WO2007115942A1 - Vorrichtung für eine landmaschine zum erkennen störender objekte - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (1) für eine Landmaschine (2) zum Erkennen von störenden Objekten (5) in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehendem Pflanzenfeld (4), mit einer Sendeeinrichtung (3A) zum Senden eines Radarsignals dessen Wellenlänge (λ) in Abhängigkeit von Parametern einer Pflanze des Pflanzenfeldes eingestellt ist, einer Empfangseinrichtung (3B) zum Empfangen eines durch das Pflanzenfeld reflektierten Radarsignals, und mit einer Auswerteeinrichtung (7), die das empfangene Radarsignal auswertet und ein störendes Objekt (5) in dem Pflanzenfeld (4) erkennt, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Description
Beschreibung
Vorrichtung für eine Landmaschine zum Erkennen störender Objekte
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Landmaschine zum Erkennen von störenden Objekten, insbesondere von störenden Objekten in einem Getreidefeld.
In der Landwirtschaft werden Landmaschinen zum Ernten von
Pflanzen bzw. Pflanzenfruchten in großem Umfang eingesetzt. Dabei werden Mähdrescher zur Ernte von Getreidefeldern verwendet. Ein Mähdrescher stellt eine Kombination aus einer Kornerfruchterntemaschine und einer Dreschmaschine dar. In einem Arbeitsgang werden die Getreidehalme geschnitten, die
Korner aus den Ähren gelost, gereinigt und gegebenenfalls das Stroh gebunden. Die stehenden Halme werden von einem Mahbal- ken erfasst und von einem oszillierenden Messer abgeschnitten, wahrend gleichzeitig eine sich drehende Haspel ein Um- fallen des Halmgutes in Fahrtrichtung verhindert und die Halme in eine Zubringerschnecke druckt. Bei Getreide, das von Wind und Regen auf größeren Flachen heruntergedruckt ist, heben Zinken der tiefgestellten Haspel und mehrere an dem Mah- balken befestigte Ahrenheber das Halmgut an, damit die Halme nicht zu kurz abgeschnitten oder von dem Mahbalken überfahren werden. Die Zubringerschnecke befordert das Halmgut anschließend mittels Fordertrommeln nach oben zum Dreschen der eingebrachten Getreidehalme. Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine herkömmliche Mähmaschine nach dem Stand der Tech- nik.
Die Ernteeinrichtung, insbesondere der Mahbalken kann leicht durch mechanische Kräfte beschädigt bzw. zerstört werden. Befindet sich ein störendes Objekt, beispielsweise ein Begren- zungsstein, eine auf dem Feld vergessene Beregnungsanlage o- der ein Tier bzw. eine Person in dem dicht bewachsenen Getreidefeld, welches von dem Fahrer der Landmaschine nicht bemerkt wird, kann dies zu einer Kollision der Landmaschine,
insbesondere des Mahbalkens, mit dem störenden Objekt kommen, sodass der Mahbalken beschädigt wird. Selbst wenn der Fahrer der Landmaschine besonders aufmerksam ist, kann es aufgrund des dichten Bewuchses im Getreidefeld zu einer Kollision kom- men, da bei niedrigen Objekten kein Sichtkontakt mehr möglich ist. Die Landmaschine kann daher durch störende Objekte, beispielsweise vergessene Beregnungsanlagen, beschädigt werden und in dem Feld liegende Lebewesen können durch die Landmaschine verletzt bzw. getötet werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Landmaschine zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelost.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung für eine Landmaschine zum Erkennen von störenden Objekten in einem aus einer Viel- zahl von Pflanzen bestehenden Pflanzenfeld, mit:
- einer Sendeeinrichtung zum Senden eines Radarsignals dessen Wellenlange in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter einer Pflanze des Pflanzenfeldes eingestellt ist;
- einer Empfangseinrichtung zum Empfangen eines durch das Pflanzenfeld reflektierten Radarsignals; und mit
- einer Auswerteeinrichtung, die das empfangene Radarsignal auswertet und ein störendes Objekt in dem Pflanzenfeld erkennt, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Das Auswerten besteht also insbesondere lediglich in einer Bestimmung der Leistung des empfangenen Radarsignals. Darüber kann auf die Große von Objekten geschlossen werden, da die ruckgestrahlte Leistung mit der effektiven Ruckstrahlflache
wachst. Über die Große des Objekts kann dann darauf geschlossen werden ob das Objekt störend ist.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung wird die Wellenlange des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze des Pflanzenfeldes als einen ersten Parameter der Pflanze eingestellt.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung wird die Wellenlange des gesendeten Radarsignals großer als der durchschnittliche Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze in dem Pflanzenfeld.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung wird die Wellenlange des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von der spektralen Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart als einem zweiten Parameter der Pflanze eingestellt .
