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Title:
POSITIONING SYSTEM FOR AN UNMANNED AERIAL VEHICLE AND UNMANNED AERIAL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/043287
Kind Code:
A1
Abstract:
A positioning system for an unmanned aerial vehicle, in particular a drone, comprises a transmitting unit having at least one light source and also a receiving unit (1) having optoelectronic detectors (8a-8d) arranged around a vertical axis (z) and corresponding to the at least one light source of the transmitting unit. The receiving unit (1) has a pyramidal or truncated-pyramid-shaped main body (2) having four or at least three, more particularly triangular or trapezoidal, side faces (3a-3d), wherein at least one of the optoelectronic detectors (8a-8d) is arranged on each of said side faces (3a-3d).

Inventors:
ZEMBROT LUKAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/073277
Publication Date:
March 05, 2020
Filing Date:
August 29, 2018
Export Citation:
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Assignee:
VIAFLY GMBH (DE)
International Classes:
B64D45/08; B64F1/18; G05D1/08
Foreign References:
DE102014003417A12015-09-17
KR20150078958A2015-07-08
DE102014003417A12015-09-17
Attorney, Agent or Firm:
SCHOBER, Mirko (DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. PositionierSystem für ein unbemanntes Luftfahrzeug, insbesondere Drohne, umfassend eine Sendeeinheit mit wenigstens einer Lichtquelle, sowie eine Empfangseinheit (1) mit um eine Hochachse (z) herum angeordneten und mit der wenigstens einen Lichtquelle der Sendeeinheit korrespondierenden optoelektronischen Detektoren (8a-8d) ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Empfangseinheit (1) einen pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Grundkörper (2) besitzt, welcher vier oder wenigstens drei, insbesondere dreiecksförmige oder trapezförmige Seitenflächen (3a-3d) aufweist, wobei an jeder dieser Seitenflächen (3a-3d) wenigstens einer der optoelektronischen Detektoren (8a-8d) angeordnet ist.

2. PositionierSystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die einzelnen Orientierungsachsen (A1-A4) der optoelektronischen Detektoren ( 8a-8d) und die Hochachse (z) jeweils einen Winkel (b) , insbesondere mit demselben Wert, zwischen sich einschließen.

3. PositionierSystem nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Orientierungsachsen (A1-A4) der optoelektronischen Detektoren (8a-8d) sich jeweils senkrecht zur zugehörigen Seitenfläche (3a-3d) des Grundkörpers (2) der Empfangseinheit (1) erstrecken.

4. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Projektionsfläche (4) des pyramidenförmigen Grundkörpers (2) der Empfangseinheit (1) ein Quadrat beschreibt, wobei die Hochachse (z) durch eine Spitze (6) des pyramidenförmigen Grundkörpers (2) sowie durch einen lotrecht unterhalb der Spitze (6) gelegenen Mittelpunkt (7) der Projektionsfläche des pyramidenförmigen Grundkörpers (2) verläuft. 5. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

dass die optoelektronischen Detektoren (8a-8d) zur Wahrnehmung derselben Frequenz oder desselben Frequenzbereichs eines optischen Signals von der wenigstens einen Lichtquelle der Sendeeinheit eingerichtet sind.

6. PositionierSystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

dass die optoelektronischen Detektoren (8a-8d) zur Wahrnehmung voneinander unterschiedlicher Frequenzen oder voneinander unterschiedlicher Frequenzbereiche eines optischen Signals von der wenigstens einen Lichtquelle der Sendeeinheit eingerichtet sind. 7 . Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die einzelnen Orientierungsachsen (A1-A4) der optoelektronischen Detektoren (8a-8d) und die Hochachse (z) jeweils den gleichen oder voneinander unterschiedliche Winkel (b) zwischen sich einschließen, wobei der Winkel (b) von 20° bis 70°, bevorzugt von 35° bis 55°, insbesondere von 40° bis 50°, beträgt. 8. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Sendeeinheit mehrere, insbesondere an definierte Positionen angeordnete Lichtquellen besitzt, wobei die Lichtquellen dazu eingerichtet sind, optische Signale mit voneinander unterschiedlichen Frequenzen oder mit voneinander unterschiedlichen Frequenzbereichen zu emittieren.

