not only be used for reconnaissance, but can also be set up to carry out any useful actions.
  • the reconnaissance devices can be equipped with devices to trigger discovered mines, for example by touching, sound, vibrations, heat, drilling, explosive devices, firing devices or other things that cause mines to explode. Due to the low cost of the individual reconnaissance devices and the insensitivity of the network to the failure of individual reconnaissance devices, destruction of devices when mines are triggered can be accepted.
  • the reconnaissance devices are missiles, for example drones, which have transceivers, via which they link a self-organizing wireless network. Similar to the submarines mentioned in the introductory part of the description, the control of conventional drones is very complicated, and in order to obtain the desired data, you either need complex radio equipment with a long range, or you have to safely retrieve the drones. As can be seen from the above, these problems do not exist when using a self-organizing wireless network, and since the electronics required are very small and light, the drones can be made much smaller and lighter than before. This can go so far that micro-missiles are used as drones, a few centimeters in size with their own drive, which have already been successfully manufactured.
  • the reconnaissance devices are missiles without their own drive, for example sailors, which, after being deployed from the aircraft, float into the target area by themselves or remotely. From the destination, they can move on if they are equipped with an appropriate drive, for example the movable legs from the previous embodiment. Parts necessary for the flight such as wings or steering parachutes can be automatically separated after landing so as not to be a hindrance.
  • Mobile reconnaissance devices do not need to be widely distributed from the outset, but can be sold in larger groups, after which they distribute themselves. This takes into account the fact that mobile reconnaissance devices cannot generally be designed as robustly as the stationary reconnaissance devices described first. If a group is dropped from an aircraft, it also reduces the risk to the aircraft itself. Of course, missiles as reconnaissance devices can be dropped directly from the aircraft. If several ground-based mobile reconnaissance devices are exposed together, the effort for a careful placement in the observation area is reduced. It is also harmless if e.g. A parachute, on which the reconnaissance equipment has hovered to the ground, is discovered, since the reconnaissance equipment has now spread out.
  • the deployment of the reconnaissance equipment can often be carried out in a very simple manner.
  • a number of reconnaissance devices can be placed unnoticed and then used remotely.
  • the reconnaissance system can include various types of reconnaissance devices, for example stationary and mobile, if they fit into a homogeneous network structure. This means that only the components or the software for setting up the self-organizing wireless network must match for all reconnaissance devices active in the system.
  • the types of reconnaissance equipment used in individual cases can be tailored to the respective monitoring task, so that the reconnaissance system is very flexible.
  • the reconnaissance system works like a very large "virtual information multiplexer", for example as a "virtual video multiplexer” with simultaneous or sequential image sequence over all, some or by command on individual sensors for monitoring the area to be observed. Due to the low effort per reconnaissance device, the placement density can be very high, for example at intervals of 50 meters. In the example of military reconnaissance, this means that deceptions such as wrong bridges or tanks can be reliably recognized and victims can be avoided.
  • the reconnaissance devices can give certain observation data a priority status, on the basis of which the other devices can recognize that these data have to be transported with priority.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aufklärungssystem mit einer Vielzahl von Aufklärungsgeräten, die jeweils mindestens einen Sensor (2) zur Beobachtung der Umgebung des Aufklärungsgerätes, eine Ortungseinrichtung (3), einen Transceiver (4) und eine Stromversorgungseinrichtung (6) enthalten. Gemäß der Erfindung sind die Aufklärungsgeräte dafür eingerichtet, mit Hilfe der Transceiver ein selbstorganisierendes drahtloses Netz zu bilden, in dem Sensordaten und Positionsdaten von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät weitergeleitet werden. Die Aufklärungsgeräte werden im wesentlichen ungeordnet in einem zu beobachtenden geografischen Gebiet verteilt. So ein Aufklärungssystem ist mit wenig Aufwand realisierbar und unempfindlich gegenüber dem Ausfall von einzelnen Aufklärungsgeräten.

Description

Aufklarungssystem
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Aufklarungssystem.
Stand der Technik
Aus der US 5,894,450 ist ein Aufklarungssystem bekannt, das aus U-Booten zur Überwachung eines Meeresgebietes besteht, die sich in einer regelmäßigen Anordnung bewegen, wobei sie ihre Beobachtungen und Positionen akustisch an eine Zentrale senden. Die Steuerung der U-Boote und die Datenübermittlung an die Zentrale erfordern jedoch einen erheblichen organisatorischen Aufwand und werden bei Ausfall eines U-Bootes noch schwieriger oder sogar unmöglich.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aufklarungssystem zu schaffen, das mit wenig Aufwand realisierbar ist und das unempfindlich gegenüber dem Ausfall von einzelnen Aufklärungsgeräten ist.
Ein erfindungsgemäßes Aufklarungssystem umfasst eine Vielzahl von Aufklärungsgeräten, die jeweils mindestens einen Sensor zur Beobachtung der Umgebung des Aufklärungsgerätes, eine Ortungseinrichtung zur Bestimmung der Position des Aufklärungsgerätes, einen Transceiver zur Kommunikation mit anderen Aufklärungsgeräten und eine Stromversorgungseinrichtung enthalten. Die Aufklärungsgeräte sind dafür eingerichtet, mit Hilfe der Transceiver ein selbstorganisierendes drahtloses Netz zu bilden, in dem Sensordaten und Positionsdaten von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät weitergeleitet werden. Die Aufklärungsgeräte werden im wesentlichen ungeordnet in einem zu beobachtenden geografischen Gebiet verteilt.