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung wird die Wellenlange des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von einer sensorisch erfassten Umgebungsfeuchtigkeit als einem weiteren Parameter eingestellt.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung sendet die Sendevorrichtung eine Reihe von Radarimpulsen aus, die durch das Pflanzenfeld an die Empfangseinrichtung reflektiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung wertet die Auswerteeinheit die Impulsform der durch die Empfangseinrichtung empfangenen Radarimpulse aus.
Bei einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung erkennt die Auswerteeinheit ein störendes Objekt, wenn die Pulsform der durch die Empfangseinrichtung empfangenen Radarimpulse der Impulsform der von der Sendeeinrichtung gesende-
ten Radarimpulse entspricht und die Signalleistung der empfangenen Radarimpulse über einem einstellbaren Schwellenwert liegt .
Bei einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen, die einer Bedienperson der Landmaschine anzeigt, dass sich ein störendes Objekt in dem Pflanzenfeld befindet.
Bei einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung zeigt die Anzeigeeinrichtung zusatzlich die Entfernung der Landmaschine zu dem störenden Objekt an.
Bei einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung wird die Landmaschine automatisch abgebremst, wenn der Abstand zwischen der Landmaschine und dem störenden Objekt eine minimale Entfernung unterschreitet.
Bei einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Landmaschine werden die Koordinaten des störenden Objektes durch eine GPS- Einheit der Landmaschine erfasst.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Erkennen von störenden Objekten in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehenden Pflanzenfeld mit den folgenden Schritten:
- Senden eines Radarsignals dessen Wellenlange in Abhängigkeit von Parametern einer Pflanze des Pflanzenfeldes eingestellt wird;
- Empfangen eines durch das Pflanzenfeld reflektierten Radarsignals; und
- Erkennen eines störenden Objektes in dem Pflanzenfeld, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Bei einer bevorzugten Aus fuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird die Wellenlange des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze, der spektralen Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart und in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Umgebungsfeuchtigkeit eingestellt.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausfuhrungsformen der erfin- dungsgemaßen Vorrichtung und des erfindungsgemaßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld unter Bezugnahme auf die beigefugten Figuren zur Erörterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1: eine Landmaschine nach dem Stand der Technik;
Figur 2: eine Landmaschine, welche die erfindungsgemaße Vorrichtung zum Erkennen von störenden Objekten auf- weist;
Figur 3: ein Blockschaltbild einer möglichen Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
Figur 4: ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
Figur 5: eine schematische Ansicht der Landmaschine von oben zur Darstellung einer möglichen Anordnung von Sen- de-/Empfangseinrichtungen gemäß der Erfindung;
Figur 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemaßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
Figuren 7a, 7b: Signaldiagramme zur Erläuterung des erfin- dungsgemaßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
Figur 8: ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemaßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld;
Figur 9: eine Darstellung einer möglichen Ausfuhrungsform einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige eines störenden Objektes in einem Pflanzenfeld.
