WO2011157723A1 - System und verfahren zur kollisionsvermeidung - Google Patents

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WO2011157723A1
WO2011157723A1 PCT/EP2011/059867 EP2011059867W WO2011157723A1 WO 2011157723 A1 WO2011157723 A1 WO 2011157723A1 EP 2011059867 W EP2011059867 W EP 2011059867W WO 2011157723 A1 WO2011157723 A1 WO 2011157723A1
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obstacle
modem
data
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PCT/EP2011/059867
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Michael Naderhirn
Christian Bernthaler
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Aerospy Sense And Avoid Technology Gmbh
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    • G01S13/867—Combination of radar systems with cameras

Definitions

  • the invention relates to a system and method for Ver ⁇ avoidance of collisions of a vehicle with further OBJEK ⁇ th.
  • the system and the method is, for example geeig ⁇ net for the automatic prevention of collisions by un ⁇ manned controllable aircraft with other aircraft or with fixed obstacles.
  • the objects underlying the invention are to provide a system and method by which colli ⁇ emissions between a vehicle and a moving or not ⁇ wegten obstacle such as another vehicle, can be avoided to ⁇ reliably, even if these Hinder ⁇ Do not dispose of a device that makes available to third parties ⁇ evaluable position and / or movement data, for example via radio.
  • vehicle thereby land vehicles, watercraft (eg ships), underwater vehicles (eg submarines), manned or unmanned aircraft (eg aircraft) and space vehicles ver ⁇ stood.
  • the system includes an imaging system for optical He ⁇ version of an overall image which may contain an obstacle.
  • the image acquisition optical system provides image data representing the overall image, on the other hand image-based data about the position and / or the state of motion of an obstacle.
  • a transponder system with at least one transponder signal receiving unit for receiving transponder data is provided, which contains data on the position and / or on the state of movement of an obstacle.
  • the image acquisition system enables the detection of a Hin ⁇ tion, which is located in the environment of the vehicle.
  • Such imaging system opens up the possibility to include, for example based on a quasi-continuous obser ⁇ processing of the obstacle on the relative movement between the vehicle and the obstacle and to determine the prob ⁇ friendliness of a collision between the vehicle and the obstacle.
  • the transponder system is used to receive data that is provided from the obstacle itself, for example by means of a Funkbergertra ⁇ supply.
  • the signals received by means of the transponder system data on the position of the obstacle can contain, for example, the current values of longitude, of the slurry ⁇ tengrades and the altitude of the vehicle so that its current position can be determined relative to the earth coordinate system.
  • the data on the state of movement of the obstacle received with the aid of the transponder system may contain, for example, the current values for speed and direction of movement of the obstacle relative to the earth, or changes in the speed and the direction of movement of the obstacle.
  • the system further includes a collision and evasion module which, like the optical imaging system and the transponder system, is coupled to a network for communication among the system components.
  • the Kollisi ⁇ ONS and avoidance module is adapted to a collision danger ⁇ between the vehicle and an obstacle based on the image-based data and / or on the basis of trans- ponderbas striving data to determine if these data are sorted ⁇ wells available.
  • the collision and avoidance module can share a Warnsig ⁇ nal over a potentially imminent collision Wenn- and / or automatically initiate a change in theriesszu ⁇ state of the vehicle to avoid a collision with the obstacle.
  • Figure 6 is a schematic representation illustrating the operation of the bearing of an obstacle (eg an aircraft) with the aid of two or more transponder antennas;
  • FIG. 7 is a schematic representation of a system according to the present invention for illustrating the interaction of the components of the system.
  • like reference numerals designate like or equivalent elements.
  • FIG. 1 is an exploded view of a portion of a Sys tems ⁇ for avoiding collisions according to the present invention.
  • the portion shown located in a ⁇ ers th aircraft 100 is an optical images acquisition system comprises ⁇ exemplary detection sensors 30a-30f six electro-optical paintings-. Notwithstanding thereof may have any number of image capture sensors ⁇ an optical imaging system, both less more than six imaging sensors. With a suitable design of the system, in particular only one image detection sensor can be provided.
  • Each such image acquisition sensor may include, for example, a CCD or a CMOS chip, as well as an upstream Op ⁇ tik to image the desired, to be detected by the respective image acquisition sensor target area on the chip.
  • the target area may be, for example, a pre-defined solid angle range with respect to the optical axis of the image acquisition sensor .
  • each ⁇ the image detection sensor when the first aircraft is in horizontal flight, detecting a horizontal angle range and an azimuthal angle range and up Accord- a fair view or a quasi-continuous image sequence take and store depending on the specific requirements of the system and / or other components of the sys ⁇ tems for further processing available.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the first aircraft 100, which is in collision course with a second aircraft 200.
  • the first aircraft 100 is equipped with an optical imaging system as shown in FIG.
  • the image acquisition system comprises six electro-optical image acquisition sensors 30a
  • the image detection sensors 30a-30f are so matched to one another in ⁇ ordered and successive, that the Jardinwin- kelber adjacent oak image detection sensors 30a-30f cut across ⁇ .
  • the images included 31a-31f benachbar ⁇ th imaging sensors 30a-30f, at least if this Bil ⁇ the 31a-31f were simultaneously or shortly added in succession in the overlapping areas of an approximation of the same image sections so that the pictures 31a-31f as in an image editing software ("stitching software”) to a substantially seamless overall picture 35 can be joined together.
  • FIG. 3 shows the overall image 35 with overlapping regions 32a-32e assembled from the individual images 31a-31f according to FIG.
  • each frame already represents an overall picture.
  • the second aircraft 200 is detected by the image capture sensor 30e and is accordingly mapped to the associated frame 31e.
  • the system detects that one of the frames 31a-31f and / or the Ge ⁇ overall image 35, an obstacle, in this case just the second aircraft 200, and whether this is on a collision course with the first aircraft 100, various measures can be taken.
  • the system may inspect each of the frames 31a-31f and / or the overall image 35 for the presence of certain predetermined patterns, such as typical shapes of various aircraft, and close for consistency for the presence of an obstacle.
  • Another way to determine the existence of an obstacle is "above each other" to create a plurality of successive Ge ⁇ velvety and / or individual images by means of a suitable Auswer ⁇ teech and compared for differences. If, for example, one compares two consecutively recorded overall images 35, each of which shows the second aircraft 200, then the second aircraft 200 is shown slightly larger on the second overall image 35 than on the first overall image 35 when approaching the first aircraft 100 Background, typically Wei ⁇ se landscape and / or sky, remains essentially unchanged due to the relatively large distance. On ⁇ due to the unaltered image components, the two full frames can be placed 35 "above the other" and by a differ- ence education between the images for differences among ⁇ be investigated. Identified differences thus constitute poten ⁇ cial obstacles 200th
  • 35 respective differentiation ⁇ zen can be determined by comparison of several na- chrhythm total recorded images.
  • a sufficiently high image sequence exposed in front ⁇ can notice in this way whether a detected potential barrier 200 increases in size, which is equated zen with an increased risk of a collision.
  • decreasing size means a decrease in collision risk.
  • a comparison of a plurality of consecutively recorded overall images 35 on the movement of a potential obstacle 200 relative to the first aircraft 100 close.
  • the light entry openings of one, several or all Bil ⁇ detection sensors 30a-30f are each protected by a transparent cover 40 from contamination.
  • a transparent cover 40 can also extend uninterruptedly across the light entry openings of two, several or - as shown in FIGS. 1 and 2 - all image acquisition sensors 30a-30f and protect them from contamination and damage.
  • the transparent cover 40 can be designed quasi-refraction-free.
  • a cleaning device is provided which also during operation of the first aircraft 100, ie in the
  • Flight can be operated.