Ein geeignetes selbstorganisierendes drahtloses Netz beschreibt R. D. Poor in seiner Dissertation "Hyphos: A Self-Organizing, Wireless Network", Massachusetts Institute of Technology, 1997 (http://www.media.mit.edu/~r/academics/masters/). Selbstorganisation bedeutet, dass sich das Netz automatisch an Topografieände- rungen anpasst. Kommt ein neuer Knoten in das Netz, so wird dieser spontan und selbstständig Netzteilnehmer. Verschwindet ein Knoten aus dem Netz, zum Beispiel durch Ausfall, so wird das Netz nicht zerstört, sondern es passt sich von selbst an die neue Situation an. Man benötigt keine feste Netzinfrastruktur. Die Funkverbindungen zwischen den Knoten haben relativ geringe Reichweiten. Insbesondere kommuniziert jeder Knoten nur mit seinen unmittelbaren Nachbarn. Dies ermöglicht hohe Übertragungsbandbreiten bzw. Übertragungsgeschwindigkeiten. Die Knoten können stationär oder mobil sein, und sie können als sehr kompakte und preiswerte Einheiten hergestellt werden.
Die Kommunikation über ein selbstorganisierendes Netz, auch Ad-hoc-Netz genannt, ermöglicht es bei dem erfindungsgemäßen Aufklarungssystem, die Aufklärungsgeräte im wesentlichen ungeordnet in dem Beobachtungsgebiet zu verteilen. In einer Ausführungsform werden die Aufklärungsgeräte in freiem Fall (z.B. aus dem Flugzeug) oder durch schiefen Wurf (z.B. aus einer Luftdruckkanone) in dem zu beobachtenden Gebiet platziert. Das heißt, die Aufklärungsgeräte nehmen mehr oder weniger ungeordnete und zufällige Positionen ein. Man muss sich lediglich bemühen, dass möglichst jedes Aufklärungsgerät mit wenigstens einem Nachbarn in Funkverbindung steht, wobei jedes Aufklärungsgerät im Durchschnitt mit mehreren Nachbarn in Funkverbindung steht. Das heißt, die Dichte der Aufklärungsgeräte muss so hoch sein, dass der mittlere Abstand zwischen den Geräten kleiner als die Reichweite der Funkverbindung ist. Die Reichweite muss aber nicht wesentlich größer als der mittlere Abstand sein.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Aufklärungsgeräte in dem Beobachtungsgebiet verteilt, indem sie von Hand ausgebracht werden, bei militärischer Aufklärung zum Beispiel von Aufklärern oder Pionieren, oder indem sie von Soldaten ständig mitgeführt werden. Weiterhin kann man unbemannte Transportgeräte in das zu beobachtende Gebiet eindringen lassen, zum Beispiel ferngesteuerte Fahrzeuge oder Fluggeräte, welche die Aufklärungsgeräte dort aussetzen. Aufklärungsgeräte zur Realisierung der Erfindung können mit wenig Aufwand hergestellt werden, so dass die Anzahl der insgesamt eingesetzten Aufklärungsgeräte sehr hoch sein kann. Dadurch ist ein flächenmäßig großes und dennoch engmaschiges Netz von Aufklärungsgeräten möglich, bei dem die Gesamtzahl der Aufklärungs- gerate um ein Vielfaches höher ist als die Anzahl der Aufklärungsgeräte, mit denen ein einzelnes Aufklärungsgerät im Mittel in Verbindung steht.
Ein Ausfall von einzelnen Aufklärungsgeräten ist nicht nur technisch unproblematisch, da sich das Netz entsprechend neu organisiert, sondern wegen des geringen Aufwandes für die einzelnen Aufklärungsgeräte auch wirtschaftlich akzeptabel. Wenn man von vornherein erwartet, dass eine größere Anzahl von Aufklärungsgeräten ausfällt, sei es von selbst oder durch Fremdeinwirkung, so kann man vorausschauend eine größere Anzahl von Geräten platzieren als notwendig. Alternativ kann man Aufklärungsgeräte nachinstallieren, zum Beispiel durch Abwurf aus der Luft oder durch eine Art Schleuder oder Kanone mit genügender Reichweite.
Die Transceiver, das heißt die Sende-/Empfangsgeräte, mit deren Hilfe die Aufklärungsgeräte drahtlos kommunizieren, sind vorzugsweise Funkgeräte. Man kann aber auch Transceiver verwenden, die andere elektromagnetische Wellen als Radio- wellen verwenden, zum Beispiel Licht (Laserstrahlen), oder andere Wellen wie zum Beispiel Schall oder Ultraschall, da die zu überwindenden Entfernungen relativ klein sind.
Die Sensordaten und Positionsdaten, die jedes einzelne Aufklärungsgerät gewinnt, werden von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät bis zu einem Ziel-Aufklärungsgerät geleitet, wo sie zur Weiterverarbeitung und Analyse gespeichert bzw. entnommen werden können. Insbesondere im Falle von militärischer Aufklärung kann es vorkommen, dass das Beobachtungsgebiet eine Art Insel innerhalb des feindlichen Gebietes bildet. In so einem Fall muss mindestens eines der Aufklärungsgeräte dafür eingerichtet sein, eine Relaisstation zu einer Kommunikationseinrichtung zu bilden, die sich außerhalb des feindlichen Gebietes befindet. So eine Relaisstation ist zwar aufwendiger als die übrigen Aufklärungsgeräte, kann aber bei Bedarf nach- installiert werden. Alternativ kann man eine Art Teppich aus Aufklärungsgeräten mit geringer Reichweite bilden, der aus dem Beobachtungsgebiet in ein Gebiet führt, mit dem Funkverbindung möglich ist. Die Erfindung ermöglich eine Aufklärung ohne Gefährdung von Personen, die zudem wesentlich gezielter und detaillierter sein kann als zum Beispiel Satellitenaufklärung.
Die Erfindung ist nicht nur für militärische Aufklärung, zum Beispiel zur Vorbereitung von humanitären Einsätzen zur Wahrung von Menschenrechten oder zur Eindämmung von Kriegsfolgen, etwa durch Beobachtung des Ausbringens von Minen, sondern auch für polizeiliche oder zivile Zwecke geeignet. Polizeiliche Anwendungsmöglichkeiten sind zum Beispiel bei Großdemonstrationen, Unruhen, Aufständen und Geiselnahmen gegeben. Zivile Anwendungsmöglichkeiten gibt es für das Katastrophenmanagement bei Naturkatastrophen wie Erdbeben oder Tornados sowie im Umweltschutz, wenn eine Gefährdung von direkten Beobachtern bestehen würde.