Wie man aus Figur 2 erkennen kann, ist eine erfindungsgemaße Vorrichtung 1 zum Erkennen von störenden Objekten in einer Landmaschine 2 angebracht, bei der es sich beispielsweise um einen Mähdrescher handelt. Die Mahdreschmaschine weist unter Anderem einen Mahbalken 2A und eine Haspel 2B auf. An dem Mahbalken 2A sind ein nicht dargestellter Ahrenheber und ein Halmteiler vorgesehen. Vorzugsweise an der Spitze des Mahbal- kens sind Sende-/Empfangseinrichtungen 3 vorgesehen, die Radarsignale ausstrahlen und reflektierte Radarsignale empfangen. Ein aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehendes Pflanzenfeld 4 ist schematisch in Figur 2 angedeutet. In dem Pflanzenfeld 4 kann sich unter Umstanden ein störendes Objekt 5, beispielsweise ein Begrenzungsstein, eine vergessene Beregnungsanlage oder ein Lebewesen befinden. Die Landmaschine 2 wird durch eine Bedienperson 6 gesteuert, die unter Umstanden keinen Sichtkontakt mit dem störenden Objekt 5 hat.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemaßen Vorrichtung für eine Landmaschine zum Erkennen von störenden Objekten 5 in einem Pflanzenfeld 4. Die erfindungsgemaße Vorrichtung 1 weist im Wesentlichen eine Sendeeinrichtung 3A zum Senden eines Radarsignals auf, wobei die Wellenlange λ des Radarsignals in Abhängigkeit von Parametern einer in dem Pflanzenfeld 4 stehenden Pflanze eingestellt ist. Die Getreidehalme bzw. Pflanzenhalme sind in Figur 3 schematisch angedeutet. Die Getreidehalme sind zylinderförmig und haben typi-
scherweise einen Durchmesser von etwa 3 mm. Der Umfang eines Pflanzenhalmes betragt somit etwa 10 mm.
Die Empfangseinrichtung 3B der erfindungsgemaßen Vorrichtung empfangt das von dem Pflanzenfeld 4 reflektierte Radarsignal. Die Sendeeinrichtung 3A und die Empfangseinrichtung 3B sind beide an eine Auswerteeinheit 7 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 7 stellt über eine Steuerleitung 8A die Wellenlange λ des durch die Sendeeinrichtung 3A ausgestrahlten Radarsignals ein. Dabei stellt die Auswerteeinheit 7 die Wellenlange in Abhängigkeit von einem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze in dem Pflanzenfeld 4 als einen ersten Parameter der Pflanze ein. Die Empfangseinrichtung 3B gibt über eine Leitung 8B das Empfangssignal an die Auswerte- einheit 7 ab. Die Auswerteeinheit 7 wertet das empfangene Radarsignal aus und erkennt ein störendes Objekt 5 in dem Pflanzenfeld 4, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einen einstellbaren Schwellenwert liegt.
Die Wellenlange λ des von der Sendeeinrichtung 3A abgestrahlten Radarsignals wird von verschiedenen Parametern über Pflanzen des Pflanzenfeldes 4 eingestellt. Der erste Parameter wird durch den durchschnittlichen Umfang des Pflanzenhalmes einer Pflanze gebildet. Dabei wird die Wellenlange λ des gesendeten Radarsignals vorzugsweise großer als der durchschnittliche Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze in dem Pflanzenfeld 4 eingestellt.
Ein weiterer Parameter zur Einstellung der Wellenlange λ des gesendeten Radarsignals misst die spektrale Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart. Die durch die Erntemaschine 2 geerntete Pflanzenart kann beispielsweise durch die Bedienperson 6 über eine Eingabeeinrichtung 9 der erfindungsgemaßen Vorrichtung 1 eingegeben werden. Die Bedienperson bzw. der Bauer 6 kann beispielsweise eingeben, ob es sich bei dem zu erntenden Getreide um Weizen oder beispielsweise Roggen handelt.
Die Reflexionseigenschaften der Pflanzen ändert sich mit der Umgebungsfeuchtigkeit und der Umgebungstemperatur. Daher weist die erfindungsgemaße Vorrichtung 1 bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform zusatzlich Umgebungssensoren 10 auf, wel- che über Leitungen 11 der Auswerteeinheit 7 Umgebungsmesssignale liefern. Die Umgebungssensoren 10 erfassen beispielsweise die Temperatur und die aktuelle Luftfeuchtigkeit. Die Auswerteeinheit 7 stellt anschließend die Wellenlange λ des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von den sensorisch er- fassten Parametern, beispielsweise der Umgebungsfeuchtigkeit und Temperatur als weitere Parameter ein. Hierzu ist die Auswerteeinheit 7 vorzugsweise an einen Speicher 12 zum Abspeichern von Kennlinien angeschlossen.
