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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    Sensorsystem zur Hinderniserkennung, das mittels elektromagnetischer Impulse durch Rotation mehrerer Mehrkanal-Sende- und Empfangseinheiten den Raum im Winkelbereich 30 DEG -60 DEG Elevation und 360 DEG Azimut und Entfernungsbereich bis 1 km abtastet.
    公开号:DE102004014041A1
    申请号:DE102004014041
    申请日:2004-03-19
    公开日:2005-10-13
    发明作者:Martin Spies；Johann Spies
    申请人:Johann Spies；Martin Spies；
    IPC主号:G01S7-481
    专利说明:
    [0001] ZurHinderniserkennung fürBoden- und Luftfahrzeuge sind im wesentlichen folgende Sensoren bekannt: Radarsensorenmit Einzel- oder umlaufender Antenne.
    [0002] OptischeSensoren nach dem Laufzeitverfahren mit Spiegelabtastung z. B. – DE 101 46 692 A1 – DE 101 14 362 C2 – US 5,210,586 – Sensorendie auf Transponderbasis arbeiten.
    [0003] Allediese Sensoren haben den Nachteil, dass sie kleine Hindernisse wieDrähteoder Segelflugzeuge mit sehr kleiner Frontfläche nicht erkennen.
    [0004] Aufgabeder Erfindung ist es, ein Sensorsystem zu erstellen, das kleineHindernisse übereine Entfernungsmessung nach z. B. dem Pulslaufzeitverfahren elektromagnetischerStrahlung erkennt und zuordnet. Darüber hinaus eine hohe Winkelauflösung inallen Abtastbereichen z. B. 30° -60° in derElevation und 360° imAzimut aufweist und eine hohe Energiedichte am Ort des Hindernisseserzeugt und zugleich mit wenig Volumen und Gewicht darstellbar ist.
    [0005] DieErfindung wird anhand der 1 bis 6 beschrieben.
    [0006] Entsprechend 1 bestehtdas Sensorsystem aus einem Sensorkopf 1a der um seine Achse 1b rotiert.Im Sensorkopf befindet sich z. B. eine Laserzeile mit mehreren Einzellasern 101 zurErzeugung von Lichtimpulsen die von der Treiberelektronik 102 angesteuertwird. Die Laserzeile wird überdie Optik 103 auf die Umgebung abgebildet. Die von HindernissenrückgestreuteEnergie wird überdie Optik 107 empfangen und auf die Empfängerzeile 104 z.B. bestehend aus einer Reihe von Fotodioden abgebildet. Die weitereSignalkonditionierung erfolgt in der Elektronik 105. Durcheinen Strahlteiler 106 der für die Wellenlänge desLasers 101 durchlässigist und zugleich als Filter fürden Empfänger 104 dient,wird derjenige Wellenlängenbereichdes Lichtes, der nicht der Laserwellenlänge zugeordnet ist, auf denBild- oder Zeilensensor 108 gleitet und über dieElektronik 109 ausgewertet. Zur gesamten Signalauswertung undSpannungsversorgung füralle Komponenten im Sensorkopf 1a dienen die Elektronikplatinen 112a und 112b.
    [0007] DieEntfernungsmessung zum Hindernis hin erfolgt durch die Bestimmungder Laufzeit z. B. nach einem der durch die Schriften – DE 197 17 399 C2 – DE 101 62 668 B4 – DE 41 27 168 C1bekanntenund beschriebenen Verfahren.
    [0008] DieVersorgung des rotierenden Teiles erfolgt mit aus der DE 101 14 362 C2 bekanntenEnergieübertragungdurch induktive Koppelung. Die Datenübertragung in und aus dem Sensorkopf 1a erfolgt über dieoptischen Sende- und Empfangsgruppen 113 und 114.Der Antrieb erfolgt z. B. überden Zahnkranz 118 und dem Motor 120 über seinRitzel 119. Der Motor gibt z. B. durch Schrittsteuerungdirekt die Winkelinkremente vor und diese sind damit durch die Motorsteuerungbestimmt und bekannt. Die Signalverarbeitung, Steuerung des Motors,Stromversorgung und Schnittstelle zum Fahrzeug oder Fluggerät erfolgtin der Elektronik 117. Gegen Umwelteinflüsse istdas System mit dem transparenten Gehäuse 121 geschützt. Die übrigen Komponentensind durch das Gehäuse 122 geschützt. DasSystem wird am Gerät mitdem Flansch 123 befestigt. Die Linsensysteme 107 und 103 sindin einem gesonderten Rahmen 110 und 111 befestigtund könnenmit diesem übereinen Hubmotor 124 in axiale Richtung verschoben werden.Damit könnenmehrere Winkelbereiche abgescannt werden oder der Elevationswinkelkann statisch oder dynamisch dem geplanten Flug- oder Fahrmanöver angepasstwerden.