In einer bevorzugten Ausführungsform gehört zu den Sensoren mindestens ein Bild- sensor, ein Sensor, der ein zwei- oder mehrdimensionales Bild der Umgebung in einem oder mehreren Frequenzbereichen des elektromagnetischen Spektrums erzeugt. Ein geeigneter Bildsensor ist zum Beispiel eine elektronische Kamera. So eine Kamera kann im sichtbaren Bereich, aber z.B. auch im Infraroten und/oder mit Restlichtverstärker arbeiten, um auch des Nachts ein Bild der Umgebung zu erhal- ten. Zusätzlich zu Bildsensoren oder alternativ kann man viele andere Sensoren verwenden, die nützliche Informationen liefern. Außerdem sind die Aufklärungsgeräte nicht auf passive Wahrnehmung der Umgebung beschränkt, sondern sie können die Umgebung auch aktiv abtasten, zum Beispiel mit Radargeräten oder Entfernungsmessern.
Die Ortungseinrichtung ist vorzugsweise ein Satellitenortungssystem oder ein anderes Ortungssystem, das nach dem Triangulationsprinzip arbeitet.
Die Aufklärungsgeräte können entweder mobil oder nicht mobil sein. Letztere kann man leicht so robust herstellen, so dass sie einen freien Fall auf den Erdboden normalerweise unbeschadet überstehen.
Mobile Aufklärungsgeräte kann man mit relativ wenig Aufwand pro Gerät zum Beispiel als Mikro-Flugkörper oder als sich am Boden bewegende, insektenähnliche Geräte realisieren, die sich entweder zufällig oder nach bestimmten Kriterien bewegen. Bei mobilen Aufklärungsgeräten ist der Aufwand pro Gerät zwar höher als bei stationären, jedoch wird dieser Nachteil dadurch wettgemacht, dass man insgesamt weniger Geräte benötigt, besonders wenn die Geräte fernsteuerbar sind.
Der höheren mechanischen Empfindlichkeit von am Boden beweglichen Aufklärungsgeräten, die im freien Fall oder schiefen Wurf im Beobachtungsgebiet platziert werden, kann man zum Beispiel dadurch Rechnung tragen, dass man die Geräte mit Fallschirmen, Prallsäcken oder dergleichen ausstattet.
Im Falle von beweglichen Aufklärungsgeräten kann man auch mehrere Geräte gemeinsam vorsichtig im Beobachtungsgebiet oder in dessen Nähe aussetzten, zum Beispiel aus dem Hubschrauber, wobei sie sich selbst im Beobachtungsgebiet verteilen können. Flugkörper als Aufklärungsgeräte können auch direkt in der Luft ausgesetzt werden und kleinere oder größere Strecken bis in das Beobachtungsgebiet selbst überwinden. Die mobilen Aufklärungsgeräte können bereits vor Erreichen des Beobachtungsgebietes aktiviert werden, das selbstorganisierende drahtlose Netz aufzubauen, so dass dieses für eine Fern- oder Selbststeuerung bei der Überwindung der letzten Teilstrecken zur Verfügung steht.
Neben oder anstelle von Aufklärungsgeräten, die sich an Land oder in der Luft bewegen, kann das System auch Schwimm- oder Tauchgeräte umfassen, die sich auf dem bzw. im Wasser bewegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Deren einzige Figur zeigt schematisch ein Aufklärungsgerät in einem der Ausführungsbeispiele. Wege zur Ausführung der Erfindung
In einem ersten Ausführungsbeispiel hat ein Aufklärungsgerät die Form einer Kugel, die einen oder mehrere Sensoren in Form von elektronischen Kameras, einen GPS- Empfänger, einen Transceiver (ein Sende-/Empfangsgerät) zur Funkverbindung mit benachbarten Aufklärungsgeräten, einen Prozessor oder Controller zur Steuerung der vorgenannten Komponenten und zur Datenein- und -ausgäbe in die bzw. aus den Komponenten, und eine Stromversorgungseinrichtung wie zum Beispiel eine Batterie enthält.
Die Aufklärungsgeräte werden so stabil konstruiert, dass sie einen Fall auf den Boden aus großer Höhe unbeschadet überstehen, zumindest wenn sie auf Erdreich fallen. Eine sehr robuste Ausführung ist zum Beispiel dadurch möglich, dass ein Vergussmaterial alle elektronischen Bauteile in der Kugel einkapselt. Als elektroni- sehe Kamera eignen sich zum Beispiel CCD-Elemente, wobei ein Vergussmaterial auch den Raum zwischen den CCD-Elementen und einer zugehörigen Abbildungsoptik einnehmen kann, wenn es transparent ist. Die nötige Abbildungsoptik kann auch durch geeignete Formgebung des Vergussmaterials selbst hergestellt werden.
Eine Vielzahl dieser Kugeln werden aus der Luft relativ ungeordnet in einem zu beobachtenden geografischen Gebiet abgeworfen, so dass sie mehr oder weniger zufällig darin verteilt sind. Wenn der Schwerpunkt der Kugeln nicht in deren Mitte liegt, werden die Kugeln überwiegend in einer bestimmten Orientierung auf dem Boden zu liegen kommen. Dementsprechend werden z.B. Kameras in der Kugel so angeordnet, dass sie in Richtung des Horizontes blicken, wenn die Kugel in der gewünschten Orientierung gelandet ist.
Die Vielzahl von Aufklärungsgeräten, die nach dem Abwurf noch funktionsfähig sind, bilden ein drahtloses Netz, das sich selbst organisiert, ohne eine vorgegebene Netz- infrastruktur zu benötigen. Die Transceiver haben jeweils nur eine geringe Reichweite, so dass sie auch bei großer Übertragungsbandbreite bzw. Übertragungsgeschwindigkeit wenig Energie benötigen (im Bereich Mikrowatt bis Milliwatt), ebenso wie die Prozessoren/Controller und Bildsensoren, die es ebenfalls in sehr energiesparenden Ausführungen gibt. Die Reichweite wird normalerweise so gewählt, das sie etwas größer ist als der mittlere Abstand der Aufklärungsgebiete in dem Beobachtungsgebiet, welcher durch die gewünschte Dichte von Beobachtungsposten gegeben ist.