  • This can be as example ⁇ be a washing device, such as a nozzle that sprays the transparent cover 40 with a Chinesesflüs ⁇ fluid.
  • a movable scraper may be provided, which may be formed, for example, as a windscreen wiper, as in example Motor vehicles is used by headlight cleaning systems.
  • the transparent cover can be replaceable 40, for example in the form of a marraub ⁇ th, clamped or plugged ⁇ transparent plastic disc.
  • the transparent cover 40 can be glued as a transparent cover 40 in the form of a transparent film. It is also conceivable to roll up enough film for one or more flights on a spool, wherein the end of the film is attached to another coil, and this is rolled up piece by piece in case of dirt, similar to the film in a camera.
  • the optics of the vision system can be equipped with lenses that filter the visible light and only read the light in the near infrared (NIR) or short infrared (SWIR) region.
  • the system shown in FIG. 1 also includes a transponder system 2 that can receive data that is actively transmitted from a potential obstacle 200.
  • a transponder antenna 21 is provided which transmits the received data to the transponder system 2 (eg "ADS-B In").
  • Airborne transponder are secondary radar transponders for the identification of aircraft. This is done via the so-called transponder code, also called "Squawk", a four-digit octal number code, which is set by the pilot at the transponder on request by the airspace monitoring. Transponder have different Be ⁇ operating modes: In a Mode A only request the squawk is transmitted at a fashion C request, the altitude above standard pressure (FL) is received and at a Mode S
  • a 24-bit identification code is transmitted which is uniquely associated with each aircraft (much like a car license plate).
  • the ground station (the "tower") can specifically query certain transponders.
  • the transponder signals are sent from the Heilfahrzeu ⁇ gen on a standardized frequency of 1090 MHz.
  • the transponder data is displayed on the radar screens of the flight monitoring system, this is a stand-alone system.
  • the directional antenna for the transponder interrogation fixedly mounted on the rotating primary radar antenna of Bodenstati ⁇ on.
  • the request frequency is 1030 MHz.
  • Mode-S-enabled transponder A characteristic of the Mode-S-enabled transponder is the so ⁇ called squitter mode, in which the transponder transmits independent of a query and at regular intervals, for example, GPS position and identification as a broadcast (this property is called "Automatic Dependent SURVEIL Lance - Broadcast ", abbreviated ADS-B).
  • the support of this mode is (still) not compulsory in many countries.
  • Mode S-enabled transponders are technically able to send such a message. So the recom- collected from a vehicle that can potentially be an obstacle transponder code does not necessarily TION positioning or speed information of the sending driving ⁇ tool.
  • ne of the Transponderanten- 21 of the own vehicle received data include information on the position of the obstacle, for example, contain the current values of longitude, of latitude and of altitude of the second aircraft 200 such that the current positi on ⁇ can be determined relative to the earth coordinate system.
  • the transponder antenna 21 received and processed with the help of the transponder system 2 data may also contain information about the state of motion of the second aircraft, for example, the current values to which Ge ⁇ speed, direction of movement, and altitude with respect to the earth, and / or changes in the speed, the BEWE ⁇ supply direction and altitude.
  • the position of the obstruction can still be determined from the received transponder signal with the aid of a special transponder antenna 21st That the direction (azimuth angle OC) can be calculated from the signals of the individual antenna elements under which the poten ⁇ tielle obstacle (aircraft 200)
  • Figure 5 shows an example of a transponder antenna 21, de ⁇ rart a plurality of antenna elements 22 constructed (eg Mode A, C or S) Transponder signal TP transmits.
  • the transmission frequency on which the transponder signal TP is sent is known (in aviation is the normalized frequency 1090 MHz), and the relative velocity of the obstacle may be determined 200 relative to the EIGE ⁇ NEN vehicle 100, by advertising the Dopplerverschie- the frequency of the transponder signal TP is evaluated.
  • a position measurement of the obstacle 200 relative to the own vehicle 100 comes into consideration. For this, the emp ⁇ captured signal levels could be evaluated, or the placement of two antennas on the vehicle, whose distance to each other is sawn known, be determined by triangulation. The genier ⁇ th data can then be used in a Kalman filter to observe the distance.
  • the aforementioned determination of the position of the obstacle with the aid of the transponder signal TP emitted by the obstacle and received via the transponder antenna 21 is illustrated in FIG. With the help of a transponder
  • Receiving antenna 21 of FIG. 5 it is possible (due to its directivity characteristics ⁇ ) to determine the direction (azimuth angle OL) from which the transmitted signal from the obstacle transponder TP comes.
  • the direction azimuth angle OL
  • At least two such transponder receiving antennas 21 (which are mounted in defi ned ⁇ interval, for example on the wings of the vehicle 100) is now a position of the obstacle via a
  • FIG. 6a Triangulation possible. This situation is found in Figure 6a is ⁇ .
  • a first antenna 21 is angeord ⁇ net on the left wing of the vehicle 100, which receives the light emitted from the obstacle 200 transponder signal TP at an angle OCi.
  • a second arranged on the right wing antenna 21 ⁇ the same transponder signal TP is received at an angle 0C 2 .
  • the position of the obstacle 200 (relative to the vehicle 100) can be determined from the angles OCi and 0C 2 .
  • FIG. 6b illustrates that the same procedure can also be used to determine the elevation angle ⁇ at which the obstacle 200 is "seen" by the vehicle 100.
  • the transponder antenna 21 can be used as a receiving antenna for a passive radar.
  • an active radar to measure the position of the Hinder ⁇ Nisses can thereby be realized that the own aircraft 100 sends a transponder code with the transponder antenna 21 and the reflected on the obstacle 200 receives its own signal. The distance over the term of its own transponder ⁇ signal can be determined.
  • the transponder antenna 21 can also be achieved by methods of digital beam shaping known per se.
  • B. NOTAMs and weather information from the teletext signal of television station, speech recognition of the ATIS and AIRMET, SIG, MET, GAMET, Long / Short-TAF, ALPFOR, GAFOR, etc. (flight Informa ⁇ tion services and weather services) on the aircraft or on the base station be evaluated. From the Internet, the base station can provide more information such. B. evaluate the global aerial picture, cloud formations, dangerous weather zones and then send this information by means of data link, GSM, UMTS, Iridium, ... to the backup system in the aircraft to flow there in the mission planning. For further generation of weather information, a guided weather radar can also be integrated into the system.
  • Figure 7 shows a schematic overview of the interaction ⁇ effect of the individual components of the system.
  • the system comprises a first system part I, which is located on board the first aircraft 100, and an optional second system part II, which is not on board the first aircraft 100 but, for example, on the ground.
  • the first part of the system I has a network 10, over which the other components of the system part I are coupled, and if necessary can communicate and exchange data erforder ⁇ Lich extent.
  • the already explained opti ⁇ cal image acquisition system 1 and the transponder system 2 are components of the first system part I and each have a
  • the vor wool 3 and 4 prepare the data provided by the acquisition system Bilderfas ⁇ 1 or from the transponder system 2 so that they can be further processed by further angeringe- on the network, components.
  • One of these further components of the first system part I is a collision and avoidance module 5, which is likewise coupled to the network 10. It is adapted to the Kol ⁇ lisionsgefahr between the first aircraft 100 and an obstacle, in the example the illustrated second aircraft 200, on the basis of image-based data and / or the transponder-based data it obligations over the vorverarbei- 3 and 4 and the Network 10 receives from the optical image ⁇ capture system 1 and the transponder system 2, mittein to as far as these data are available.
  • the transponder system 2 and the data preprocessing 4 can of course not forward correspondingly prepared data.