9. Unbemanntes Flugsystem, umfassend ein unbemanntes Luftfahrzeug, insbesondere Drohne, sowie ein Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 10. Verfahren zum Betrieb eines mit einer Empfangseinheit (1) eines Positioniersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestatteten unbemannten Flugsystem, insbesondere nach Anspruch 9, bei dem durch wenigstens eine Lichtquelle einer insbesondere an einer Basisstation anordenbaren Sendeeinheit des Positioniersystems ein optisches Signal emittiert wird, wobei die Empfangseinheit (1) optoelektronische Detektoren (8a-8d) mit deren jeweiligem Erfassungsbereich definierenden Orientierungsachsen (A1-A4 ) umfasst, die derart voneinander abgewandt angeordnet sind, dass auf Basis des durch die optoelektronischen Detektoren (8a-8d) hierdurch mit unterschiedlicher Intensität wahrgenommenen optischen Signals auf die Position der wenigstens eine Lichtquelle der Sendeeinheit rückgeschlossen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Sendeeinheit mehrere voneinander beabstandete Lichtquellen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz oder Frequenzbereichen besitzt, wobei durch die

optoelektronischen Detektoren (8a-8d) voneinander unterschiedliche Frequenzen oder Frequenzbereiche wahrgenommen werden, wodurch auf Basis der voneinander unterschiedlichen Frequenzen oder Frequenzbereiche auf die die Lage des unbemannten Luftfahrzeugs gegenüber der Sendeeinheit rückgeschlossen wird.

Description:
POSITIONIERSYSTEM FÜR EIN UNBEMANNTES LUFTFAHRZEUG SOWIE

UNBEMANNTES FLUGSYSTEM UND VERFAHREN ZU DESSEN BETRIEB

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Positioniersystem für ein unbemanntes Luftfahrzeug, insbesondere Drohne, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein damit ausgestattetes unbemanntes Flugsystem nach den Merkmalen von Anspruch 9. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen unbemannten Flugsystems gemäß den Merkmalen von Anspruch 10.

STAND DER TECHNIK

Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV = "unmanned, uninhabited vehicle" oder "unpiloted aerial vehicle") sind gemeinhin auch als Drohne bekannt . In ihrer Eigenschaft als mögliches Kontroll- bzw. Überwachungs- und/oder Transportgerät gewinnen sie auch im kommerziellen Einsatz zunehmend an Bedeutung. Hiervon abzugrenzen sind daher solche Luftfahrzeuge bzw. Flugmodelle, die ausschließlich der reinen Freizeitoder Luftsportaktivität zuzuordnen sind. Die Steuerung unbemannter Luftfahrzeuge reicht von der rein manuellen, zumeist kabellosen Bedienung bis hin zum vollständig autarken Betrieb. So sind derartige Luftfahrzeuge beispielsweise durch die Nutzung von GPS (Global

Positioning System) mitunter in der Lage, ihren jeweiligen Startpunkt wieder oder ein vorgegebenes Ziel selbständig anzufliegen. Alternativ oder in Ergänzung hierzu können unbemannte Luftfahrzeuge auch wenigstens ein Kamerasystem beinhalten, deren Aufzeichnung beispielsweise in Echtzeit an eine das Luftfahrzeug zumindest temporär steuernde Person übermittelt wird (First Person View) .