Der Prozessor oder Controller jedes Aufklärungsgerätes steuert dessen Komponenten so, dass die Informationen, die die Sensoren gewinnen, zum Beispiel Bilder der Umgebung, und die Positionsdaten über den Transceiver zum Beispiel in Datenpaketen an benachbarte Aufklärungsgeräte übermittelt werden. Die Datenpakete tragen die Adresse mindestens eines Ziel-Aufklärungsgerätes, das sich in großer Entfernung vom ursprünglichen Aufklärungsgerät befinden kann und das selbst keine Sensoren aufweisen muss. Vorzugsweise werden mehrere Ziel-Aufklärungsgeräte verwendet, nicht nur aus Sicherheitsgründen, sondern auch, da die Informationen so auf vielen Wegen verbreitet und dem Netz entnommen werden können, wodurch das Übertragungsvolumen erhöht wird.
Mit Hilfe des mindestens einen Ziel-Aufklärungsgerätes kann auch die Aktivierung der Aufklärungsgeräte und/oder die Datenübermittlung initiiert werden.
Die Daten werden jeweils an kommunikationsbereite Aufklärungsgeräte weiter- geleitet, die nach Möglichkeit näher am Ziel-Aufklärungsgerät liegen, ohne dass die Route, die die Datenpakete am Ende nehmen werden, vorher vollständig definiert werden muss. So eine Technik zur Streckenführung nennt man Contour-Routing. Contour-Routing setzt voraus, dass alle Knoten die Datenpakete nach dem gleichen Algorithmus weiterleiten. Im übrigen können die Aufklärungsgeräte eines Systems identisch sein, müssen es aber nicht. Außerdem muss es wenigstens einen Weg zwischen jedem Paar Knoten geben, die am Netz teilnehmen sollen.
Fällt ein Aufklärungsgerät versehentlich an eine Stelle auf dem Boden, an der es keinen Kontakt mit dem übrigen Netz aufnehmen kann, so steht dieses natürlich nicht für die Beobachtung zur Verfügung, ebenso wie wenn es defekt wird oder entdeckt und außer Betrieb gesetzt wird. Solange die Dichte des Netzes nicht wesentlich abnimmt, wird seine Funktion dadurch nicht oder nur wenig beeinträchtigt. Nötigenfalls kann man weitere Aufklärungsgeräte nachinstallieren, zum Beispiel durch nochmaligen Abwurf. Das Durchreichen der Datenpakete von Aufklarungsgerat zu Aufklarungsgerat bis zu dem Zielknoten über ein selbstorganisierendes drahtloses Netz, Hyphos-Netz genannt, ermöglicht es, die einzelnen Knoten mit sehr geringen Kosten und sehr geringem Stromverbrauch herzustellen Die Streckenfuhrungs-Algoπthmen, nach denen jeder Knoten arbeitet, sind relativ einfach und benotigen nur wenig Rechenleistung, so dass ein sehr kleiner, kostengünstiger und stromsparender Controller mit internem oder externem Speicher verwendet werden kann, entweder frei programmierbar oder als anwenderspezifische Schaltung Dennoch ist ein hoher Datendurchsatz möglich, der die Übertragung von Bildern erleichtert Per Funk ist leicht ein Datendurchsatz von 2 MBit oder mehr möglich, was sogar eine flussige Übertragung von Videobildern ermöglicht
Die Anpassungsfähigkeit eines Hyphos-Netzes ist so gut, dass die Aufklarungsgerate auch mobil sein können Ausfuhrungsbeispiele für mobile Aufklarungsgerate werden weiter unten beschrieben
Aus den oben genannten Gründen ist das von R D Poor beschriebene Hyphos- Netz für die Verwendung bei dem hier beschriebenen Aufklarungssystem besonders geeignet Andere drahtlose Ad-hoc-Netze können aber ebenfalls geeignet sein Für die im Stand der Technik vorgesehenen Anwendungen eines Hyphos-Netzes wird übrigens eine Knotendichte als optimal erachtet, bei der jeder Knoten mit ca 10 bis 16 Nachbarn Funkkontakt hat Andere Netz-Topologien können andere Knotenzahlen haben
In der hier vorgesehenen Anwendung für ein Aufklarungssystem genügt eine geringere Knotendichte als normalerweise gewünscht, da es für Aufklarungszwecke nicht unbedingt erforderlich ist, dass samtliche Daten, die die Aufklarungsgerate gewonnen haben, auch übertragen werden können Das heißt, Einbußen bei der Zuverlässigkeit und Datenubertragungsgeschwindigkeit können hingenommen werden, solange das Netz als solches funktioniert
Das Ziel-Aufklarungsgerat oder - für höhere Ubertragungsvolumen und zur Sicherheit - mehrere Ziel-Aufklarungsgerate können entweder vor Abwurf der Aufklarungsgerate definiert werden, oder man nimmt von außen mit einem der Aufklärungsgeräte Funkkontakt auf, mit dem dies am besten möglich ist, und lässt die Information, dass dieses Aufklärungsgerät das Ziel sein soll, automatisch über das Netz verbreiten, während es sich konfiguriert.