  • the optical image recognition system 1 because it does not rely on information that is actively providing the second aircraft 200th
  • the probability of an imminent collision with an obstacle 200 If it detected a risk of collision, it can give a warning signal so that an operator intervention and can avoid a collision with a geeig ⁇ designated course and / or height and / or rate of change of the first aircraft 100th
  • the operator can be on board the first aircraft 100 befin ⁇ the, but also on the ground, for example, when the aircraft is unmanned and is remotely controlled from the ground.
  • such a collision can also by a coupling of the system to the autopilot, to be ⁇ least temporarily, the control of the first aircraft 100 takes over for the purpose of the above collision avoidance based on the moving ⁇ chen explained maneuvers be avoided.
  • the optional second system part II is provided in the event that the first aircraft is to be remotely controllable, for example, from the ground or another aircraft.
  • a base station 11 is provided, which is not on board the first aircraft 100.
  • the Kommunikati ⁇ on between the first system part I and the second system part II via a first modem 9 of the first system ⁇ part I, which is coupled to the network 10 and the II with a second modem 12 of the second part of the system data from ⁇ exchanges.
  • the first modem 9 and the second modem 12 can be oriented to form ⁇ , only a single or - to increase safety - over two or more different types Verbin ⁇ dung types to communicate.
  • connection types in this sense are considered: a line of sight; a GSM / UMTS connection; a satellite connection, said derar ⁇ term compounds may be provided individually or in any combination with each other.
  • connection quality evaluation unit which is connected to the network 10 and is adapted to the quality of one or possibly several best ⁇ to monitor more connections. If it is found that the quality of a particular connection
  • the connection quality evaluation unit 8 can cause that is switched to another type of connection. In this way a reliable bi-directional communication can be ensured tion between the first modem 9 and the second modem 12, and thus between the first system part I and the second Sys ⁇ temteil II.
  • the first system part I comprises a picture reproduction calculation unit 6 which is likewise connected to the network 10. The latter receives display picture data via the network 10 in order to forward it to the base station 11 via the first modem 9 and the second modem 12 and to a picture display unit 13, which is coupled to the base station 11 or coupled, wherein the presentation data has been determined based on the image data.
  • the image display unit 13 may be, for example, a monitor or a video goggle.
  • a sol ⁇ che video glasses may optionally have a position measurement with which a pitching motion and / or rotational movement of a Trä- the video goggles can be detected gers.
  • the location data Kgs ⁇ NEN via the base station 11, the second modem 12, the first modem 9 and the network are transmitted to the Jardinwiedergabebeticians- unit 6 10, which based thereon the Dar ⁇ position image data in response to the position data dynamically in position corrected display image data converted and sent in the reverse direction for display to the video glasses sen ⁇ det.
  • the total image may represent, or ⁇ least a section 36 of the overall image 35.
  • the cutout 36 may be also increased by a certain zoom factor or reduced be.
  • the base station 11 can be a corresponding zoom factor of the image reproduction calculating unit 6 übertra ⁇ gene, which then sends a corresponding zoomed image to the image reproducing unit. 13
  • the image rendering calculation unit 6 may be configured to incorporate, in cooperation with the collision and avoidance module 5, a marker that identifies an object recognized as an obstacle 200.
  • Figure 4 shows By way of example, such a marking 37, which can be seen in on the image ⁇ reproducing unit 13.
  • Figure 1 also shows an optional, DAR has not been made in FIG 7 Transponder system to which the network ⁇ factory is also connected 10, and based on a non-certified by the International Civil Aviation Organization ICAO standard (868 MHz) standardized Kollisionswarnda ⁇ th transmitted (often used in sailing and other small aircraft).
  • ICAO International Civil Aviation Organization
  • the prediction of a collision path may be ⁇ the invention according to the same process in which, carried out as explained in the applications DE 10 2008 033 128 of 15.07.2008 and AT 507 035 from 06.03.2009. These two applications are hereby expressly incorporated fully into the present to ⁇ message with.

Abstract

Es wird ein System zur Warnung vor Kollisionen zwischen einem Fahrzeug und einem Hindernis beschrieben. Das System umfasst folgende Komponenten: ein Transpondersystem mit zumindest einer Transponder-Antenne, die Richtcharakteristik aufweist, und mit zumindest einer Transpondersignal-Empfangseinheit zum Empfang von Transponderdaten, die von dem Hindernis ausgesendet werden, wobei das Transpondersystem dazu ausgebildet ist, das Hindernis zu orten, indem die Richtung ermittelt wird, aus der das Transpondersignal gesendet wurde.

Description

SYSTEM UND VERFAHREN ZUR KOLLISIONSVERMEIDUNG
TECHHNI SCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Ver¬ meidung von Kollisionen eines Fahrzeuges mit weiteren Objek¬ ten. Das System bzw. das Verfahren ist beispielsweise geeig¬ net für die automatische Vermeidung von Kollisionen durch un¬ bemannte, steuerbare Fluggeräte mit anderen Fluggeräten oder mit feststehenden Hindernissen.
HINTERGRUND
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben bestehen darin, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Kolli¬ sionen zwischen einem Fahrzeug und einem bewegten oder unbe¬ wegten Hindernis, beispielsweise einem anderen Fahrzeug, zu¬ verlässig vermieden werden können, selbst wenn diese Hinder¬ nisse nicht über eine Vorrichtung verfügen, die Dritten aus¬ wertbare Positions- und/oder Bewegungsdaten, beispielsweise über Funk, zur Verfügung stellt. Unter dem Begriff "Fahrzeug" werden dabei Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge (z.B. Schiffe), Unterwasserfahrzeuge (z.B. U-Boote), bemannte oder unbemannte Luftfahrzeuge (z.B. Flugzeuge) sowie Weltraumfahrzeuge ver¬ standen .
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgaben werden durch ein System zur Vermeidung von Kollisionen zwischen einem Fahrzeug und einem Hindernis gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Vermeidung von Kollisionen zwischen einem Fahrzeug und einem Hindernis. Das System umfasst ein Bilderfassungssystem zur optischen Er¬ fassung eines Gesamtbildes, das gegebenenfalls ein Hindernis enthält. Das optische Bilderfassungssystem stellt zum einen Bilddaten bereit, die das Gesamtbild repräsentieren, zum An- deren bildbasierte Daten über die Position und/oder über den Bewegungszustand eines Hindernisses. Weiterhin ist ein Trans- pondersystem mit zumindest einer Transpondersignal-Empfangs- einheit zum Empfang von Transponderdaten vorgesehen, die Da¬ ten über die Position und/oder über den Bewegungszustand ei- nes Hindernisses beinhalten.
Das Bilderfassungssystem ermöglicht die Erkennung eines Hin¬ dernisses, das sich in der Umgebung des Fahrzeugs befindet. Ein solches Bilderfassungssystem eröffnet die Möglichkeit, beispielsweise anhand einer quasi-kontinuierlichen Beobach¬ tung des Hindernisses auf die Relativbewegung zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis zu schließen und die Wahrschein¬ lichkeit eines Zusammenstosses zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis zu ermitteln.
Das Transpondersystem dient zum Empfang von Daten, die vom Hindernis selbst, beispielsweise mittels einer Funkübertra¬ gung, bereitgestellt werden. Die mit Hilfe des Transponder- systems empfangenen Daten über die Position des Hindernisses können z.B. die aktuellen Werte des Längengrades, des Brei¬ tengrades und der Höhenlage des Fahrzeuges enthalten, so dass dessen aktuelle Position gegenüber dem Erdkoordinatensystem ermittelt werden kann. Die mit Hilfe des des Transpondersystems empfangenen Daten über den Bewegungszustand des Hindernisses können z.B. die aktuellen Werte zu Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Hindernisses gegenüber der Erde enthalten, oder Änderungen der Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung des Hindernis- ses. Bei der Bewegungsrichtung und der Änderung der Bewe¬ gungsrichtung handelt es sich im Allgemeinen um 3-dimensio- nale Vektoren, so dass die Daten beispielsweise beim einem Hindernis, das durch ein Luftfahrzeug gegeben ist, nicht nur Kursrichtung und Kursänderungen übertragen werden können, sondern auch Höhenänderungen. Bei Systemen, in denen die ge¬ naue Position des Hindernisses nur von zwei Koordinaten oder gar nur einer Koordinate abhängt, ist es ausreichend, nur zwei bzw. nur eine Koordinate zu übertragen, bzw. die Ände¬ rung dieser beiden Koordinaten bzw. dieser einen Koordinate.
