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Title:
UNMANNED FLYING OBJECT AND SYSTEM FOR THE AVOIDANCE OF COLLISIONS IN AIRSPACES WITH UNMANNED FLYING OBJECTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/165883
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system having a plurality of objects (1, 6), of which at least one object is a flying object (1). The objects (1, 6) each have a wireless module (3) for exchanging information signals with at least a part of the other objects (1, 6). The information signals in particular include information relating to position, speed of movement, and direction of movement of the objects. The objects (1, 6) form a local network with one another, in particular an ad hoc network, in order to be able to pass on the information and process the information.

Inventors:
HERBERTH UWE (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/054937
Publication Date:
October 20, 2016
Filing Date:
March 08, 2016
Export Citation:
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Assignee:
NORTHROP GRUMMAN LITEF GMBH (DE)
International Classes:
G08G5/04; G08G5/00
Foreign References:
US20150025713A12015-01-22
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
MÜLLER HOFFMANN & PARTNER (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Flugobjekt ( 1 ), mit

einem Antrieb (2);

einer Steuereinrichtung (5) zum Ansteuern des Antriebs (2); und mit einem Funkmodul (3) zum Austauschen von Informationssignalen mit wenigstens einem anderen Objekt ( 1 , 6);

wobei

die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist zum Ansteuern des Antriebs (2) unter Berücksichtigung von von dem anderen Objekt ( 1 , 6) empfangenen Informationssignalen (4); und wobei

ein Informationssignal (4) wenigstens eine Information trägt, ausgewählt aus der Gruppe

+ aktuelle Position des Flugobjekts

+ aktuelle Geschwindigkeit des Flugobjekts

+ Geschwindigkeitsvektor des Flugobjekts

+ aktuelle Flugrichtung

+ Größe des Flugobjekts

+ Größenklasse des Flugobjekts

+ Gewicht des Flugobjekts

+ Gewichtsklasse des Flugobjekts

+ maximale Reaktionsgeschwindigkeit des Flugobjekts in vertikaler und / oder horizontaler Richtung

+ nächste Schritte einer Mission des Flugobjekts

+ Flugtrajektorie

+ Information über weitere Flugobjekte

+ Information über Verkehrsdichte

+ Information über weitere Objekte, mit denen das Flugobjekt Informationssignale austauscht

+ Information über Gefahren

+ Priorität für Vorrangigkeit bei Flugbewegung des Flugobjekts, Dringlichkeit

+ Information über Sperrzonen und Hindernisse.

2. Flugobjekt nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist zum Bestimmen von einer Kollisionsgefahr des die Steuereinrichtung tragenden Objekts mit einem weiteren Objekt, von dem ein entsprechendes Informationssignal empfangen wurde, und

zum Ansteuern des Antriebs (2) derart, dass die Kollisionsgefahr nachfol- gend vermindert ist.

3. Flugobjekt nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist zum Bestimmen von wenigstens einer künftigen Position des die Steuereinrichtung tragenden Objekts.

4. Flugobjekt nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist zum Durchführen von wenigstens einer der folgenden Maßnahmen, wenn eine bestimmte Kollisionsgefahr erkannt wurde:

Verlangsamen einer Bewegung des Flugobjekts

- Beschleunigen einer Bewegung des Flugobjekts

Stoppen einer Bewegung des Flugobjekts

Ändern der Bewegungsrichtung

Ändern einer Flughöhe

Ändern der Mission

- Ändern der Flugtrajektorie.

5. Flugobjekt nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist zum Umfliegen eines Bereichs mit einer erhöhten Verkehrsdichte.

6. Flugobjekt nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

die Steuereinrichtung (5) ausgebildet ist zum Durchführen einer Notfallmaßnahme in einem Fall, in dem eine vorher durchgeführte Maßnahme zum Vermindern der Kollisionsgefahr mit einem anderen Objekt erfolglos war; und wobei - die Notfallmaßnahme ausgewählt ist aus der Gruppe Stoppen einer Bewegung des Flugobjekts, Umkehren einer Bewegung des Flugobjekts, Ändern einer Mission des Flugobjekts.