Der Funkkontakt mit dem Ziel-Aufklärungsgerät kann entweder auf die gleiche Weise wie zwischen den benachbarten Aufklärungsgeräten erfolgen, d.h. über dessen Transceiver, oder man baut einen besonderen Transceiver mit höherer Reichweite in das Ziel-Aufklärungsgerät ein, welcher eine Funkverbindung zum Beispiel mit einem Weltraumsatelliten, einem Aufklärungsflugzeug oder direkt mit mindestens einer Zentrale am Boden aufnehmen kann. Um die Kommunikationssicherheit zu verbessern bzw. das Datenübertragungsvolumen zu erhöhen, kann man mehrere Zentralen und/oder Relaisstationen verwenden. Jede Zentrale empfängt die Bild- und Positionsdaten mindestens eines Aufklärungsgerätes, einer Gruppe von Aufklärungsgeräten oder aller Aufklärungsgeräte. Da die Datenübermittlung innerhalb des Netzes in jeder beliebigen Richtung stattfinden kann, können die Aufklärungsgeräte und Sensoren auch von einer Zentrale aus ferngesteuert werden, was für die weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele von Bedeutung ist.
Für eine Steuerung der Aufklärungsgeräte von einer oder mehreren Zentralen aus arbeiten die Transceiver vorzugsweise über mehrere alternative Kommunikationskanäle. Übertragungs- und Abhörsicherheit wird durch Frequenzsprünge und/oder direkte Folge sowie Verschlüsselung ermöglicht. Ein Wechsel von Kommunikationskanälen kann nicht nur innerhalb derselben Kommunikationsart, sondern auch von einer Kommunikationsart zur zum anderen erfolgen, zum Beispiel zwischen den Kommunikationsarten Funk, Ultraschall und Infrarotlicht. Dies erschwert die Ortung durch den Gegner im Beobachtungsgebiet, verbessert die Abhörsicherheit und gibt Ausweichmöglichkeiten.
Die Transceiverantenne kann dafür eingerichtet sein, sich auf die gewünschte Aus- breitungsrichtung einzustellen, vorzugsweise in Richtung auf ein Ziel-Aufklärungsgerät. Die Richtungseinstellung kann nicht nur mechanisch erfolgen, sondern auch elektronisch, indem der Controller unter mehreren vorausschauend eingebauten Antennen die günstigste auswählt und diese mit dem Transceiver verbindet. Anstelle eines GPS-Empfängers kann man auch irgendein anderes Satellitenortungssystem (z.B. GLONASS oder GNSS) und auch andere Selbstortungseinrichtungen verwenden, vorzugsweise solche, die nach dem Triangulationsprinzip arbeiten. Falls man z.B. aus Gründen der Ortungsgenauigkeit Satellitennavigation bevorzugt, aber nicht jedes Aufklärungsgerät mit einem GPS-Empfänger oder dergleichen ausstatten möchte, genügt es, wenn nur einige der Aufklärungsgeräte über GPS verfügen, wobei die anderen Aufklärungsgeräte ihre Position durch Funktriangulation mittels der vorhandenen Transceiver relativ zu den bekannten Positionen ermitteln. Als Referenz-Funkbaken mit genau bekannter Position können unter Umständen auch irgendwelche Funkeinrichtungen dienen, die in dem zu beobachtenden Gebiet bereits vorhanden sind, zum Beispiel Relaisstationen für Mobilfunk.
Als Stromversorgungseinrichtung kommen neben Batterien eine Vielzahl von Energielieferanten in Betracht, zum Beispiel Solarzellen, Brennstoffzellen, Thermo- Elektrizität, Chemo-Elektrizität oder Empfang von Mikrowellenenergie von entfernten Bodenstationen oder von Flugzeugen oder Satelliten.
Wie erwähnt, wird die Stromversorgung der Aufklärungsgeräte durch Verwendung von elektronischen Komponenten mit besonders niedrigem Stromverbrauch bei hohem Wirkungsgrad erleichtert. Zusätzlich kann man Schlummer- oder Ruhezustands-Betriebsweisen vorsehen, in denen die erzeugte oder empfangene Energie in einem geeigneten Energiespeicher gespeichert werden kann, bis sie benötigt wird. Die Aufklärungsgeräte können von außen einzeln oder in Gruppen in den Energie- sparmodus versetzt werden, um Energie zu sparen oder deren Entdeckung z.B. durch Funkpeilung zu verhindern.
Übrigens wird eine ungewollte Entdeckung der Aufklärungsgeräte durch Funkpeilung oder dergleichen durch den Umstand erschwert, dass die Reichweite der Funk- Verbindungen oder anderen Kommunikationsarten gering ist, so dass sich die Aufklärungsgeräte nicht leicht verraten. Die geringe Reichweite erhöht auch die Abhörsicherheit. Selbst wenn es dem Gegner gelingt, das ein oder andere Gerät ausfindig zu machen und abzuhören, bekommt er nicht die gesamte Kommunikation mit, da sich diese über eine Vielzahl von Wegen innerhalb des Netzes verteilt. Durch Verschlüsselungsverfahren bzw. durch Streuspektrum-Modulation kann die Abhörsicherheit noch weiter verbessert werden.
Aufklärungsgeräte, die sich in einem Energiesparmodus befinden, können von außen wieder aktiviert werden, oder sie wachen selbst aus einem Energiesparmodus auf, z.B. wenn ein einfacher Bewegungsmelder als Weckvorrichtung, etwa eine Fotozelle mit Richtcharakteristik, schnelle Lichtstärkeänderungen registriert. Alternativ kann eine von mehreren Kameras, vorzugsweise eine Kamera mit Rundumblick, eingeschaltet bleiben, um Bewegungen zu registrieren.
Zur weiteren Energieeinsparung kann die Sendeleistung jedes Transceivers variabel sein und sich jeweils so einstellen, dass die ideale Anzahl von Nachbarn erreicht wird. Wenn die Aufklärungsgeräte über Transceiver verfügen, deren Sendeleistung nach Bedarf wesentlich stärker eingestellt werden kann als für die normale Funktion des Netzes erforderlich, und sie in einem Energiesparmodus z.B. ihre Batterien aufgeladen haben, können sie die Sendeleistung für einige Zeit erheblich steigern, um Informationen von besonderer Relevanz mit Überreichweiten und dadurch mit besonderer Übertragungssicherheit und -geschwindigkeit zu senden.