Das System umfasst weiterhin ein Kollisions- und Ausweichmo- dul, welches ebenso wie das optische Bilderfassungssystem und das Transpondersystem an ein Netzwerk gekoppelt ist, das der Kommunikation unter den Systemkomponenten dient. Das Kollisi¬ ons- und Ausweichmodul ist dazu ausgebildet, eine Kollisions¬ gefahr zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis auf Grundla- ge der bildbasierten Daten und/oder auf Grundlage der trans- ponderbasierten Daten zu ermitteln, soweit diese Daten je¬ weils verfügbar sind. Im Fall einer festgestellten Kollisi¬ onsgefahr kann das Kollisions- und Ausweichmodul ein Warnsig¬ nal über eine möglicherweise bevorstehende Kollision bereits- teilen und/oder automatisch eine Änderung des Bewegungszu¬ standes des Fahrzeuges veranlassen, um eine Kollision mit dem Hindernis zu vermeiden.
30 Figur 6 eine schematische Darstellung zur Illustration der Funktionsweise der Peilung eines Hindernisses (z.B. eines Flugzeuges) mit Hilfe von zwei oder mehr Transponderantennen; und
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung der Zusammenwirkens der Komponenten des Systems. In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG Figur 1 ist eine Explosionsdarstellung eines Teils eines Sys¬ tems zur Vermeidung von Kollisionen gemäß der vorliegenden Erfindung. Der gezeigte Teil, der befindet sich in einem ers¬ ten Luftfahrzeug 100 befindet, umfasst ein optisches Bilder¬ fassungssystem beispielhaft sechs elektro-optischen Bilder- fassungssensoren 30a-30f. Abweichend davon kann ein optisches Bilderfassungssystem eine beliebige Zahl von Bilderfassungs¬ sensoren aufweisen, sowohl weniger als auch mehr als sechs Bilderfassungssensoren. Bei geeigneter Auslegung des Systems kann insbesondere auch nur ein Bilderfassungssensor vorgese- hen sein.
Jeder derartige Bilderfassungssensor kann z.B. einen CCD- oder einen CMOS-Chip enthalten, sowie eine vorgeschaltete Op¬ tik, um den gewünschten, von dem jeweiligen Bilderfassungs- sensor zu erfassenden Zielbereich auf dem Chip abzubilden. Bei dem Zielbereich kann es sich zum Beispiel - bezogen auf die optische Achse des Bilderfassungssensors - um einen vor¬ gegebenen Raumwinkelbereich handeln. Auf diese Weise kann je¬ der Bilderfassungssensor, wenn sich das erste Luftfahrzeug im Horizontalflug befindet, einen horizontalen Winkelbereich und einen azimutalen Winkelbereich erfassen und ein dementspre- chendes Bild oder eine quasi-kontinuierliche Bildfolge auf- nehmen und in Abhängigkeit von den konkreten Erfordernissen des Systems abspeichern und/oder anderen Komponenten des Sys¬ tems zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stellen. Figur 2 zeigt hierzu eine schematische Darstellung des ersten Luftfahrzeuges 100, das sich auf Kollisionskurs mit einem zweiten Luftfahrzeug 200 befindet. Das erste Luftfahrzeug 100 ist mit einem optischen Bilderfassungssystem ausgestattet, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Das Bilderfassungssystem umfasst sechs elektro-optische Bilderfassungssensoren 30a-
30f, von denen jeder in der Lage ist, einen durch gestrichel¬ te radiale Linien angedeuteten Raumwinkelbereich zu erfassen. Die Bilderfassungssensoren 30a-30f sind so zueinander an¬ geordnet und aufeinander abgestimmt, dass sich die Raumwin- kelbereiche benachbarter Bilderfassungssensoren 30a-30f über¬ schneiden. Hierdurch enthalten die Bilder 31a-31f benachbar¬ ten Bilderfassungssensoren 30a-30f, zumindest wenn diese Bil¬ der 31a-31f gleichzeitig oder kurz hintereinander aufgenommen wurden, in den jeweiligen Überschneidungsbereichen näherungs- weise gleiche Bildabschnitte, so dass die einzelnen Bilder 31a-31f wie bei einer Bildbearbeitungssoftware ("Stitch- Software") zu einem im Wesentlichen nahtlosen Gesamtbild 35 zusammengefügt werden können. Figur 3 zeigt das aus den Einzelbildern 31a-31f gemäß Figur 2 zusammengefügte Gesamtbild 35 mit Überschneidungsbereichen 32a-32e. Bei Systemen, in denen nur ein einziger Bilderfas¬ sungssensor eingesetzt wird, entfällt natürlich der Schritt des Zusammenfügens von Einzelbildern zu einem Gesamtbild. In diesem Fall stellt jedes Einzelbild bereits ein Gesamtbild dar .
In dem gezeigten Beispiel wird das zweite Luftfahrzeug 200 von dem Bilderfassungssensor 30e erfasst und ist demgemäß auf dem zugehörigen Einzelbild 31e abgebildet. Damit das System erkennt, dass eines der Einzelbilder 31a-31f und/oder das Ge¬ samtbild 35 ein Hindernis, hier eben das zweite Luftfahrzeug 200, enthält, und ob sich dieses auf einem Kollisionskurs mit dem ersten Luftfahrzeug 100 befindet, können verschiedene Maßnahmen eingesetzt werden. Beispielsweise kann das System jedes der Einzelbilder 31a-31f und/oder das Gesamtbild 35 auf das Vorhandensein bestimmter vorgegebener Muster wie z.B. typische Formen verschiedenster Luftfahrzeuge untersuchen und bei Übereinstimmung auf das Vorhandensein eines Hindernisses schließen.
Eine andere Möglichkeit, das Vorliegen eines Hindernisses festzustellen besteht darin, mehrere aufeinander folgende Ge¬ samt- und/oder Einzelbilder mittels einer geeigneten Auswer¬ teeinheit "übereinander" zu legen und auf Unterschiede hin zu vergleichen. Vergleicht man beispielsweise zwei nacheinander aufgenommene Gesamtbilder 35, von denen jedes das zweite Luftfahrzeug 200 zeigt, so ist das zweite Luftfahrzeug 200 im Fall einer Annäherung an das erste Luftfahrzeug 100 auf dem zweiten Gesamtbild 35 etwas größer abgebildet als auf dem ersten Gesamtbild 35, während der Hintergrund, typischer Wei¬ se Landschaft und/oder Himmel, aufgrund der vergleichsweise großen Entfernung im Wesentlichen unverändert bleibt. Auf¬ grund der unveränderten Bildbestandteile können die beiden Gesamtbilder 35 "übereinander" gelegt und durch eine Diffe- renzbildung zwischen den Bildern auf Unterschiede hin unter¬ sucht werden. Festgestellte Differenzen stellen somit poten¬ zielle Hindernisse 200 dar.