Die Auswerteeinheit 4- 7 steuert über Leitungen 13 eine Anzeigeeinrichtung 14 an, welche der Bedienperson 6 der Landmaschinen 2 ein störendes Objekt 5 in dem Pflanzenfeld 4 anzeigt. Darüber hinaus steuert die Auswerteeinheit 7 über eine Leitung 15 einen Lautsprecher 16 an, der ein akustisches Warnsignal abgibt, wenn sich die Landmaschine 2 einem störenden Objekt 5 nähert. Die erfindungsgemaße Vorrichtung 1 wird vorzugsweise ferner über einen Schalter 17, der über eine Leitung 18 an die Auswerteeinheit 7 angeschlossen ist, durch die Bedienperson 6 aktiviert.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung 1 ist die Auswerteeinheit 7 zusatzlich über Leitungen 19 an ein GPS-Modul 20 angeschlossen. Wird durch die Auswerteeinheit 7 ein störendes Objekt 5 erkannt, werden die Koordinaten des Objektes 5 mittels des GPS-Moduls 20 ermittelt und durch die Auswerteeinheit 7 in den Speicher 12 abgelegt. Diese Koordinaten können vorzugsweise durch die Bedienperson 6 ausgelesen bzw. der Bedienperson 6 durch die Anzeigeeinrichtung 14 angezeigt werden. Dies erleichtert der Be- dienperson bzw. dem Bauern spater das Auffinden des störenden Objektes 5 in dem Feld 4, um es zu entfernen.
Bei einer weiteren Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung 1 steuert die Auswerteeinheit 7 über Leitungen 21 eine Bremsanlage 22 an. Die Auswerteeinheit 7 berechnet den Abstand zwischen der Landmaschine 2 und dem vor ihm liegenden störenden Objekt 5. Unterschreitet die berechnete Entfernung einen vorbestimmten einstellbaren Mindestabstand, wird die Bremsanlage 22 auf die Auswerteeinheit 7 vorzugsweise aktiviert und die Landmaschine 2 zum Stillstand gebracht.
Die Auswerteeinheit 7 ist beispielsweise ein Mikroprozessor, in dem ein Programm ablauft.
Figur 4 zeigt ein einfaches Ablaufdiagramm des erfindungsgemaßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten 5 in ei- nem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehendem Pflanzenfeld 4.
Nach einem Startschritt SO wird zunächst durch die Auswerteeinheit 7 die Wellenlange λ des durch die Sendeeinrichtung 3A gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern eingestellt und anschließend das Radarsignal mit dieser eingestellten Wellenlange λ zumindest von einer Sendeeinrichtung 3A im Schritt Sl abgestrahlt. Bei den Einstellungsparametern handelt es sich vorzugsweise um den durch- schnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze, die spektrale Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenzart und um die sensorisch erfassten Umgebungsparameter, wie Umgebungsfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur.
Im Schritt S2 wird das von dem Pflanzenfeld 4 zurückgestrahlte Radarsignal durch die Empfangseinrichtung 3B empfangen und über die Leitung 8 an die Auswerteeinheit 7 abgegeben. Die Auswerteeinheit 7 wertet im Schritt S3 das empfangene Radarsignal aus, um ein störendes Objekt 5 zu erkennen. Ein sto- rendes Objekt wird durch die Auswerteeinheit 7 erkannt, wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
Der Vorgang endet im Schritt S4.
Figur 5 zeigt eine schematische Ansicht auf eine Landmaschine 2 von oben. An dem Mahbalken 2A der Landmaschine 2 sind vorne vorzugsweise mehrere Radarsende- und Empfangseinrichtungen 3 vorgesehen. In dem dargestellten Beispiel sind fünf Sensoren an dem Mahbalken 2A angebracht. Bei einer möglichen Ausfuhrungsform betragt die Reichweite der Radarsendeeinrichtungen etwa 3 m, um einen Uberwachungsbereich vor dem Mahbalken von etwa 2 m zu erzielen. Die Sendeeinrichtungen 3A sind vorzugsweise gleichmaßig beabstandet. Die Breite eines typischen Mahbalkens 2A betragt etwa 15 m.
Figur 6 zeigt schematisch die Erfassung der Leistungsdichte des reflektierten Radarsignals durch die erfindungsgemaße Vorrichtung 1. Die Sende-/Empfangseinrichtung 3 strahlt Radarsignale an das Pflanzenfeld 4 ab, welches aus einer sehr großen Anzahl von nebeneinanderstehenden Pflanzenhalmen besteht, welche Reflexionsobjekte bilden. Die Pflanzenhalme weisen jeweils einen Radius R auf.