Hinsichtlich des im Wesentlichen autarken Betriebs eines solchen unbemannten Luftfahrzeugs stellen das selbständige Anfliegen einer Basisstation und insbesondere die anschließende Landung auf dieser eine besondere Herausforderung dar. Bei der in Bezug auf größere Entfernungen vorteilhaften Nutzung von GPS reicht mit abnehmender Distanz zwischen dem unbemannten Luftfahrzeug und der Basisstation dessen Genauigkeit für eine positionsgenaue Landung in der Regel nicht aus. Hierfür einsetzbare Kamerasysteme sind aufgrund der notwendigen Rechenleistung für die erforderliche Bilderkennung mitunter zu träge, um insbesondere im Nahbereich und bei beispielweise unruhigen Wetterbedingungen ausreichend schnelle Reaktionen in Bezug auf die Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs zu liefern. Weniger Rechenleistung erfordernde Systeme setzen beispielsweise auf die Nutzung eines von der Basisstation ausgehenden optischen Leitstrahls, entlang dem das unbemannte Luftfahrzeug ab einer bestimmten Entfernung geführt wird. Mit der DE 10 2014 003 417 Al ist hierzu ein Positioniersystem für ein unbemanntes Luftfahrzeug bekannt geworden, welches beim Annähern des unbemannten Luftfahrzeugs an die Basisstation dessen bis dahin aktive GPS-Steuerung ausschaltet und an der Basisstation angeordnete optische Signalgeber in Form von Impulssendern aktiviert. Das unbemannte Luftfahrzeug weist eine Empfangseinheit mit kreisförmig um deren Hochachse herum aneinandergereihten optischen Sen- soren auf, die zusammen mit einem Fluggleitsystem zur Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs verwendet werden. Dabei sind jeweils drei Reihen dieser Sensoren übereinander angeordnet, von denen lediglich die mittlere Reihe eine in Bezug auf den Erfassungsbereich der Sensoren horizontale Aus- richtung aufweist, während die Sensoren der obere Reihe nach oben und die der untere Reihe nach unten gegenüber der Horizontalen geneigt sind. Die optischen Signalgeber der Basisstation sind ebenfalls kreisförmig um diese herum angeordnet. Über die Steuerung ist so eine ungefähre Positio- nierung des im Schwebeflug befindlichen unbemannten Luftfahrzeugs über der Basisstation möglich. Ist eine Position oberhalb der Basisstation erreicht, dienen zusätzliche, an der Unterseite der Empfangseinheit angeordnete optische Sensoren dem Empfang von weiteren, im Zentrum der Basissta- tion angeordneten optischen Signalgebern. Treten diese miteinander in Kontakt, verbleibt das unbemannte Luftfahrzeug im Schwebeflug über der Basisstation und ein Seil eines im aufgewickelten Zustand mitgeführten Seilsystems wird abgewickelt. Dabei wird ein endseitig an diesem Seil angeordne- ter Eisenkern in eine konusförmige Vertiefung der Basissta- tion hinein abgelassen und über einen aktivierten Elektromagneten darin fixiert. Durch das anschließende Aufwickeln des Seils wird das im Schwebeflug befindliche unbemannte Luftfahrzeug in Richtung Basisstation gezogen und mit die- ser gekoppelt.

Die umlaufende Anordnung der zahlreichen optischen Sensoren bedarf einer mitunter aufwendigen Auswertung der von den optischen Signalgebern der Basisstation ausgehenden Signale. Mit zunehmendem Durchmesser deren kreisförmigen Anordnung erhöht sich das jeweils mitzuführende Gewicht, wobei die zum Betrieb der Empfangseinheit erforderliche Energie beispielsweise zu einer ebenfalls das Gewicht erhöhenden Vergrößerung des mitzuführenden elektrischen Akkumulators und/oder einer entsprechend verkürzten Flugdauer bzw. Flugdistanz führen kann. Damit besteht weiterhin Bedarf an insgesamt schlankeren und einfacher aufgebauten Systemen mit gleichzeitig ausreichend Leistung zur autonomen Steuerung eines solchen Luftfahrzeugs. Angesichts dieser Beobachtungen bieten die bisher bekannten Positioniersysteme daher noch Raum für Verbesserungen.

DIE ERFINDUNG

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Positioniersystem, insbesondere Drohnen-Positioniersystem, sowie ein damit ausgestattetes unbemanntes Flugsystem dahingehend weiterzuentwickeln, dass insbesondere dessen mitzuführende Empfangseinheit insgesamt einfacher sowie leichter aufgebaut ist und dabei eine schnelle Reaktionszeit im Hinblick auf die Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs ermöglicht. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb eines solchen PositionierSystems vorgeschlagen werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Positioniersystem für ein unbemanntes Luftfahrzeug, insbesondere Drohnen-Positioniersystem, mit den Merkmalen von Anspruch 1. Weiterhin wird diese Aufgabe durch ein entsprechend ausgestattetes unbemanntes Flugsystem gemäß den Merkmalen von Anspruch 9 sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb nach den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Unteransprüche.