Das Datenübertragungsvolumen kann durch Kompressionsverfahren verringert werden, wodurch die Übertragungsrate von Informationen verbessert wird. Ferner kann man die zur Verfügung stehende Datenübertragungskapazität wesentlich besser ausnutzen, wenn man sich auf die Übertragung von relevanten Informationen beschränkt. Beispielsweise können Aufklärungsgeräte, bei denen eine oder mehrere Kameras keine brauchbaren Bilder senden, etwa wegen verdeckter Sicht, angewiesen werden, die Bilder dieser Kamera(s) nicht zu senden bzw. die Kamera(s) abzuschalten, um Strom zu sparen. Als eine weitere Möglichkeit zur Beschränkung auf relevante Informationen kann jedes Aufklärungsgerät eine automatische Vorauswahl von Informationen durchführen, zum Beispiel nur Bilder senden, die bewegte Objek- te enthalten. Eine Beschränkung auf besonders wichtige Informationen ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Übertragungsbandbreite des Netzes. Detailliertere Informationen können entweder von außen angefordert oder auf eine autonome Entscheidung innerhalb des Netzes hin übertragen werden. In einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel hat ein Aufklarungsgerat die Form eines Stabes, in dem die oben beschriebenen Komponenten eingebaut sind Der Stab stellt sich in der Luft senkrecht und lauft an seinem unteren Ende spitz zu, um in den Boden einzustechen Das Einstechen in Erdreich bewirkt ein sanfteres Abbremsen des Aufklarungsgerates aus freiem Fall, so das dessen mechanische Konstruktion weniger robust sein muss Verlust von einzelnen Aufklarungsgeraten beim Auftreffen auf harten Boden wird hingenommen und bei der Festlegung der Platzierungsdichte berücksichtigt
Man kann bewegliche Abbildungsoptiken vorsehen, zum Beispiel Drehspiegel, oder die Kamera selbst rotieren lassen, um mit nur einer Kamera einen größeren Bereich der Umgebung zu erfassen Bewegliche Abbildungsoptiken ermöglichen es, die Kameras statt mit Flachensensoren mit noch weniger aufwendigen Zeilensensoren herzustellen Für einen Rundumblick ohne bewegliche Elemente benotigt man an sich mehrere Kameras, die durch einen Multiplexer nacheinander abgefragt oder durch Fernsteuerung ausgewählt werden Bei genügender Auflosung der Lichtsensoren oder zur Gewinnung von Grobinformationen kann man einen Rundumblick jedoch auch mit feststehenden Bauelementen erzielen, zum Beispiel mit Fisch- augenobjektiven oder mit Lichtsensoren, die nach dem Prinzip von Insektenaugen arbeiten
In die Aufklarungsgerate kann man Kameras für sichtbares Licht, solche für unsichtbares Licht wie zum Beispiel Restlicht, Infrarot, Ultraviolett oder Wärmestrahlung, oder kombinierte Kameras einbauen Die Kameras können Standbild- oder Laufbild- kameras sein Über photogrammetπsche Triangulation ist Entfernungsmessung mit zwei koplanaren Kamerasensoren möglich Die Lageregelung von beweglichen Sensoren, zum Beispiel Schwenken, Neigen und Zoom von Kameras, und nötigenfalls eine Lageregelung der Transceiverantennen kann aktiv, passiv oder ferngesteuert von der oder den Zentralen erfolgen
Zusatzlich zu Kameras oder alternativ kann man weitere nutzliche Sensoren einbauen, zum Beispiel Mikrofone, Thermometer, Druckmesser, Gas- oder Kampfmittelsensoren, elektronische Kompasse oder Azimut-Detektoren Außerdem kann man Sensoren verwenden, die auf aktiver Abtastung der Umgebung beruhen, zum Beispiel Kameras mit Lichtquelle und Restlichtverstärker, Entfernungsmesser bzw. Umgebungsprofilmesser, zum Beispiel mittels Laserstrahlen oder Ultraschall, oder Radar.
Ein Azimut-Detektor ermöglicht es, die Lage der Kameras oder anderen Sensoren im Raum genau zu erfassen und zusammen mit dem Aufnahmezeitpunkt zu übertragen. Durch einfache Fotozellen, ggf. mit geeigneter Richtcharakteristik des Ansprechverhaltens, kann man die Lage der Sensoren anhand des Sonnenstandes und/oder aus der Intensität des Tageslichtes ableiten.
Der Zeitpunkt, in dem eine Aufnahme entstanden ist oder irgendwelche anderen Informationen von Sensoren gewonnen wurden, ist natürlich eine wichtige Information für die Aufklärung. Außerdem benötigt man die genaue Uhrzeit für die Positionsbestimmung durch Funktriangulation. Falls die Ortungseinrichtung ein GPS- Empfänger ist, kann man die atomuhrgenaue Zeit verwenden, die vom GPS-System gesendet wird. Andernfalls kann man Uhren verwenden, die in die Aufklärungsgeräte eingebaut sind. Damit deren Zeiten nicht auseinander laufen, kann man zum Beispiel zu bestimmten Zeiten ein starkes Synchronisationssignal senden, z.B. aus dem Flugzeug, das von allen Aufklärungsgeräten empfangen werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist ein Aufklärungsgerät, das die Form einer Kugel oder eines Stabes, wie oben beschrieben, oder irgendeine andere Form haben kann, außen eine Anzahl von Fangfäden auf, die sich in Bäumen verfangen können, auf die das Aufklärungsgerät zufällig trifft. Ein hängen gebliebenes Aufklä- rungsgerät liefert eine bessere Sicht als auf dem Boden und, wenn es sich im Wind dreht, auch eine Rundumsicht, selbst wenn nur eine Kamera zum Horizont blickt.