    [0009] DieAbtastung der Umgebung erfolgt gemäß 2. Im Sensorsystem 121 sinddrei Abtastsysteme gemäß 1 untergebracht,die den Azimut jeweils z. B. um 120° versetzt abtasten, so dassmit einem Umlauf nacheinander die Bereiche 205, 206 und 207 abgetastetwerden. Jeder Bereich wird überdie Einzellaser 202, die in der Laserzeile 201 zusammengefasstist beleuchtet. Die Zuordnung der Information zu den einzelnen Winkelbereichenerfolgt durch sequentielles Ansteuern der einzelnen Laserdiodenoder zumindest durch sequentielles Ansteuern einzelner Laserdiodengruppen.Die drei aufgezeichneten um 120° verdrehtenAbtastbereiche 205, 206 und 207 sowie 208, 209 und 210 können parallel abgetastetwerden. Nach einem Umlauf wird der Hubmotor 124 gemäß 1 betätigt unddie Linsengruppen verschoben, so dass dann die Elevationsbereiche 208, 209 und 210 abgetastetwerden. dies ist nur als Beispiel dargestellt. Es können durchden Hubmotor 124 mehrere Positionen angefahren werden.
    [0010] Derjeweilige Elevationsbereich 205 bis 210 ist Sendeseitigz. B. entsprechend 201 in 16 Sendestrahlbereiche 202,erzeugt durch die einzelnen Laserdioden, aufgeteilt. Die Empfangsbereiche 203 enthaltenEmpfangsfläche 204 indenen die Sendestrahlbereiche 202 etwas kleiner abgebildetwerden. Damit werden Justagetoleranzen und Laufzeitunterschiedewährendder Abtastung und Drehbewegung ausgeglichen. Die einzelnen Entfernungsbereiche 202 werdenwährenddes Umlaufs sequentiell oder teilweise parallel dargestellt.
    [0011] Derpassive Empfangsteil 108/109 besteht z. B. auseinem CMOS-Sensor mit einer hohen Zahl an Bildpunkten für den sichtbarenBereich des Lichtes. Dieser ist entweder analog dem Empfänger 104 als Zeile 204 mit10 bis 3000 Bildpunkten ausgebildet oder als Fläche 211 mit 100 bis10 Millionen Bildpunkten der in der Lage so justiert ist, dass dieSenderabbildungen 202 etwa in der Mitte angeordnet sind.Anstatt des sichtbaren Bereiches des Lichtes kann auch der Infrarotbereichz. B. 8 - 12 μmbenutzt werden um die Wärmestrahlungder Hindernisse auszuwerten.
    [0012] Umdas Gesamtsystem möglichstklein und leicht zu gestalten sind die drei Abtastsysteme entsprechend 3 ineinandergeschachtelt.Die Sendeeinheit besteht damit aus den Optiken 103a, 103b und 103c diejeweils um 120° verdrehtsind und jeweils die Lasergruppen 101a/102a, 101b/102b und 101c/102c aufdie Umgebung abbilden. Analog dazu ist die Abbildung der Umgebungauf die Empfänger entsprechend 3 gestaltet.Hier bilden die Optiken 107a, 107b und 107c dieUmgebung und die von den Laser beleuchteten Bereichen jeweils aufdie Empfangsgruppen 104a/105a, 104b/105b,und 104c/105c ab. Die Strahlengänge sindgemäß 4 ineinandergeschachtelt.Um gerade die fürdie Laufzeitmessung nötigeschnelle Signalverarbeitung nicht durch Übertragungswege zu beeinträchtigen, wirddie gesamte Entfernungsauswertung im rotierenden Sensorkopf vorgenommen.
    [0013] DasBlockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems ist in 5 dargestellt.Im rotierenden Teil 501 befinden sich neben den in der 1 bis 4 beschriebenenKomponenten die Videoaufbereitung 502, die das Timing inAbhängigkeitvon der Laserabtastung steuert und aus den Schwarz-Weiß- bzw. Farbkontrastenrelevante Objektumrisse oder Lichtquellen der Objekte auswertet.Ebenso ist die Signalakquisition und Signalaufbereitung für die Abstandsmessungund das Pre-Tracking,das bereits die Signale sortiert und den Winkelbereichen zuordnetund den Vergleich mit dem Videosignal durchführt im rotierenden Teil 501 enthalten.Außerdembefindet sich im rotierenden Teil 501 auch die Hubmotorsteuerung. Imstehenden Teil 510 befinden sich neben der in 1 beschriebenenKomponenten die Gesamtsteuerung mit dem Gesamt-Tracking und derDatenaufbereitung 511 sowie die Stromversorgung und die Schnittstellezum Gesamtsystem 512.