Die Erfindung geht dabei von dem grundlegenden Gedanken aus, die Anzahl der zur Erfassung optischer Signale notwendigen Sensoren in Form von optoelektronischen Detektoren weitestgehend zu reduzieren. Zudem sollen diese dabei derart baulich angeordnet und/oder gegeneinander abgeschirmt sein, dass eine einfache und schnelle Richtungsauswertung in Bezug auf erfasste Signale möglich ist. Hierzu umfasst das Positioniersystem eine Sendeeinheit mit wenigstens einer Lichtquelle sowie eine an einem unbemannten Luftfahrzeug anordenbare Empfangseinheit , welche um eine Hochachse herum angeordnete und mit der wenigstens einen Lichtquelle der Sendeeinheit korrespondierende optoelektronische Detektoren besitzt . Die wenigstens eine Lichtquelle ist bevorzugt an einer Basisstation oder in deren Bereich anordenbar. Die optoelektronischen Detektoren sind dabei so angeordnet, dass deren die Ausrichtung ihres jeweiligen Erfassungsbereichs definierende Orientierungsachsen von der Hochachse der Empfangseinheit abgewandt sind.

Erfindungsgemäß besitzt die Empfangseinheit einen pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Grundkörper, welcher - beziehungsweise dessen Mantelfläche - vier oder wenigstens drei, insbesondere dreiecksförmige oder trapezförmige Seitenflächen aufweist. Die pyramidenförmige oder pyramidenstumpfförmige Ausgestaltung des Grundkörpers meint hierbei, dass dessen Seitenflächen entsprechend geneigt gegenüber der Hochrichtung verlaufen. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass an jeder dieser Seitenflächen wenigstens einer der optoelektronischen Detektoren angeordnet ist .

Der sich hieraus ergebende Vorteil ist in einem überaus einfachen und insofern wirtschaftlichen Aufbau der Empfangseinheit zu sehen, welcher mit einem Minimum an optoelektronischen Detektoren auskommt . Aufgrund der voneinander, insbesondere in Bezug auf eine Horizontale beispielsweise um 120° oder 90° voneinander abweichenden Ausrichtungen der Orientierungsachsen der optoelektronischen Detektoren ist der Aufbau der Empfangseinheit auf das Wesentliche reduziert. Wegen der pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Form des Grundkörpers ergibt sich eine Abwendung von der sonst üblichen runden Ausgestaltung, wobei sich eine vorteilhafte Abschirmung der optoelektronischen Detektoren entlang der Berührungskanten der Seitenflächen voneinander ergibt. Auf diese Weise ist beispielsweise eine wesentlich einfachere Abgrenzung erfasster Helligkeitswerte von der wenigstens einen Lichtquelle der Sendeeinheit möglich, um eine schnelle Information über die jeweilige Aus- richtung der Empfangseinheit relativ zur Sendeeinheit zu erhalten. Insgesamt stellen die Seitenflächen des pyramidenförmigen oder pyramidenstumpfförmigen Grundkörpers als solche nutzbare Areale dar, auf welchen die optoelektronischen Detektoren direkt positionierbar sind.