Fangfäden oder dergleichen haben den Zusatznutzen, dass sie den freien Fall des Aufklärungsgerätes etwas bremsen. Wenn die Gefahr der Entdeckung und Zerstörung gering ist oder wenn sie bei Anwendungen im Umweltschutz oder
Katastrophenmanagement nicht besteht, kann man noch wirkungsvollere Abbrems- vorrichtungen verwenden, zum Beispiel kleine Fallschirme oder Prallsäcke, so dass das Aufklärungsgerät weniger robust gebaut sein muss. In einem weiteren Ausführungsbeispiel hat ein Aufklärungsgerät, das in der Figur schematisch dargestellt ist und eine Grundplatte 1 , eine elektronische Kamera 2, einen Positionsdetektor wie z.B. einen GPS-Empfänger 3, einen Transceiver 4, einen Controller wie z.B. einen Controller 5 und eine Batterie 6 enthält, mehrere bewegliche Beine 7, auf denen es sich wie ein Insekt bewegen kann. Preiswerte autonome "Krabbler" mit einer Grundplatte, einer einfachen analogen Elektronik, einer Batterie oder Fotozelle als Stromversorgung und einigen steifen Drähten als Beine, die sich koordiniert bewegen können, werden heute bereits hergestellt und können ohne weiteres auch die zusätzlichen Komponenten tragen, die man für ein Aufklarungssystem benötigt. Der Mehraufwand für die Beweglichkeit der Aufklärungsgeräte wird dadurch wettgemacht, dass man insgesamt weniger Geräte benötigt, um ein vorgegebenes Beobachtungsgebiet abzudecken.
So ein bewegliches Aufklärungsgerät kann programmiert sein, vorgegebene Auf- gaben durchzuführen, etwa sich zum Licht oder zu Wärmequellen hin zu bewegen, ohne Kontakt mit mindestens einem weiteren Aufklärungsgerät zu verlieren. Ein Aufklärungsgerät kann sich auch aus der Reichweite der übrigen Aufklärungsgeräte heraus bewegen, autonom einige Bilder oder andere Informationen gewinnen und speichern und, wenn es keinen Funkkontakt zu irgendeinem anderen Aufklärungs- gerät bekommt, zu dem Aufklärungsgerät laufen, mit dem es zuletzt Kontakt hatte, um die Bilddaten an das Netz zu übergeben. Die vorübergehende Selbstständigkeit ermöglicht es, Ziele zu verfolgen, die im ständigem Kontakt mit dem Netz nicht möglich wären. Es gibt kleine und kostengünstige Prozessoren, die leistungsfähig genug sind, um die Aufklärungsgeräte mit gewissen Selbstlernfähigkeiten auszu- statten, so dass sie nicht aufwendig vorprogrammiert werden müssen, um aus einem Bereich ohne Funkkontakt den Rückweg zu einem Aufklärungsgerät zu suchen, mit dem der Kontakt zum Netz wiederhergestellt werden kann.
Autonome Aktionen, d.h. ohne Kontakt zum Netz, zur Durchführung von bestimmten Aufgaben, können auch von Gruppen von Aufklärungsgeräten organisiert durchgeführt werden, um ein größeres Gebiet zu erkunden, das außer Reichweite liegt. Die zu erfüllenden Aufgaben können von einer oder mehreren Zentralen als Handlungsprogramme übermittelt und in den Aufklärungsgeräten gespeichert werden. Bewegliche Aufklärungsgeräte können nicht nur zur Aufklärung dienen, sondern außerdem dafür eingerichtet sein, irgendwelche nützlichen Aktionen durchzuführen. Zum Beispiel können die Aufklärungsgeräte mit Einrichtungen ausgestattet sein, um entdeckte Minen auszulösen, zum Beispiel durch Berühren, Schall, Vibrationen, Wärme, Bohren, Sprengsätze, Schusseinrichtungen oder anderes, was Minen zur Explosion bringt. Aufgrund der geringen Kosten der einzelnen Aufklärungsgeräte und der Unempfindlichkeit des Netzes gegenüber Ausfall von einzelnen Aufklärungsgeräten kann eine Zerstörung von Geräten beim Auslösen von Minen in Kauf genommen werden. Neben reinen Aufklärungsgeräten kann es auch Spezialgeräte für Minenräumung geben, die über das selbstorganisierende Netz von anderen Geräten herbeigerufen werden, wenn sie eine Mine entdecken, oder von außen an den Ort der Mine gesteuert werden. Individuelle oder kollektive Handlungsmuster für den Fall einer Minenentdeckung können entweder vorprogrammiert sein oder ein fallweise von außen nachgeladenes Handlungsprogramm sein. Spezialgeräte und/oder vorprogrammierte bzw. nachgeladene Handlungsmuster sind auch für andere Aktionen möglich, die je nach Anwendungsfall gewünscht sein können, zum Beispiel Dekontaminierungsaktionen oder andere gefährliche Arbeiten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Aufklärungsgeräte Flugkörper, zum Beispiel Drohnen, die Transceiver aufweisen, über die sie ein selbstorganisierendes drahtloses Netz miteinander knüpfen. Ähnlich wie bei den in der Beschreibungseinleitung erwähnten U-Booten, ist die Steuerung von konventionellen Drohnen sehr kompliziert, und um die gewünschten Daten zu erhalten, benötigt man entweder aufwendige Funkeinrichtungen mit hoher Reichweite, oder man muss die Drohnen sicher zurückholen. Wie sich aus dem Obigen ergibt, gibt es diese Probleme nicht, wenn man ein selbstorganisierendes drahtloses Netz verwendet, und da die benötigte Elektronik sehr klein und leicht ist, können die Drohnen sehr viel kleiner und leichter konstruiert werden als bisher. Dies kann so weit gehen, dass als Drohnen Mikro-Flugkörper verwendet werden, wenige Zentimeter große Flugkörper mit eigenem Antrieb, die man bereits erfolgreich hergestellt hat. An die Zuverlässigkeit müssen keine hohen Anforderungen gestellt werden, da die Kosten pro Einheit einen Bruchteil derjenigen von konventionellen Drohnen betragen und ein Ausfall einzelner Aufklärungsgeräte unkritisch ist, wie weiter oben erläutert wurde. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Aufklärungsgeräte Flugkörper ohne eigenen Antrieb, zum Beispiel Segler, die nach Ausbringung aus dem Flugzeug selbst- oder ferngesteuert in das Zielgebiet schweben. Vom Zielort aus können sie sich weiter bewegen, wenn sie mit einem entsprechenden Antrieb ausgerüstet sind, zum Beispiel den beweglichen Beinen aus dem früheren Ausführungsbeispiel. Für den Flug nötige Teile wie Flügel oder Lenkfallschirme können nach der Landung automatisch abgetrennt werden, um nicht weiter hinderlich zu sein.