    [0014] Imeinfachsten Fall erfolgt die Auswertung der Lage von Hindernissendurch die Auswertung der gewonnenen Entfernungsinformationen, diedurch die Lage der Abtastflächen,die Zuordnung zum jeweiligen System und durch den Drehwinkel sowie denElevationswinkel des Hubmotors definiert sind. Durch die mehrfacheAbtastung von Hindernissen mit, durch die Erfindung ermöglichten,kleinen Flächenist die Detektionswahrscheinlichkeit von Hindernissen wie Drähten und Hindernissensehr hoch. Mit Hilfe des jeweiligen Kamerasystems, das zugleichdie Umgebung abtastet, könnensowohl Schwarz-Weiß alsauch Farbkontraste der Hindernisse ermittelt und ausgewertet werden.Auch aktive Lichtquellen wie Positionsleuchten von Luftfahrzeugenund deren Blitzlichter, sowie Warnleuchten z. B. von Antennen können ausgewertetwerden. Durch die Korrelation dieser Daten mit der Entfernungsmessungergibt sich eine sehr sichere Erkennung von Hindernissen.
    [0015] EineWeiterbildung des Sensorsystems ist in 6 dargestellt.
    [0016] Daunterschiedliche Hindernisse eine gute Rückstreuung bei unterschiedlichenWellenlängen aufweisenund die Umgebung fürunterschiedliche Wellenlängenunterschiedliche Dämpfungswerteaufweist, werden in der Weiterbildung der Erfindung zwei Sender 602 und 604 mitihren Optiken 601 und 603 auf die Umgebung entsprechend 2 abgebildet.Die Sender haben z. B. 905 nm Wellenlänge für den Sender 602 undz. B. 10 μmfür denSender 604. Die Empfangseinheit verwendet die Optik 107,die für beideWellenlängengeeignet ist. Der Strahlteiler 605 ist z. B. für 905 nmWellenlängedurchlässigund auch fürdiese Wellenlängeein selektiver Filter. Damit wird die rückgestreute Energie aus demSender mit 905 nm Wellenlängeauf den Detektor 606 geleitet. Der Strahlteiler kann dabeiso ausgeführtwerden, dass nur Energie mit z. B. 10 μm Wellenlänge auf den Detektor 607 gelangt.
    [0017] DieSender 602 und 604 und die Empfänger 606 und 607 unddie Strahlteiler 605 könnennatürlich auchauf andere elektromagnetische Wellenlängen ausgelegt werden.
    [0018] Mitder Anordnung nach 6 ist es aber auch möglich dieDichte der Abtastpunkte in unterschiedlichen Wellenlängen anderszu gestalten, die in etwa sonst gleiche Eigenschaften aufweisenum damit die Erkennungswahrscheinlichkeit zu erhöhen oder im Bereich der längeren Wellenlängen dieoptische Auflösungoder die Kosten zu berücksichtigen.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge dadurch gekennzeichnet, dass mehrere nachdem Laufzeitverfahren arbeitende Mehrkanalentfernungsmess-Systemein einem rotierenden Kopf untergebracht sind und die Auswertungder Lage von Hindernissen durch die Abtastung mit dieser Mehrfachentfernungsmess-Systemeerfolgt.
    [2] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur jeweiligenMehrkanalentfernungsmessung eine Auswertung der Schwarz-Weiß und/oderFarbkontraste, in einem breiten Wellenlängenbereich die durch die Hindernissehervorgerufen werden erfolgt und diese Daten mit den Entfernungsdatenkorreliert werden.
    [3] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,dass die Entfernungsmessung in mindestens zwei Wellenlängenbereichenparallel erfolgt.
    [4] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,dass alle Auswertungen, die eine schnelle Signalverarbeitung erfordern,im rotierenden Teil des Systems untergebracht sind und nur die vorverarbeitete Information vom rotierenden zum stehenden Teil übertragenwird.
    [5] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,dass die Strahlengängeder z. B. drei Mehrkanalentfernungsmess-Systeme zur Gewichts- undPlatzersparnis ineinander verschachtelt ausgeführt sind.
    [6] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,dass die Hauptkomponenten der abbildenden Optiken parallel für mehrereWellenlängenbenutzt werden.
    [7] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,dass pro Abtastwinkel zugleich ein flächenhaftes, passives Bild aufgenommenwird um eine höhereInformationsdichte zu erreichen und zugleich Umrisse und Beleuchtung vonHindernissen mit hoher Zuverlässigkeitzu erkennen.
    [8] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,dass die transparente Abdeckung des rotierenden Teiles zugleichals optisches Element als Zylinderlinse im Strahlengang der Einzeloptikenverwendet wird.
    [9] Sensorsystem zur Hinderniserkennung für Bodenund Luftfahrzeuge nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,dass überdie Hubsteuerung d. h. Verschiebung der Sende- und Empfangslinsender Abtastbereich währenddes Umlaufs an die interessierenden Flächenbereiche gemäß geplantenFlug- oder Fahrmanöverangepasst werden kann.
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    2006-09-28| 8364| No opposition during term of opposition|
    2019-10-16| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: HESAI PHOTONICS TECHNOLOGY CO. LTD., CN Free format text: FORMER OWNERS: SPIES, MARTIN, 86558 HOHENWART, DE; SPIES, JOHANN, 85276 PFAFFENHOFEN, DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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