7. System mit mehreren Objekten ( 1 , 6), von denen wenigstens ein Objekt ein Flugobjekt ( 1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche ist, wobei

die Objekte jeweils ein Funkmodul (3) aufweisen, zum Austauschen von Informationssignalen mit wenigstens einem Teil der anderen Objekte; und wobei die Objekte untereinander ein lokales Netzwerk bilden, insbesondere ein Ad-hoc-Netz.

8. System nach Anspruch 7, wobei

durch die Steuereinrichtung eines die Steuereinrichtung (5) tragenden Objekts künftige Positionen dieses Objekts in Relation zu einer vermuteten künftigen Position eines anderen Objekts auswertbar sind; und wobei

die vermutete künftige Position des anderen Objekts durch die Steuereinrichtung (5) aufgrund des von diesem anderen Objekt empfangenen Informationssignals hochrechenbar ist.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, wobei

das von einem ersten Flugobjekt ( 1 ) ausgesendete Informationssignal eine Information über ein Vorrecht enthält; und wobei

die Steuereinrichtung (5) eines zweiten Flugobjekts ( 1 ) mit niedrigerem Vorrecht das zweite Flugobjekt ( 1 ) derart ansteuert, dass es den Bewegungsweg des ersten Flugobjekts ( 1 ) geringstmöglich beeinflusst, insbesondere nicht beeinträchtigt.

10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei wenigstens ein Objekt ein stationäres Objekt (6) ist und wobei ein von diesem Objekt (6) aussendbares Informationssignal wenigstens eine Information trägt, ausgewählt aus der Gruppe

Position des Objekts

Hinderniswarnung

Gefährdungswarnung

Sicherheitsabstand, bis zu dem sich ein anderes Objekt höchstens dem stationären Objekt annähern darf

Definition eines Sperrgebiets.

1 1 . System nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei

wenigstens ein Objekt eine Kollisionswarnungsvorrichtung ist, die in einem Fluggerät anordenbar ist;

- die Kollisionswarnungsvorrichtung ein Funkmodul zum Austauschen von

Informationssignalen mit wenigstens einem der anderen Objekte aufweist;

die Kollisionswarnungsvorrichtung eine Steuereinrichtung aufweist, zum Bestimmen von einer Kollisionsgefahr des die Steuereinrichtung aufweisenden Objekts mit einem weiteren Objekt; und wobei

- die Steuereinrichtung eine Warnungseinrichtung aufweist, zum Ausgeben eines Warnsignals, dass die Kollisionsgefahr ein vor definiertes Maß überschritten hat.

Description:
Unbemanntes Flugobjekt und System zur Vermeidung von Kollisionen in Lufträumen mit unbemannten Flugobjekten

Die Erfindung betrifft ein Flugobjekt, insbesondere ein unbemanntes Flugobjekt und ein System aus mehreren Objekten, von denen wenigstens ein Objekt ein derartiges unbemanntes Flugobjekt sein kann. Unbemannte Flugobjekte, zum Beispiel UAS (Unmanned Aerial Systems), UAV (Unmanned Aerial Vehicle), RPAS (Remotely Piloted Systems) sowie OPV (Optional- ly Piloted Vehicles) werden in Zukunft vermehrt zum Einsatz kommen. Dabei ist davon auszugehen, dass zuerst kleinere Fluggeräte (insbesondere UAV) mit einem Gewicht von weniger als 25 kg bzw. weniger als 150 kg einen regulären Flugbe- trieb aufnehmen werden. Diese Fluggeräte werden meist in dem Luftraum G (unter 500 Fuß) betrieben. In diesem nichtüberwachten Luftraum bewegen sich oft auch Freizeitflieger, Paragleiter, Segelflugzeuge, Rettungsflugzeuge und in Zukunft auch viele UAVs. Die UAVs werden unterschiedlichen Typs mit unterschiedlicher Ausstattung sein, weil sie für unterschiedliche Missionen ausgelegt sein werden. Beispiele für derartige Missionen sind der Transport von Waren mit Hilfe von Drohnen (z.B. Paketzustelldienste), Überwachungsmissionen, Vermessungen etc. Dementsprechend wird die Verkehrsdichte aufgrund der verstärkten Nutzung von UAS stark zunehmen. Im Luftraum kann es immer wieder zu Kollisionen von Flugzeugen bzw. anderen Flugobjekten kommen. Daher gibt es bereits Forderungen, auch in kleinere Fluggeräte sogenannte TCAS-Systeme (Traffic alert and Collision Avoidance Systems) zu installieren. Allerdings besteht hinsichtlich der Auswertung der TCAS-Daten bereits bei der aktuellen Verkehrsdichte das Problem, dass die bestehenden Flug- Sicherungssysteme, wie zum Beispiel auch die Fluglotsen, überlastet sind. Ein weiteres Aufstocken der TCAS-Systeme für kleinere Flugobjekte birgt daher die Gefahr, dass die Sicherungssysteme kollabieren.