Auf entsprechende Weise können durch Vergleich mehrerer na- cheinander aufgenommener Gesamtbilder 35 jeweilige Differen¬ zen festgestellt werden. Eine ausreichend hohe Bildfolge vor¬ ausgesetzt lässt sich auf diese Weise feststellen, ob ein festgestelltes potenzielles Hindernis 200 an Größe zunimmt, was mit einem erhöhten Risiko für eine Kollision gleichzuset- zen ist. Umgekehrt bedeutet eine sich verringernde Größe eine Abnahme des Kollisionsrisikos. Ebenso lässt sich durch einen Vergleich mehrerer nacheinander aufgenommener Gesamtbilder 35 auf die Bewegung eines potenziellen Hindernisses 200 relativ zum ersten Luftfahrzeug 100 schließen.
Um die Funktion des optischen Bilderfassungssystems 1 zu ge- währleisten, ist eine möglichst unverschmut zte Optik der Bil¬ derfassungssensoren 30a-30f erforderlich. So könnte bei¬ spielsweise ein Insekt, das im Flug auf die Optik eines der Bilderfassungssensoren 30a-30f aufprallt und dort verbleibt, zu einer Fehlfunktion des Systems führen, wenn es als poten- zielles Hindernis für eine möglicherweise bevorstehende Kol¬ lision interpretiert. Außerdem könnte es evtl. ein tatsäch¬ lich auf Kollisionskurs befindliches Hindernis verdecken, wenn sich dieses in dem "toten" Raumwinkelbereich befindet, der durch das Insekt erzeugt wird.
Daher ist es bei dem System optional vorgesehen, dass die Lichteintrittsöffnungen von einem, mehreren oder allen Bil¬ derfassungssensoren 30a-30f jeweils von einer durchsichtigen Abdeckung 40 vor Verschmutzung geschützt sind. Eine solche durchsichtige Abdeckung 40 kann sich auch ununterbrochen über die Lichteintrittsöffnungen von zwei, mehreren oder - wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist - allen Bilderfassungssenso¬ ren 30a-30f hinweg erstrecken und diese vor Verunreinigungen und Beschädigungen schützen. Damit die optische Abbildung durch die durchsichtige Abdeckung 40 nicht beeinträchtigt wird, kann die durchsichtige Abdeckung 40 quasi brechungsfrei ausgestaltet sein.
Optional ist eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen, die auch während des Betriebs des ersten Luftfahrzeugs 100, also im
Flug, betrieben werden kann. Hierbei kann es sich beispiels¬ weise um eine Waschvorrichtung handeln, z.B. um eine Düse, die die durchsichtige Abdeckung 40 mit einer Reinigungsflüs¬ sigkeit besprüht. Ergänzend oder alternativ dazu kann auch ein beweglicher Schaber vorgesehen sein, der beispielsweise als Scheibenwischer ausgebildet sein kann, wie er z.B. bei Kraftfahrzeugen von Scheinwerferreinigungsanlagen verwendet wird .
Ergänzend oder alternativ kann die durchsichtige Abdeckung 40 auswechselbar sein, beispielsweise in Form einer geschraub¬ ten, geklammerten oder gesteckten transparenten Kunststoff¬ scheibe. Ebenso kann als durchsichtige Abdeckung 40 in Form einer transparenten Folie aufgeklebt werden. Es ist auch denkbar, ausreichend Folie für einen oder mehrere Flüge auf einer Spule aufzurollen, wobei das Ende der Folie auf einer anderen Spule befestig wird, und diese bei Verschmutzung, ähnlich dem Film in einer Kamera stückweise aufgerollt wird.
Damit das System auch bei Bedingungen arbeitet kann die Optik des Sichtsystems mit Objektiven ausgestattet werden, welche das sichtbare Licht filtert und nur das Licht im Nahen Infra¬ rot Bereich (NIR) oder im kurzen Infrarot Bereich (SWIR) durchläset . Das in Figur 1 gezeigte System umfasst außerdem ein Transpon- dersystem 2, das Daten empfangen kann, welche aktiv von einem potenziellen Hindernis 200 gesendet werden. Hierzu ist eine Transponderantenne 21 vorgesehen, welche die empfangenen Da¬ ten an das Transpondersystem 2 (z.B. "ADS-B In") weiterlei- tet .
Flugfunktransponder (TPX oder XPDR) sind Sekundärradar- Transponder zur Identifizierung von Flugzeugen. Das geschieht über den sogenannten Transpondercode, auch "Squawk" genannt, einen vierstelligen Oktalzahl-Code, der durch den Piloten am Transponder nach Aufforderung durch die Luftraumüberwachung eingestellt wird. Transponder haben unterschiedliche Be¬ triebsarten: Bei einer Mode A Anfrage wird nur der Squawk übermittelt, bei einer Mode C Anfrage wird die Flughöhe über Normaldruck (Flugfläche) übermittelt und bei einer Mode S
Anfrage (Mode Selektive, seit einigen Jahren in vielen Län¬ dern in der kommerziellen, zivilen Luftfahrt vorgeschrieben) wird zusätzlich zu dem Squawk und der Flughöhe eine 24-bit- Identifizierungscode übermittelt, die jedem Flugzeug (ähnlich wie ein KFZ -Kenn zei chen) eindeutig zugeordnet ist. Zudem kann die Bodenstation (der "Tower") gezielt bestimmte Transponder abfragen. Die Transpondersignale werden von den Luftfahrzeu¬ gen auf einer genormten Frequenz von 1090 MHz gesendet.
Obwohl die Transponderdaten zusammen mit den Primärradardaten auf den Radarschirmen der Flugüberwachung dargestellt werden, handelt es sich hierbei um ein eigenständiges System. Meist ist allerdings die Richtantenne für die Transponderabfrage fest an der sich drehenden Primärradarantenne der Bodenstati¬ on montiert. Durch einen geringfügigen Versatz zur Primärra¬ darantenne werden die verschiedenen Signallaufzeiten vom Pri- märradarsignal und Transpondersignal korrigiert, um durch ein gleichzeitiges Vorliegen beider Signale eine bessere Zuord¬ nung des Primärechos zur Sekundärantwort zu ermöglichen. Die Anfragefrequenz liegt bei 1030 MHz. Eine Besonderheit der Mode-S-fähigen Transponder ist der so¬ genannte Squitter-Mode, bei dem der Transponder unabhängig von einer Abfrage und in regelmäßigen Abständen zum Beispiel GPS-Position und Identifizierung als Rundspruch sendet (diese Eigenschaft wird als "Automatic Dependent Surveil Lance - Broadcast " , kurz ADS-B bezeichnet) . Die Unterstützung dieses Modes ist in vielen Ländern (noch) nicht verpflichtend. Auch sind noch nicht alle Mode-S-fähigen Transponder technisch in der Lage, eine solche Nachricht zu versenden. Der von einem Fahrzeug, das potentiell ein Hindernis darstellen kann, emp- fangene Transpondercode enthält also nicht zwangsläufig Posi- tions- oder Geschwindigkeitsinformation des sendenden Fahr¬ zeuges .
Sofern das potentielle Hindernis (z.B. das Verkehrsflugzeug 200) Informationen betreffend seine Position oder seine Ge¬ schwindigkeit sendet, enthalten die von der Transponderanten- ne 21 des eigenen Fahrzeuges empfangenen Daten Angaben über die Position des Hindernisses, z.B. die aktuellen Werte des Längengrades, des Breitengrades und der Flughöhe des zweiten Luftfahrzeuges 200 enthalten, so dass dessen aktuelle Positi¬ on gegenüber dem Erdkoordinatensystem ermittelt werden kann. Die über die Transponderantenne 21 empfangenen und mit Hilfe des Transpondersystems 2 verarbeiten Daten können weiterhin Angaben über den Bewegungszustand des zweiten Luftfahrzeuges enthalten, beispielsweise die aktuellen Werte zu dessen Ge¬ schwindigkeit, Bewegungsrichtung und Flughöhe gegenüber der Erde, und/oder zu Änderungen der Geschwindigkeit, der Bewe¬ gungsrichtung und der Flughöhe.