Bei dem Grundkörper kann es sich um einen solchen aus Vollmaterial oder eine zumindest teilweise hohle Ausgestaltung handeln. Selbstverständlich kann der Grundkörper sich auch nur aus seinen Seitenflächen zusammensetzen, die dann als beispielsweise wandartige Elemente an den Berührungs kanten verbunden sein können . In dieser Form können die Seitenflächen eine durchgehende Fläche oder auch Öffnungen aufweisen. Denkbar ist auch eine gitterförmige Gestalt . Unabhängig von der eigentlichen Ausgestaltung der Seitenflächen kommt es im Sinne der Erfindung hierbei primär auf deren dreiecks- oder trapezförmige Form in Kombination mit der Neigung an, um den optoelektronischen Detektoren als geeignete Auflage zu dienen. Die zumindest in Bezug auf die Seitenflächen geschlossene und dabei hohle Form des Grundkör- pers hat den Vorteil, dass die zur Steuerung notwendigen Komponenten darin geschützt anordenbar sind, insbesondere gegenüber dem Kontakt mit Wasser und/oder Fremdkörpern.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens können die einzelnen Orientierungsachsen der optoelektronischen Detektoren und die Hochachse jeweils einen Winkel zwischen sich einschließen. Gegenüber einer beispielsweise zur Hochachse parallelen Ausrichtung der Orientierungsachsen der optoelektronischen Detektoren kann hierdurch die naturgemäß geneigte Ausrichtung der Seitenflächen direkt dazu genutzt werden, um die optoelektronischen Detektoren gegenüber der Horizontalen geneigt anzuordnen. In vorteilhafter Weise können die Orientierungsach- sen der optoelektronischen Detektoren mit jeweils demselben Wert gegenüber der Hochrichtung geneigt sein, was einen überaus einfachen Abgleich mit der Steuerung ermöglicht.

Bevorzugt können die optoelektronischen Detektoren flach auf den Seitenflächen angeordnet sein, so dass deren Orientierungsachsen sich senkrecht zur zugehörigen Seitenfläche erstrecken. Insbesondere die dabei quasi flache Anordnung der optoelektronischen Detektoren auf den Seitenflächen ermöglicht deren schnellen Austausch ohne die Notwendigkeit einer notwendigen Neujustierung, da deren Ausrichtung aufgrund der bekannten Neigung der Seitenflächen vorbekannt ist . Im Rahmen der Erfindung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Projektionsfläche des pyramidenförmigen Grundkörpers der Empfangseinheit ein Quadrat beschreibt. Hierzu sind naturgemäß vier Seitenflächen notwendig, von denen jeweils zwei unmittelbar benachbarte Seitenflächen in Ebene der Projektionsfläche einen rechten Winkel zwischen sich einschließen. Sofern der Grundkörper einen geschlossenen Boden besitzt, kann für diesen das zuvor Gesagte entsprechend gelten, nämlich dessen quadratische Ausgestaltung. Besonders bevorzugt verläuft die Hochachse des Grundkörpers dabei durch eine Spitze des pyramidenförmigen Grundkörpers sowie durch einen lotrecht unterhalb der Spitze gelegenen Mittelpunkt der Projektionsfläche des pyramidenförmigen Grundkörpers. Aufgrund der so symmetrischen Ausgestaltung aller vier Seitenflächen ist eine einfache Kalibrierung der optoelektronischen Detektoren mit der Steuerung möglich.

Hinsichtlich der optoelektronischen Detektoren sind mehrere Ausgestaltungen in Bezug auf deren Erfassungsmöglichkeiten denkbar. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass diese zur Wahrnehmung derselben Frequenz oder desselben Frequenzbereichs eines optischen Signals eingerichtet sein können, welche/r von der wenigstens einen Lichtquelle der Sendeeinheit ausgeht. Auf diese Weise ist zunächst sichergestellt, dass die optoelektronischen Detektoren auf eine/n ansonsten in der Umgebung übliche/n Frequenz oder Frequenzbereich eines optischen Signals fälschlicherweise reagieren könnten. In vorteilhafter Weise entsprechen Frequenz oder Frequenzbereich daher keinen in der Umgebung zu erwartenden übli- chen Frequenzen oder Frequenzbereichen. Somit können die voneinander unterschiedlich ausgerichteten optoelektronischen Detektoren entsprechend unterschiedlich stark von einer Lichtquelle der Sendeeinheit bestrahlt werden, wobei die Unterschiede in der Intensität des so erfassten optischen Signals durch die optoelektronischen Detektoren einen Rückschluss auf die Position der Lichtquelle relativ zur Empfangseinheit zulassen.

Alternativ hierzu ist vorgesehen, dass die optoelektronischen Detektoren zur Wahrnehmung voneinander unterschiedlicher Frequenzen oder voneinander unterschiedlicher Frequenzbereiche eines optischen Signals eingerichtet sein können, die von der wenigstens einen Lichtquelle der Sendeeinheit ausgehen. Dies meint, dass beispielsweise wenigstens einer der optoelektronischen Detektoren auf eine Frequenz oder einen Frequenzbereich reagiert, auf den der benachbarte oder aller weiteren optoelektronischen Detektoren nicht reagieren.