Es sind daher bereits Systeme verfügbar, die diesem Umstand wenigstens teilwei- se Rechnung tragen. So sind bereits UAVs geplant, die ein Bord-autonomes Sense- und Avoid-System tragen, mit deren Hilfe Notfall-Ausweichmanöver möglich werden. Auch wird an sogenannten CAS-Systemen (Collision Avoidance Systems) für UAVs gearbeitet. Diese Systeme sehen jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Teilnehmern vor und sind damit für die Anwendung in einem Luftraum mit hoher UAV-Dichte nicht geeignet. Weiterhin gibt es Systeme wie FLARM für Segel- oder Sportflieger, die den Piloten Informationen über weitere Verkehrsteilnehmer liefern. Ausweichmanöver können von diesen Systemen jedoch nicht angesteuert werden. Da alle bekannten Systeme nicht für eine hohe Verkehrsdichte ausgelegt sind, ist es zu befürchten, dass die Anzahl der Kollisionen im Luftraum zunehmen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System für Flugobjekte bereitzustellen, mit dem auch bei einer hohen Verkehrsdichte mit vielen Teilnehmern Kollisionen zuverlässig vermieden werden können. Weiterhin soll ein Flugob- jekt angegeben werden, das eine entsprechende Ausstattung aufweist, um Kollisionen mit anderen Objekten zu verhindern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Flugobjekt gemäß Anspruch 1 gelöst. Darüber hinaus wird in dem nebengeordneten Anspruch ein System mit mehreren Objekten angegeben, von denen wenigstens ein Objekt ein derartiges Flugobjekt ist.

Das Flugobjekt kann ein bemanntes Flugobjekt sein. Insbesondere kann jedoch das Flugobjekt ein unbemanntes Flugobjekt, zum Beispiel ein UAS, UAV, RPAS oder auch ein OPV sein. Bei einem derartigen Flugobjekt kann es sich zum Beispiel um eine Drohne handeln.

Ebenso ist es möglich, dass das Flugobjekt als Oberbegriff für ein bemanntes Flugobjekt dient, wie zum Beispiel ein Kleinflugzeug, ein Freizeitflugzeug, ein Pa- ragleiter, ein Segelflugzeug, ein Hubschrauber oder ein Drachenflieger. Typisch für derartige Flugobjekte ist es, dass sie in der Regel nicht mit Einrichtungen ausgestattet sind, um Kollisionen mit anderen Flugobjekten zu verhindern.

Ein erfindungsgemäßes Flugobjekt weist einen Antrieb, eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Antriebs und ein Funkmodul zum Austauschen von Informationssignalen mit wenigstens einem anderen Objekt auf. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein zum Ansteuern des Antriebs unter Berücksichtigung von von dem anderen Objekt empfangenen Informationssignalen, wobei ein Informationssignal wenigstens eine Information trägt, ausgewählt aus der Gruppe aktuelle Position des Flugobjekts, aktuelle Geschwindigkeit des Flugobjekts, Geschwindigkeitsvektor des Flugobjekts, aktuelle Flugrichtung, Größe des Flugobjekts, Größenklasse des Flugobjekts, Gewicht des Flugobjekts, Gewichtsklasse des Flugobjekts, maximale Reaktionsgeschwindigkeit des Flugobjekts in vertikaler und/ oder horizontaler Richtung, nächste Schritte einer Mission des Flugobjekts, Flugtrajek- torie, Information über weitere Flugobjekte, Information über Verkehrsdichte, Information über weitere Objekte, mit denen das Flugobjekt Informationssignale austauscht, Information über Gefahren, Priorität für Vorrangigkeit bei Flugbewegung des Flugobjekts, Dringlichkeit, Information über Sperrzonen und Hindernis- se.