Sofern das potentielle Hindernis (z.B. das Verkehrsflugzeug 200) Informationen betreffend seine Position oder seine Ge- schwindigkeit nicht sendet, kann gemäß einem Ausführungsbei¬ spiel der Erfindung die Position des Hindernisses dennoch aus dem empfangenen Transpondersignal mit Hilfe einer speziellen Transponderantenne 21 ermittelt werden. Figur 5 zeigt ein Beispiel einer Transponderantenne 21, de¬ rart aus mehreren Antennenelementen 22 aufgebaut ist, dass aus den Signalen der einzelnen Antennenelemente die Richtung (Azimutwinkel OC) berechnet werden kann, unter der das poten¬ tielle Hindernis (Flugzeug 200) ein (z.B. Mode A, C oder S) Transpondersignal TP sendet. Da die Sendefrequenz, auf der das Transpondersignal TP gesendet wird, bekannt ist (in der Luftfahrt ist die normierte Frequenz 1090 MHz), kann auch die Relativgeschwindigkeit des Hindernisses 200 relativ zum eige¬ nen Fahrzeug 100 ermittelt werden, indem die Dopplerverschie- bung der Frequenz des Transpondersignals TP ausgewertet wird. Auch eine Positionsmessung des Hindernisses 200 relativ zum eigenen Fahrzeug 100 kommt in Betracht. Dafür könnte der emp¬ fangene Signalpegel ausgewertet werden oder mit der Anordnung von zwei Antennen am Fahrzeug, deren Abstand zueinander be- kannt ist, mittels Triangulation bestimmt werden. Die genier¬ ten Daten können dann in einem Kaiman-Filter zur Beobachtung des Abstandes verwendet werden. Die erwähnte Bestimmung der Position des Hindernisses mit Hilfe des von dem Hindernis ausgesendeten und über die Trans- ponderantenne 21 empfangenen Transpondersignals TP ist in der Figur 6 veranschaulicht. Mit Hilfe einer Transponder-
Empfangsantenne 21 gemäß Fig. 5 ist es (aufgrund ihrer Richt¬ charakteristik) möglich, die Richtung (Azimutwinkel OL) zu bestimmen, aus der das vom Hindernis gesendete Transponder- signal TP kommt. Mit Hilfe von zumindest zwei derartiger Transponderempfangsantennen 21 (die am Fahrzeug 100 in defi¬ nierten Abstand, z.B. an den Tragflächen, montiert sind) ist nun eine Positionsbestimmung des Hindernisses über eine
Triangulation möglich. Diese Situation ist in Figur 6a dar¬ gestellt. In dem dargestellten Beispiel ist an der linken Tragfläche des Fahrzeuges 100 eine erste Antenne 21 angeord¬ net, die das vom Hindernis 200 ausgesandte Transpondersignal TP unter einem Winkel OCi empfängt. Mit Hilfe einer zweiten, auf der rechten Tragfläche angeordneten Antenne 21 wird das¬ selbe Transpondersignal TP unter einem Winkel 0C2 empfangen. Unter Berücksichtigung eines Abstandes b zwischen den beiden Antennen 21 kann aus den Winkeln OCi und 0C2 die Position des Hindernisses 200 (relativ zum Fahrzeug 100) bestimmt werden. Die Figur 6b illustriert, dass die gleiche Vorgehensweise auch zur Bestimmung des Elevat ionswinkels ß , unter dem das Hindernis 200 vom Fahrzeug 100 aus "gesehen" wird, verwendet werden kann.
Zusätzlich kann zur Positionsbestimmung des Hindernisses 200 die Transponderantenne 21 als Empfangsantenne für ein passi- ves Radar verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein aktives Radar zur Messung der Position des Hinder¬ nisses dadurch realisiert werden, dass das eigene Flugzeug 100 einen Transpondercode über die Transponder-Antenne 21 sendet und das am Hindernis 200 reflektierte eigene Signal wieder empfängt. Über die Laufzeit des eigenen Transponder¬ signals lässt sich der Abstand ermitteln. Eine Richtcharakte- ristik der Transponderantenne 21 lässt sich auch durch an sich bekannte Methoden des Digital-Beam-Forming erreichen.
Zur sicheren Navigation kann auch weitere Information, wie z. B. NOTAMs und Wetterinformation aus dem TeletextSignal von Fernsehstation, Spracherkennung der ATIS, sowie AIRMET, SIG- MET, GAMET, Long/ Short-TAF , ALPFOR, GAFOR, etc. (Fluginforma¬ tionsdienste und Wetterdienste) auf dem Flugzeug oder auf der Basisstation ausgewertet werden. Aus dem Internet kann die Basisstation weitere Informationen wie z. B. das globale Luftlagebild, Wolkenformationen, gefährlichen Wetterzonen auswerten und diese Information dann mittels Datenlink, GSM, UMTS, Iridium,... an das Ausweichsystem im Flugzeug schicken, um dort in die Missionsplanung einzufließen. Zur weiteren Ge- nerierung von Wetterinformation kann auch ein mitgeführtes Wetterradar in das System eingebunden werden.
Figur 7 zeigt eine schematische Ubersicht über das Zusammen¬ wirken der einzelnen Komponenten des Systems. Das System um- fasst einen ersten Systemteil I, der sich an Bord des ersten Luftfahrzeuges 100 befindet, sowie einen optionalen zweiten Systemteil II, der sich nicht an Bord des ersten Luftfahrzeu ges 100 sondern beispielsweise am Boden befindet. Der erste Systemteil I weist eine Netzwerk 10 auf, über das die weiteren Bestandteile des Systemteils I gekoppelt sind und bei Bedarf miteinander kommunizieren und soweit erforder¬ lich Daten austauschen können. Das bereits erläuterte opti¬ sche Bilderfassungssystem 1 und das Transpondersystem 2 sind Bestandteile des ersten Systemteils I und jeweils über eine
Datenvorverarbeitung 3 bzw. 4 mit dem Netzwerk gekoppelt. Die Datenvorverarbeitungen 3 und 4 bereiten die vom Bilderfas¬ sungssystem 1 bzw. vom Transpondersystem 2 bereitgestellten Daten so auf, dass sie von weiteren am Netzwerk angeschlosse- nen Komponenten weiterverarbeitet werden können. Eine dieser weiteren Komponenten des ersten Systemteils I ist ein Kollisions- und Ausweichmodul 5, das ebenfalls an das Netzwerk 10 gekoppelt ist. Es ist dazu ausgebildet, die Kol¬ lisionsgefahr zwischen dem ersten Luftfahrzeug 100 und einem Hindernis, im Beispiel dem erläuterten zweiten Luftfahrzeug 200, auf Grundlage der bildbasierten Daten und/oder der transponderbasierte Daten, die es über die Datenvorverarbei- tungen 3 und 4 und das Netzwerk 10 von dem optischen Bilder¬ fassungssystem 1 bzw. dem Transpondersystem 2 erhält, zu er- mittein, soweit diese Daten verfügbar sind. Falls das zweite Luftfahrzeug 200 nicht seinerseits über einen Transponder verfügt, über das es drahtlos Daten zu seiner Position und/oder seine Bewegungsdaten für Dritte bereitstellt, so können das Transpondersystem 2 und die Datenvorverarbeitung 4 selbstverständlich keine entsprechend aufbereiteten Daten weiterleiten. Hier liegt der Vorteil des in diesem Sinne re¬ dundanten optischen Bilderkennungssystems 1, da es nicht auf Informationen angewiesen ist, die das zweite Luftfahrzeug 200 aktiv bereitstellt.