Hinsichtlich der Ausrichtung der optoelektronischen Detektoren können deren einzelne Orientierungsachsen und die Hochachse jeweils bevorzugt den gleichen oder auch voneinander unterschiedliche Winkel zwischen sich einschließen. Der Winkel kann dabei von 20° bis 70° betragen. Bevorzugt kann der Winkel von 35° bis 55° betragen. Besonders bevorzugt kann dieser von 40° bis 50° betragen, insbesondere 45°. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Sendeeinheit mehrere Lichtquellen besitzen. Diese können an oder im Bereich der Sendeeinheit angeordnet sein. Die Lichtquellen sind dazu eingerichtet, optische Signale mit voneinander unterschiedlichen Frequenzen oder mit voneinander unterschiedlichen Frequenzbereichen zu emittieren.

Insbesondere in Kombination mit der zuvor erwähnten möglichen Einrichtung der optoelektronischen Detektoren zur Wahrnehmung voneinander unterschiedlicher Frequenzen oder voneinander unterschiedlicher Frequenzbereiche eines optischen Signals ist es so möglich - sofern die Position der einzelnen Lichtquellen definiert und insofern bekannt ist - Rückschlüsse auf die Ausrichtung der Empfangseinheit im Raum relativ zu den Lichtquellen zu ziehen.

Selbstverständlich können auch nur die mehreren Lichtquellen optische Signale mit voneinander unterschiedlichen Fre- quenzen oder Frequenzbereichen aussenden, während jeder der optoelektronischen Detektoren zur Erfassung der voneinander unterschiedlichen Frequenzen oder Frequenzbereiche eingerichtet sein kann. Auch hierdurch sind Rückschlüsse auf die Ausrichtung der Empfangseinheit im Raum relativ zu den Lichtquellen möglich. Das nunmehr beschriebene erfindungsgemäße PositionierSystem ermöglicht insbesondere in Bezug auf dessen mitzuführende Empfangseinheit dessen einfachen sowie leichten Aufbau. Aufgrund des geringen Gewichts kann auch die Energieversor- gung hinsichtlich des zu verwendenden Akkumulators kleiner ausfallen, wodurch sich eine erhöhte Zuladung und/oder Reichweite für ein damit ausgestattetes unbemanntes Flugsystem, insbesondere Drohne, ergibt.

Da im Gegensatz zu anderen, mit Bildverarbeitung einhergehenden Systemen lediglich Messwerte erfasst werden, bedarf das erfindungsgemäße Positioniersystem einer nur geringen Rechenleistung, was sich ebenfalls positiv auf den Energieverbrauch auswirkt. Auf diese Weise kann die Ausrichtungsund/oder Positionsbestimmung mit hoher Frequenz vorgenommen werden, was eine überaus genaue und schnelle Reaktion erlaubt. Naturgemäß sind die Abweichungen durch Bewegungen der beispielsweise an einer Drohne angeordneten Empfangseinheit umso stärker, je näher sich dessen optoelektronischen Detektoren an der/den Lichtquelle/n der Sendeeinheit befinden. Bei langsameren Systemen wird eine Messung mit abnehmender Distanz zwischen Sende- und Empfangseinheit ungenauer, da die Messintervalle zu langsam für die benötigten Positionskorrekturen werden. Dieser Nachteil wird durch die hohe Messfrequenz des erfindungsgemäßen Positioniersystems in vorteilhafter Weise ausgeglichen. Weiterhin ist die Erfindung auf ein unbemanntes Flugsystem gerichtet, insbesondere Drohne. Das Flugsystem umfasst wenigstens ein unbemanntes Luftfahrzeug sowie ein wie zuvor beschriebenes, erfindungsgemäßes Positioniersystem.

Die sich hieraus ergebenden Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Positioniersystem näher erläutert und gelten entsprechend. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle daher auf die vorheri- gen Ausführungen hierzu verwiesen.