Mobile Aufklärungsgeräte brauchen nicht von vornherein breit gestreut verteilt wer- den, sondern sie können in größeren Gruppen abgesetzt werden, wonach sie sich von selbst verteilen. Dadurch trägt man dem Umstand Rechnung, dass man mobile Aufklärungsgeräte im allgemeinen nicht so robust auslegen kann wie die zuerst beschriebenen stationären Aufklärungsgeräte. Bei einem Abwurf in Gruppen aus einem Flugzeug verringert man außerdem eine Gefährdung des Flugzeugs selbst. Flugkörper als Aufklärungsgeräte können natürlich unmittelbar aus dem Flugzeug abgeworfen werden. Werden mehrere bodengestützte mobile Aufklärungsgeräte gemeinsam ausgesetzt, wird der Aufwand für ein behutsames Absetzen im Beobachtungsgebiet geringer. Auch ist es unschädlich, wenn z.B. ein Fallschirm, an dem die Aufklärungsgeräte zu Boden geschwebt sind, entdeckt wird, da sich die Aufklä- rungsgeräte inzwischen verteilt haben.
Bei Anwendungen im zivilen Bereich kann die Ausbringung der Aufklärungsgeräte häufig auf sehr einfache Weise erfolgen. Zum Beispiel bei einer Geiselnahme können unbemerkt eine Reihe von Aufklärungsgeräten abgesetzt und sodann aus der Ferne benutzt werden.
Das Aufklarungssystem kann verschiedene Typen von Aufklärungsgeräten umfassen, zum Beispiel stationäre und mobile, wenn sie sich in eine homogene Netzstruktur einfügen. Das heißt, nur die Bauteile bzw. die Software zum Aufbau des selbstorganisierenden drahtlosen Netzes müssen bei allen im System aktiven Aufklärungsgeräten übereinstimmen. Die im Einzelfall verwendeten Typen von Aufklärungsgeräten können auf die jeweilige Überwachungsaufgabe abgestimmt werden, so dass das Aufklarungssystem sehr flexibel ist. Das Aufklarungssystem arbeitet wie ein sehr großer "virtueller Informations- Multiplexer", zum Beispiel als "virtueller Video-Multiplexer" mit simultaner oder sequenzieller Bildfolge über alle, einige oder per Kommando auf einzelne Sensoren zur Überwachung des zu beobachtenden Gebietes. Aufgrund des geringen Aufwandes pro Aufklärungsgerät kann die Platzierungsdichte sehr hoch sein, beispielsweise in Abständen von 50 Meter. In dem Beispiel militärische Aufklärung bedeutet dies, das Täuschungen wie z.B. falsche Brücken oder Panzer zuverlässig erkannt und Opfer vermieden werden können.
Bei ausreichender lokaler Intelligenz, zum Beispiel zur Ton- oder Bildauswertung, können die Aufklärungsgeräte bestimmten Beobachtungsdaten einen Prioritätsstatus geben, anhand dessen die anderen Geräte erkennen können, dass diese Daten vorrangig zu befördern sind.

Claims

Patentansprüche
1. Aufklarungssystem mit einer Vielzahl von Aufklärungsgeräten, die jeweils mindestens einen Sensor zur Beobachtung der Umgebung des Aufklärungsgerätes, eine Ortungseinrichtung zur Bestimmung der Position des Aufklärungsgerätes, einen Transceiver zur Kommunikation mit anderen Aufklärungsgeräten und eine Stromversorgungseinrichtung enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte dafür eingerichtet sind, mit Hilfe der Transceiver (4) ein selbstorganisierendes draht- loses Netz zu bilden, in dem Sensordaten und Positionsdaten von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät weitergeleitet werden, und dass die Aufklärungsgeräte im wesentlichen ungeordnet in einem zu beobachtenden geografischen Gebiet verteilt werden.
2. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Aufklärungsgeräte in freiem Fall oder durch schiefen Wurf in dem zu beobachtenden Gebiet platziert werden.
3. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte von Hand in dem zu beobachtenden Gebiet platziert werden.
4. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte durch Fahrzeuge oder Fluggeräte in dem zu beobachtenden Gebiet platziert werden.
5. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte derart in dem zu beobachtenden Gebiet platziert werden, dass im wesentlichen jedes Aufklärungsgerät mit wenigstens einem benachbarten Aufklärungsgerät in drahtloser Verbindung steht und dass jedes Aufklärungsgerät im Durchschnitt mit mehreren benachbarten Aufklärungsgeräten in drahtloser Verbindung steht.
6. Aufklarungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzahl der eingesetzten Aufklärungsgeräte um ein Vielfaches größer ist als die Anzahl der Aufklärungsgeräte, mit denen ein einzelnes Aufklärungsgerät im Durchschnitt in drahtloser Verbindung steht.
7. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten und Positionsdaten, die jedes einzelne Aufklärungsgerät gewinnt, von Aufklärungsgerät zu Aufklärungsgerät bis zu einem oder mehreren Ziel-Aufklärungsgeräten geleitet werden.
8. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sensoren mindestens einen Bildsensor (2) umfassen.
9. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungseinrichtung ein Satellitenortungssystem (3) ist.
10. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte nicht mobil sind.
11. Aufklarungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte mobil sind.
12. Aufklarungssystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte sich am Boden bewegende Geräte sind.
13. Aufklarungssystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte Flugkörper sind.
14. Aufklarungssystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte Schwimm- oder Tauchgeräte sind.
15. Aufklarungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufklärungsgeräte zumindest einen Teil der Strecke in das zu beobachtende Gebiet selbsttätig zurücklegen.
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