Die Leistungsdichte der Empfangseinrichtung 3B, d. h. die Leistungsdichte der reflektierten Radarstrahlung ergibt sich gemäß folgender Gleichung:
(D
wobei qref die Leistungsdichte an einem Referenzpunkt, rrΘf der Abstand zwischen dem Empfanger und dem Referenzpunkt, rOb;ι den Abstand von der Sende-/Empfangseinrichtung zu einem Reflexionsobjekt und
R der Radius des Reflexionsobjekte (Annäherung durch dünnen langen Zylinder) , δ die Radar Cross Section (RCS) und
(1-a) ein materialabhangiger Reflexionsfaktor ist, wobei a einen Absorbtionsfaktor darstellt.
Die Leistungsdichte qempf des reflektierten Radarsignals, das an einem kugelförmigen Reflexionsobjekt reflektiert wird, ergibt sich gemäß folgender Gleichung:
( 2 )
Wie man aus Gleichung (2) und aus Figur 8 und Gleichung (4) erkennen kann, fallt der obj ektgroßenabhangige Term bei kugelförmigen Reflexionsobjekten proportional zu R6 ab, wenn 2Rn kleiner als die Wellenlange λ des Radarsignals ist.
Zudem ist die Leistung des reflektierten Radarsignals von ei- ner Materialkonstanten, d. h. von einem Absorptionsfaktor a abhangig. Ein metallischer Reflektor reflektiert ein Radarsignal nahezu zu 100 %, d. h. der materialabhangige Reflexionsfaktor (1-a) = 1 bzw. der Absorptionsfaktor a = 0.
Ein dielektrischer Reflektor reflektiert das Radarsignal entsprechend folgender Gleichung:
p~« = (i - .) = Vfi - VfI = VfH - Vfü. , <3> r auf treffend V 2 ^ V l V r2 T \ fc rl
d. h. der Reflexionsfaktor (1-a) hangt von den Dielektrizitätskonstanten εri der Luft und des Reflexionsobjekts εr2 ab.
Typische Dielektrizitätskonstanten von Gegenstanden sind εr = ~ 8 für Stein, εr = ~ 80 für Wasser (nasses Gras), εr = ~ 2-7 für Stroh bzw. Holz.
Hieraus ergibt sich ein Reflexionsfaktor (1-a) für Stein von etwa 0,48 und für
Holz bzw. Stroh von 0,17 bis 0,45.
Figuren 7a, 7b zeigen Signalformen für Radarsignale, die einerseits von einem großen Objekt und andererseits von vielen kleinen Objekten reflektiert werden.
In Figur 7a sendet die Sendeeinrichtung 3A ein pulsformiges Radarsignal mit einer bestimmten Signalleistung aus. Die Empfangseinrichtung 3B empfangt bei Reflexion des Radarsignals durch ein störendes großes Objekt nach einer gewissen Latenzzeit ein gedämpftes Radarsignal aus, wobei das Empfangssignal die gleiche Form wie das ausgestrahlte Sendesignal aufweist. Die Auswerteeinheit 7 erkennt somit ein störendes Objekt 5, wenn die Pulsform der durch die Empfangseinrichtung 3B empfangenen Radarimpulse der Pulsform der von der Sendeeinrichtung 3A gesendeten Radarimpulse entspricht und gleichzeitig die Signalleistung über einem einstellbaren Schwellenwert liegt .
Figur 7b zeigt die Situation, wenn das von der Sendeeinrichtung 3A abgestrahlte Radarsignal durch viele kleine Objekte, beispielsweise eine Vielzahl von Pflanzenhalmen reflektiert wird. Das reflektierte Radarsignal hat nicht mehr die ahnliche bzw. gleiche Form wie das Sendesignal. Wie man aus Figur 7b erkennen kann, ist das von den Objekten reflektierte Radarsignal wesentlich breiter und weist eine geringere Ampli- tude auf als ein von einem großen Objekt reflektiertes Signal. Die Auswerteeinheit 7 erkennt somit an der Signalleistung des reflektierten Radarsignals sowie an der Form bzw. an dem Signalverlauf des empfangenen Radarsignals, ob das Radar-
signal von einem großen störenden Objekt 5 reflektiert worden ist oder von einer Vielzahl kleiner Pflanzenhalme.