Unabhängig davon, ob von dem optischen Bilderkennungssystem 1 und dem Transpondersystem 2 bei oder nur eines dazu in der Lage ist, Daten zur Verfügung zu stellen, ermittelt das Kol¬ lisions- und Ausweichmodul 5 auf Grundlage der verfügbaren Daten die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Kollision mit einem Hindernis 200. Wird dabei eine Kollisionsgefahr festgestellt, kann es ein Warnsignal abgeben, so dass eine Bedienperson eingreifen und eine Kollision durch eine geeig¬ nete Kurs- und/oder Höhen- und/oder Geschwindigkeitsänderung des ersten Luftfahrzeuges 100 abwenden kann. Die Bedienperson kann sich dabei an Bord des ersten Luftfahrzeugs 100 befin¬ den, aber auch am Boden, beispielsweise wenn das Luftfahrzeug unbemannt ist und vom Boden aus ferngesteuert wird. Alternativ oder ergänzend kann eine solche Kollision auch durch eine Kopplung des Systems an einen Autopiloten, der zu¬ mindest vorübergehend die Steuerung des ersten Luftfahrzeugs 100 zum Zwecke der o.g. Kollisionsvermeidung anhand der glei¬ chen erläuterten Flugmanöver übernimmt, vermieden werden.
Der optionale zweite Systemteil II ist für den Fall vorgese- hen, dass das erste Luftfahrzeug beispielsweise vom Boden oder einem anderen Luftfahrzeug aus fernsteuerbar sein soll. Hierzu ist eine Basisstation 11 vorgesehen, die sich nicht an Bord des ersten Luftfahrzeuges 100 befindet. Die Kommunikati¬ on zwischen dem ersten Systemteil I und dem zweiten System- teil II erfolgt über ein erstes Modem 9 des ersten System¬ teils I, das mit dem Netzwerk 10 gekoppelt ist und das mit einem zweiten Modem 12 des zweiten Systemteils II Daten aus¬ tauscht . Das erste Modem 9 und das zweite Modem 12 können dazu ausge¬ bildet sein, nur über eine einzige oder - zur Erhöhung der Sicherheit - über zwei oder mehr verschiedenartige Verbin¬ dungsarten miteinander zu kommunizieren. Als Verbindungsarten in diesem Sinne werden angesehen: eine Sichtverbindung; eine GSM/UMTS-Verbindung; eine Satellitenverbindung, wobei derar¬ tige Verbindungen einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander vorgesehen sein können.
Für den Fall, dass das System dazu ausgebildet sind, über mindestens zwei Verbindungsarten miteinander zu kommunizie¬ ren, ist eine Verbindungsqualitätsbewertungseinheit 8 vorge¬ sehen, die an das Netzwerk 10 angeschlossen ist und die dazu ausgebildet ist, die Qualität einer oder ggf. mehrer beste¬ hender Verbindungen zu überwachen. Falls dabei festgestellt wird, dass eine die Verbindungsqualität einen bestimmten
Grenzwert unterschreitet oder die Verbindung ganz abbricht, kann die Verbindungsqualitätsbewertungseinheit 8 veranlassen, dass auf eine andere Verbindungsart umgeschaltet wird. Auf diese Weise kann eine zuverlässige bidirektionale Kommunika- tion zwischen dem ersten Modem 9 und dem zweiten Modem 12 und damit zwischen dem ersten Systemteil I und dem zweiten Sys¬ temteil II sichergestellt werden. Weiterhin umfasst der erste Systemteil I eine ebenfalls an das Netzwerk 10 angeschlossene einer Bildwiedergabeberech- nungseinheit 6. Diese empfängt über das Netzwerk 10 Darstel- lungsbilddaten, um sie über das erste Modem 9 und das zweite Modem 12 an die Basisstation 11 weiterzuleiten und an einer Bildwiedergabeeinheit 13 anzuzeigen, die mit der Basisstation 11 gekoppelt oder koppelbar ist, wobei die Darstellungsdaten wurden auf Grundlage der Bilddaten ermittelt wurden.
Bei der Bildwiedergabeeinheit 13 kann es sich beispielsweise um einen Monitor handeln, oder um eine Videobrille. Eine sol¬ che Videobrille kann optional eine Lagemessung aufweisen, mit der eine Nickbewegung und/oder eine Drehbewegung eines Trä- gers der Videobrille erfasst werden kann. Die Lagedaten kön¬ nen über die Basisstation 11, das zweite Modem 12, das erste Modem 9 und das Netzwerk 10 an die Bildwiedergabeberechnungs- einheit 6 übertragen werden, die darauf basierend die Dar¬ stellungsbilddaten in Abhängigkeit von den Lagedaten dyna- misch in lagekorrigierte Darstellungsbilddaten konvertiert und auf umgekehrten Weg zur Anzeige an die Videobrille sen¬ det .
Die Darstellungsbilddaten und damit das auf der Bildwiederga- beeinheit 13 können das Gesamtbild repräsentieren, oder zu¬ mindest einen Ausschnitt 36 des Gesamtbildes 35. Wie in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist, kann der Ausschnitt 36 auch um einen bestimmten Zoomfaktor vergrößert oder verkleinert sein. Hierzu kann die Basisstation 11 ein entsprechender Zoomfaktor an die Bildwiedergabeberechnungseinheit 6 übertra¬ gen werden, die dann ein entsprechend gezoomtes Bild an die Bildwiedergabeeinheit 13 sendet.
Optional kann die Bildwiedergabeberechnungseinheit 6 dazu ausgebildet sein, in Zusammenarbeit mit dem Kollisions- und Ausweichmodul 5 eine Markierung einzuarbeiten, die ein als Hindernis 200 erkanntes Objekt kennzeichnet. Figur 4 zeigt beispielhaft eine solche Markierung 37, die in auf der Bild¬ wiedergabeeinheit 13 zu erkennen ist.
Figur 1 zeigt außerdem ein optionales, nicht in Figur 7 dar- gestelltes Transpondersystem, das ebenfalls an den das Netz¬ werk 10 angeschlossen ist, und das basierend auf einem von der internationalen zivilen Luftfahrtorganisation ICAO nicht zertifizierten Standard (868 MHz) genormte Kollisionswarnda¬ ten übermittelt (häufig in Segel- und sonstigen Kleinflugzeu- gen eingesetzt) .
Die Vorhersage eines Kollisionspfades kann bei der vorliegen¬ den Erfindung nach denselben Verfahren erfolgen, wie dies in den Anmeldungen DE 10 2008 033 128 vom 15.07.2008 und AT 507 035 vom 06.03.2009 erläutert wurde. Diese beiden Anmeldungen werden hiermit explizit vollumfänglich in die vorliegende An¬ meldung mit einbezogen.

Claims

Patentansprüche
1. System zur Warnung vor Kollisionen zwischen einem Fahrzeug (100) und einem Hindernis (200), wobei das System folgende Komponenten umfasst:
ein Transpondersystem (2) mit zumindest einer Transpon- der-Antenne (21), die Richtcharakteristik aufweist, und mit zumindest einer Transpondersignal-Empfangseinheit zum Empfang von Transponderdaten, die von dem Hindernis (200) ausgesendet werden, wobei das Transpondersystem dazu ausgebildet ist, das Hindernis zu orten, indem die Richtung ermittelt wird, aus der das Transpondersignal gesendet wurde.
2. Das System nach Anspruch 1, wobei das Transpondersystem dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Hindernisses zu ermitteln, indem die Dopplerverschiebung der Frequenz des Transpondersignals ermittelt wird.
3. Das System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens zwei Transponder-Antennen (21) in definiertem Abstand an dem Fahrzeug (100) angeordnet sind, und das Transpondersystem (2) dazu ausgebildet ist, das Hindernis (200) mit Hilfe von
Triangulation zu lokalisieren.