Weiterhin ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb eines mit einer Empfangseinheit eines wie zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Positioniersystems ausgestatteten unbemannten Flugsystems gerichtet. Hierbei wird durch wenigstens eine Lichtquelle einer Sendeeinheit des Positioniersystems ein optisches Signal emittiert. Die Sendeeinheit kann dabei beispielsweise an einer Basisstation angeordnet sein, wobei dessen Lichtquelle/n an der Sendeeinheit oder im Bereich der Sendeeinheit beziehungsweise der Basisstation angeordnet sein kann/können. Weiterhin umfasst dabei die Empfangseinheit optoelektronische Detektoren mit deren jeweiligen Erfassungsbereich definierenden Orientierungsachsen, die derart voneinander abgewandt angeordnet sind, dass auf Basis des durch die optoelektronischen Detektoren hierdurch mit unterschiedlicher Intensität wahrgenommenen optischen Signals auf die Position der wenigstens eine Lichtquelle der Sendeeinheit rückgeschlossen wird. Die sich hieraus ergebenden Vorteile wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Positioniersystem näher erläutert und gelten entsprechend. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle daher ebenfalls auf die vorherigen Ausführungen hierzu verwiesen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Sendeeinheit mehrere voneinander beab- standete Lichtquellen mit voneinander unterschiedlicher

Frequenz oder Frequenzbereichen besitzen. Demgegenüber können durch die optoelektronischen Detektoren entsprechend voneinander unterschiedliche Frequenzen oder Frequenzbereiche wahrgenommen werden. Auf Basis der voneinander unter- schiedlichen Frequenzen oder Frequenzbereiche kann dann auf die die Lage des unbemannten Luftfahrzeugs gegenüber der Sendeeinheit rückgeschlossen werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand in den Figuren schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Empfangseinheit eines erfindungsgemäßen

Positioniersystems in einer Aufsicht sowie Fig. 2 die Empfangseinheit aus Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellungsform.

BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine Empfangseinheit 1 in einer Aufsicht, die zusammen mit einer nicht näher dargestellten Sendeeinheit mit wenigstens einer Lichtquelle Teil eines erfindungsgemäßen Positioniersystems ist. Erkennbar besitzt die Empfangseinheit 1 einen pyramidenförmigen Grundkörper 2, welcher vorliegend insgesamt vier dreiecksförmige Seitenflächen 3a-3d aufweist . Eine Projektionsfläche 4 des pyramidenförmigen Grundkörpers 2 der Empfangseinheit 1 beschreibt ein Quadrat (siehe auch Fig. 2), wobei jeweils zwei der in Ebene der Projektionsfläche 4 gelegenen unteren Seitenkanten 5a-5d der Seitenflächen 3a-3d sich parallel zu einer Längsrichtung x und eine Querrichtung y erstrecken . Konkret verlaufen dabei die Seitenkanten 5b, 5d parallel zur Längsrichtung x, während die Seitenkanten 5a, 5c parallel zur Querrichtung y gelegen sind. Eine Hochachse z der Grundkörpers 2 verläuft dabei durch dessen Spitze 6 sowie durch einen lotrecht unterhalb der Spitze 6 gelegenen Mittelpunkt 7 der Projektionsfläche 4 des pyramidenförmigen Grundkörpers

2 .

Um die Hochachse z des Grundkörpers 2 herum sind optoelektronische Detektoren 8a-8d angeordnet, von denen jeweils einer auf einer Seitenflächen 3a-3d gelegen ist. Konkret ist vorliegend der optoelektronische Detektor 8a auf Seitenfläche 3a, der optoelektronische Detektor 8b auf Seitenfläche 3b, der optoelektronische Detektor 8c auf Seitenfläche 3c und der optoelektronische Detektor 8d auf Seitenfläche 3d angeordnet. Die optoelektronischen Detektoren 8a-8d können zur Wahrnehmung derselben Frequenz oder desselben Frequenzbereichs eines optischen Signals von der wenigstens einen Lichtquelle der hier nicht näher gezeigten Sendeeinheit eingerichtet sein. Alternativ hierzu können die optoelektronischen Detektoren 8a-8d zur Wahrnehmung voneinander unterschiedlicher Frequenzen oder voneinander unterschiedlicher Frequenzbereiche eines optischen Signals von der wenigstens einen Lichtquelle der hier nicht näher gezeigten Sendeeinheit eingerichtet sein. Bevorzugt kann die hier nicht näher gezeigte Sendeeinheit mehrere, insbe- sondere an definierte Positionen angeordnete Lichtquellen besitzen, welche dazu eingerichtet sind, optische Signale mit voneinander unterschiedlichen Frequenzen oder mit voneinander unterschiedlichen Frequenzbereichen zu emittieren.