Figur 8 zeigt eine Kennlinie zur Erläuterung des erfindungs- gemäßen Verfahrens zum Erkennen von störenden Objekten in einem Pflanzenfeld. Die Kennlinie ist doppellogarithmisch dargestellt und zeigt die Abhängigkeit einer Radarruckstrahlflache von der Große der reflektierenden Objekte. Die Radarruckstrahlflache entspricht der Energie des Empfangssignals bzw. einer fiktiven Große des Objektes. Die in x-Richtung dargestellte Objektgroße stellt die tatsachliche Große der Objekte dar. Die ruckgestrahlte Energie bzw. Leistung weist an einem Punkt A ein Maximum auf, d. h. es liegt dort Resonanz vor. Oberhalb des Resonanzpunktes A befindet sich das System im sogenannten optischen Bereich und unterhalb im sogenannten Rayleigh-Bereich . Wird das Radarsignal beispielsweise mit einer Frequenz von 2,4 GHz abgestrahlt, betragt die Wellenlange λ des abgestrahlten Radarsignals 125 mm. Der Grenzdurchmesser, bei dem der Resonanzpunkt A erreicht wird, betragt bei einer Wellenlange λ von 125 mm 40 mm. Je hoher die Frequenz f des Radarsignals ist, desto kurzer ist dessen Wellenlange λ und der Grenzdurchmesser fallt entsprechend ab. Ein Begrenzungsstein wurden beispielsweise 200 mm Durchmesser liegt im optischen Bereich der in Figur 8 dargestellten Kennlinie, d. h. der Durchmesser des störenden Objektes ist großer als der durch die Wellenlange λ des Radarsignals bestimmte Grenzdurchmesser. Getreidehalme haben einen viel geringeren Durchmesser von beispielsweise 3 mm und liegen am Anfang der stark ansteigenden Kennlinie im Rayleigh-Bereich. Die Radarruck- strahlflache der Getreidehalme ist sehr niedrig im Vergleich zur Radarruckstrahlflache eines größeren Objektes wie beispielsweise eines Begrenzungssteines mit einem Durchmesser von 200 mm.
Trockenes Stroh und Stoff stellt einen sehr schlechten Reflektor dar und besitzt eine hohe Durchlässigkeit für elektromagnetische Wellen. Die an der erfindungsgemaßen Vorrichtung ankommenden reflektierten Radarstrahlen weisen eine
Leistungsdichte auf, die proportional zu der effektiven Ruckstrahlflache des Objektes ist. Bei einer Reflexion an einem Stab wachst die effektive Ruckstrahlflache linear mit dem Durchmesser des Stabes. Dies gilt solange der Umfang des Ob- jektes großer als die Wellenlange λ des Radarsignals ist. Wenn der Umfang des Stabes bzw. der Umfang eines Getreidehalmes kleiner als die Wellenlange λ ist, nimmt die reflektierte Leistung proportional zu der 3. Potenz des Stabdurchmessers ab, worin die Dicke bzw. der Durchmesser eines Strohhalmes unter der wellenlangenabhangigen Grenze liegt. So reflektiert der Getreidehalm das Signal nur sehr schwach, da es an ihm vorbeigebeugt wird. Die erfindungsgemaße Auswerteeinrichtung 7 kann anhand der Pulsform der reflektierten Signale zudem zwischen kleinen verteilten und einem großen Objekt unter- scheiden.
Der Bedienperson 6 wird vorzugsweise durch die Anzeigeeinrichtung 14 über Lage und Abstand eines im Pflanzenfeld befindlichen störenden Objektes 5 informiert. Figur 9 zeigt ein Beispiel für eine derartige Anzeige. Ein Uberwachungsbereich, in dem ein störendes Objekt erkannt wird, kann beispielsweise durch eine andere Farbe hervorgehoben werden. Zusatzlich können auf der Anzeige 14 die Koordinaten des Objektes 5 angezeigt werden.