4. Das System gemäß Anspruch 3, bei dem die erste Transpon- der-Antenne (21) das Transpondersignal aus einem ersten Win¬ kel (OCi) und die zweite Transponder-Antenne (21) das Trans¬ pondersignal aus einem zweiten Winkel (0C2) empfängt, und das Transpondersystem (2) dazu ausgebildet ist, die Winkel (OCi, 0C2) zu ermitteln und aus diesen, sowie aus dem Abstand der
Transponder-Antennen (21) zueinander die Relativposition des Hindernisses (200) in Bezug auf das Fahrzeug zu bestimmen.
5. Das System gemäß Anspruch 3, bei dem das Transpondersystem (2) weiter dazu ausgebildet ist, aus den von den Transponder- antennen (21) empfangenen Signalen den Elevat ionswinkel (ß) des Hindernisses (200) in Bezug auf das Fahrzeug (100) zu be¬ stimmen .
6. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Transpondersystem (2) zumindest eine Transpondersignal-
Empfangseinheit zum Empfang von Transponderdaten aufweist, die Daten über die Position und/oder über den Bewegungszu¬ stand eines Hindernisses (200) beinhalten, und wobei das Sys¬ tem folgende weitere Komponenten umfasst: ein optisches Bilderfassungssystem (1) zur optischen Er¬ fassung eines Gesamtbildes (35) mit einem Hindernis (200), wobei das Bilderfassungssystem (1) Bilddaten bereitstellt, sowie bildbasierte Daten über die Position und/oder über den Bewegungszustand eines Hindernisse (200); ein Kollisions- und Ausweichmodul (5) , das ebenso wie das optische Bilderfassungssystem (1) und das Transpondersys¬ tem (2) an ein Netzwerk (10) gekoppelt ist, und das dazu aus¬ gebildet ist,
- die Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug (100) und ei¬ nem Hindernis (200) auf Grundlage der bildbasierten Da¬ ten und/oder der transponderbasierte Daten zu ermitteln, soweit diese Daten verfügbar sind;
- im Fall einer Kollisionsgefahr ein Warnsignal über eine möglicherweise bevorstehende Kollision bereitzustellen und/oder automatisch eine Änderung des Bewegungszustan¬ des des Fahrzeuges (100) zu veranlassen, um eine Kolli¬ sion mit dem Hindernis (200) zu vermeiden.
7. System nach Anspruch 6, bei dem das optische Bilderfas¬ sungssystem einen oder mehrere elektro-optische Bilderfas¬ sungssensoren (30a-30f) aufweist, wobei sich im Fall von meh¬ reren Bilderfassungssensoren (30a-30f) die Zielbereiche der Bilderfassungssensoren (30a-30f) überlagern.
8. System nach Anspruch 7, das dazu ausgebildet ist, im Fall von mehreren Bilderfassungssensoren (30a-30f) das Gesamtbild (35) aus Einzelbildern (31a-31f) zusammenzufügen, von denen jedes den Zielbereich eines anderen der Bilderfassungssenso¬ ren (30a-30f) wiedergibt.
9. System nach Anspruch 7 oder 8, bei dem einer, mehrere oder alle Bilderfassungssensoren (30a-30f) jeweils eine Lichtein- trittsöffnung aufweisen, die von einer durchsichtigen Abde¬ ckung (40) vor Verschmutzung geschützt sind.
10. System nach Anspruch 9, bei dem die durchsichtige Abde¬ ckung (40) die Lichteintrittsöffnungen von zwei oder mehr Bilderfassungssensoren (30a-30f) schützt.
11. System nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die durchsichtige Abdeckung (40) quasi brechungsfrei ist.
12. System gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die durchsichtige Abdeckung (40) auswechselbar ist, und/oder bei dem eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der durchsichti¬ gen Abdeckung (40) vorgesehen ist.
13. System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einem ersten Modem (9), das mit dem Netzwerk (10) gekop¬ pelt ist; einer Basisstation (11), die sich nicht an Bord des
Fahrzeugs (100) befindet, und die ein zweites Modem (12) zur Kommunikation mit dem ersten Modem (9) aufweist.
14. System gemäß Anspruch 13, bei dem das erste Modem (9) und das zweite Modem (12) dazu ausgebildet sind, über eine Ver¬ bindungsart oder über zwei oder mehr verschiedenartige Ver¬ bindungsarten miteinander zu kommunizieren.
15. System gemäß Anspruch 14, bei dem das erste Modem (9) und das zweite Modem (12) dazu ausgebildet sind, über genau eine, zwei beliebige oder jede der folgenden Verbindungsarten mi- teinander zu kommunizieren: eine Sichtverbindung; eine
GSM/UMTS-Verbindung; eine Satellitenverbindung.
16. System gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem das erste Modem (9) und das zweite Modem (12) dazu ausgebildet sind, über mindestens zwei Verbindungsarten miteinander zu kommunizieren, und wobei das System eine Verbindungsquali¬ tätsbewertungseinheit (8) dazu ausgebildet ist, die Qualität einer bestehenden Verbindung zu überwachen und, wenn die Ver¬ bindungsqualität einen bestimmten Grenzwert unterschreitet oder die Verbindung abbricht, auf eine andere Verbindungsart umzuschalten .
17. System gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16 mit einer Bildwiedergabeberechnungseinheit (6), die über das
Netzwerk (10) mit dem optischen Bilderfassungssystem (1) und mit dem ersten Modem (9) gekoppelt ist; einer Bildwiedergabeeinheit (13), die mit der Basissta- tion (11) gekoppelt oder koppelbar ist, und die körperlich nicht mit dem Fahrzeug (100) verbunden ist; wobei die Bildwiedergabeeinheit (13) dazu ausgebildet ist, Darstellungsbilddaten, die mittels der Bildwidergabebe- rechnungseinheit (6) auf Grundlage der Bilddaten ermittelt wurden, nach deren Übertragung von der Bildwiedergabeberech- nungseinheit (6) über das Netzwerk (10), das erste Modem (9) und das zweite Modem (12) zu empfangen und anzuzeigen.
18. System gemäß Anspruch 17, bei dem die Bildwiedergabeein¬ heit (13) als Videobrille ausgebildet ist.
19. System gemäß Anspruch 13, bei dem die Videobrille eine Lagemessung aufweist, mit der eine Nickbewegung und/oder eine Drehbewegung eines Trägers der Videobrille erfasst werden kann .
20. System gemäß Anspruch 19, das dazu ausgebildet ist, auf der Lagemessung basierende Lagedaten über die Basisstation (11), das zweite Modem (12), das erste Modem (9) und das Netzwerk (10) an die Bildwiedergabeberechnungseinheit (6) zu übertragen.
21. System gemäß Anspruch 20, bei dem die Bildwiedergabebe- rechnungseinheit (6) dazu ausgebildet ist, die Darstellungs¬ bilddaten in Abhängigkeit von den Lagedaten dynamisch in la- gekorrigierte Darstellungsbilddaten zu konvertieren.
22. System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem die Darstellungsbilddaten das Gesamtbild (35) repräsentieren, oder zumindest einen Ausschnitt (36) des Gesamtbildes (35) , in dem sich ein als kollisionrelevant erkanntes Hindernis (200) befindet.
23. System gemäß Anspruch 22, bei dem die Darstellungsbildda¬ ten eine Markierung (37) enthalten, die das als kollisionre- levant erkannte Hindernis (200) kennzeichnet.
24. System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, bei dem die Basisstation (11) dazu ausgebildet ist, über das zweite Modem (12), das erste Modem (9) und das Netzwerk (10) Zoomparameter an die Bildwiedergabeberechnungseinheit (6) zu übertragen; die Bildwiedergabeberechnungseinheit (6) dazu ausgebil- det ist, die Darstellungsbilddaten in Abhängigkeit von den
Zoomparametern dynamisch in zoomkorrigierte Darstellungsbild¬ daten zu konvertieren.
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