Fig. 2 ist zu entnehmen, dass die optoelektronischen Detektoren 8a-8d quasi flach auf den zugehörigen Seitenflächen 3a-3d des Grundkörpers 2 montiert sind. Dabei ist jeder der optoelektronischen Detektoren 8a-8d in Bezug auf seine die Ausrichtung seines Erfassungsbereichs definierende Orientierungsachse Al-A4 von der Hochachse z abgewandt. Aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit sind in Fig. 2 lediglich die auf den Seitenflächen 3a, 3d befindlichen optoelektronischen Detektoren 8a, 8d zusammen mit deren Orientierungsachsen Al, A4 gezeigt. Erkennbar schließen die hier ersichtlichen Orientierungsachsen Al, A4 stellvertretend für die übrigen Orientierungsachsen A2, A3 - jeweils einen Winkel b mit demselben zwischen sich und der Hochachse z ein. Vorliegend beträgt der Winkel b von 40° bis 50°, insbesondere 45°. Dabei erstrecken sich die Orientierungsachsen A1-A4 der optoelektronischen Detektoren 8a-8d jeweils senkrecht zur zugehörigen Seitenfläche 3a-3d des Grundkörpers 2 der Empfangseinheit 1.

Die hier ersichtliche Empfangseinheit 1 des nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Positioniersystems ist zur Anordnung in oder an einem ebenfalls nicht näher gezeigten unbemannten Luftfahrzeug vorgesehen, insbesondere in oder an einer Drohne.

Im Betrieb wird durch wenigstens eine Lichtquelle der nicht weiter ersichtlichen, insbesondere an einer Basisstation anordenbaren Sendeeinheit des Positioniersystems ein optisches Signal emittiert. Aufgrund der voneinander abgewand- ten Anordnung der optoelektronische Detektoren 8a-8d der Empfangseinheit 1 kann auf Basis des durch die optoelektronischen Detektoren 8a-8d hierdurch mit unterschiedlicher Intensität wahrgenommenen optischen Signals auf die Position der wenigstens eine Lichtquelle der Sendeeinheit rückge- schlossen werden.

Selbstverständlich kann die nicht näher ersichtliche Sendeeinheit auch mehrere voneinander beabstandete Lichtquellen mit voneinander unterschiedlicher Frequenz oder Frequenzbereichen besitzen, wobei dann durch die optoelektronischen Detektoren 8a-8d voneinander unterschiedliche Frequenzen oder Frequenzbereiche wahrgenommen werden, wodurch auf Ba- sis der voneinander unterschiedlichen Frequenzen oder Frequenzbereiche auf die die Lage des unbemannten Luftfahrzeugs gegenüber der Sendeeinheit rückgeschlossen werden kann.

Bezuqszeichen :

1 Empfangseinheit

2 Grundkörper von 1

3a Seitenfläche von 2

3b Seitenfläche von 2

3c Seitenfläche von 2

3d Seitenfläche von 2

4 Projektionsfläche von 2

5a untere Seitenkante von 3a

5b untere Seitenkante von 3b

5c untere Seitenkante von 3c

5d untere Seitenkante von 3d

6 Spitze von 2

7 Mittelpunkt von 4

8a optoelektronischer Detektor an 3a

8b optoelektronischer Detektor an 3b

8c optoelektronischer Detektor an 3c

8d optoelektronischer Detektor an 3d

Al Orientierungsachse von 8a

A2 Orientierungsachse von 8b

A3 Orientierungsachse von 8c A4 Orientierungsachse von 8d b Winkel

x Längsrichtung

y Querrichtung

z Hochrichtung




 
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