Bezugs zei chenli ste
1 ErkennungsVorrichtung
2 Landmaschine
3 Sende-/Empfangseinrichtung
4 Pflanzenfeld
5 störendes Objekt
6 Bedienperson
7 Auswerteeinheit
8A, 8B Leitungen
8 Eingabeeinrichtung
9 UmgebungsSensoren
10 Leitung
11 Speicher
12 Leitung
13 Anzeigeeinrichtung
14 Leitung
15 Lautsprecher
16 Schalter
17 Leitung
18 Leitung
19 GPS-Modul
20 Leitung
Bremsanlage
Claims
1. Vorrichtung (1) für eine Landmaschine (2) zum Erkennen von störenden Objekten (5) in einem aus einer Vielzahl von Pflan- zen bestehendem Pflanzenfeld (4), mit:
(a) einer Sendeeinrichtung (3A) zum Senden eines Radarsignals dessen Wellenlange (λ) in Abhängigkeit von zumindest einem Parametern einer Pflanze des Pflanzenfeldes eingestellt ist;
(b) einer Empfangseinrichtung (3B) zum Empfangen eines durch das Pflanzenfeld reflektierten Radarsignals; und mit
(c) einer Auswerteeinrichtung (7) zum Ermitteln der empfangenen Signalleistung und zum Vergleichen der Signalleistung mit einem einstellbaren Schwellwert und zum Klassifizieren eines Objekts im Pflanzenfeld als störend, wenndie Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlange (λ) des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzen- halmes einer Pflanze des Pflanzenfeldes (4) als einem ersten Parameter der Pflanze eingestellt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Wellenlange (λ) des gesendeten Radarsignals großer ist als der durchschnittliche Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze in dem Pflanzenfeld (4) .
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlange (λ) des gesendeten Radarsignals in Ab- hangigkeit von der spektralen Durchlässigkeit der jeweiligen Pflanzenart als einem zweiten Parameter der Pflanze eingestellt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlange (λ) des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von einer sensorisch erfassten Umgebungsfeuchtig- keit als einem weiteren Parameter eingestellt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sendeeinrichtung (3A) eine Folge von Radarimpulsen aussendet, die durch das Pflanzenfeld (4) an die Empfangsein- richtung reflektiert werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (7) die Impulsform der durch die Empfangseinrichtung (3B) empfangenen Radarimpulse auswertet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Auswerteeinheit (4) ein störendes Objekt erkennt, wenn die Pulsform der durch die Empfangseinrichtung (3B) empfangenen Radarimpulse der Pulsform der von der Sendeeinrich- tung (3A) gesendeten Radarimpulse entspricht und die Signalleistung der empfangenen Radarimpulse über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
9. Fahrzeug, insbesondere Landmaschine (2), mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche in oder am Fahrzeug angeordnet ist.
10. Fahrzeug nach Anspruch 13 mit einem Fahrerassistenzsys- tem, welches mit der Vorrichtung derart zusammenwirkt, dass in Abhängigkeit von der Erkennung eines störenden Objekts eine Aktion, insbesondere ein Ausweichen oder ein Abbremsen vorgenommen wird.
11. Fahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Anzeigeeinrichtung (14) vorgesehen ist, die einer Bedienperson (6) des Fahrzeugs (2) anzeigt, dass sich ein störendes Objekt (5) in dem Pflanzenfeld (4) befindet.
12. Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Anzeigeeinrichtung (14) zusatzlich die Entfernung der Landmaschine (2) zu dem störenden Objekt (5) anzeigt.
13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Landmaschine (2) automatisch abgebremst wird, wenn der Abstand zwischen der Landmaschine (2) und dem störenden Objekt eine minimale Entfernung unterschreitet.
14. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Koordinaten des störenden Objektes durch eine GPS- Einheit (20) der Landmaschine (2) erfasst werden.
15. Verfahren zum Erkennen von störenden Objekten (5) in einem aus einer Vielzahl von Pflanzen bestehenden Pflanzenfeld
(4) mit den folgenden Schritten:
(a) Senden (Sl) eines Radarsignals dessen Wellenlange (λ) in Abhängigkeit von Parametern einer Pflanze des Pflanzenfeldes (4) eingestellt wird;
(b) Empfangen (S2) eines durch das Pflanzenfeld (4) reflek- tierten Radarsignals; und
(c) Erkennen eines störenden Objektes (5) in dem Pflanzenfeld (4), wenn die Signalleistung des empfangenen Radarsignals über einem einstellbaren Schwellenwert liegt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Wellenlange (λ) des gesendeten Radarsignals in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Umfang eines Pflanzenhalmes einer Pflanze, der spektralen Durchlässigkeit der je- weiligen Pflanzenart und in Abhängigkeit der sensorisch er- fassten Umgebungsfeuchtigkeit eingestellt wird.
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