Das Flugobjekt kann, wie oben bereits erläutert, insbesondere ein unbemanntes Flugobjekt sein, zum Beispiel eine Drohne, die einen Antrieb und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Antriebs aufweist. Mit Hilfe des Funkmoduls ist es möglich, Informationssignale mit anderen Objekten auszutauschen. Die in den Informationssignalen enthaltene Information kann vielfältig sein. Die Informationssignale können wenigstens teilweise eine identische Datenstruktur aufweisen. Dabei ist es auch möglich, die Datenstrukturen variabel zu halten und je nach Bedarf unterschiedlich viele und detaillierte Informationen zu übermitteln. Somit ist es auch möglich, Informationssignale mit unterschiedlichen Datenstrukturen anzubieten und auszutauschen, wobei dann Einrichtungen vorgesehen sein müssen, die die Datenstrukturen und die darin enthaltenen Informationen zu interpretieren und zuzuordnen. Das Flugobjekt kann insbesondere im Raum, also in allen drei Dimensionen bewegbar sein und zum Beispiel mit dem Antrieb einen Auftrieb erzeugen.

Besonders wichtige Informationen betreffen die aktuelle Position des Flugobjekts und sein Bewegungsverhalten, also insbesondere die Geschwindigkeit und Bewe- gungsrichtung. Allein mit dieser Information kann bei einem Austausch mit anderen Objekten festgestellt werden, ob sich das Flugobjekt in der Nähe eines anderen Objekts befindet und insbesondere eine Kollision oder eine gefährliche Annäherung droht. Bereits bei dieser Kenntnis können von der Steuereinrichtung Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um die Kollisionsgefahr zu vermindern.

Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, Informationen zu Größe und Gewicht des Flugobjekts zu übermitteln. Dadurch lassen sich die Objekte besser klassifizieren und hinsichtlich ihres Flugverhaltens einordnen. Größe und Gewicht können als exakte Maßangaben oder auch in Form von Größen- bzw. Gewichtsklassen übermittelt werden.

Von Interesse kann auch die maximale Reaktionsgeschwindigkeit des Flugobjekts, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung sein, um erkennen zu können, mit welcher Trägheit das Flugobjekt auf Steuermaßnahmen reagieren wird. So kann zum Beispiel ein kleines, leichtes Flugobjekt mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit sehr viel einfacher seine Richtung ändern und damit einem Hindernis ausweichen, als ein großes, träges Objekt. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel auch eine gewisse Vorrangregelung dahingehend einrichten, dass trägere Flugobjekte weniger gezwungen werden, ihre Bewegungsrichtung zu ändern, als beweglichere Objekte.

Die Information bezüglich der nächsten Schritte einer Mission des Flugobjekts bzw. gegebenenfalls die Flugtrajektorie kann zweckmäßig sein, um die weitere Be- wegung des Flugobjekts zu prognostizieren. Bei Kenntnis der Mission des Flugobjekts, also zum Beispiel des von dem Flugobjekt angestrebten (Zwischen-)Ziels, lässt sich ohne weiteres hochrechnen, zu welchem Zeitpunkt sich das Flugobjekt in der Zukunft an welchem Ort befinden wird. Dabei kann der zeitliche Horizont sehr kurze Zeiträume (Sekunden oder Bruchteile von Sekunden) betreffen, oder auch längerfristige Zeiträume, zum Beispiel in Minuten. Mit der Mission des Flugobjekts sind Angaben darüber hinterlegt, welchen Weg das Flugobjekt, insbesondere das unbemannte Flugobjekt, nehmen soll, um sein Ziel zu erreichen.

Darüber hinaus können Informationen über weitere Flugobjekte, über die Ver- kehrsdichte oder über weitere Objekte, mit denen das Flugobjekt Informationssignale austauscht, von Interesse sein, um Angaben darüber zu erhalten, wieviel Verkehr in der Umgebung des Flugobjekts oder auf dem künftigen Weg des Flugobjekts herrscht. Dabei ist es möglich, die eigene Wegplanung des Flugobjekts anzupassen, um zum Beispiel Bereiche mit einer hohen Verkehrsdichte zu umflie- gen. Die Information über Objekte, mit denen das Flugobjekt Informationssignale austauscht können auch wiederum an weitere Objekte weitergegeben werden, um auf diese Weise ein Netzwerk, zum Beispiel ein Ad-hoc-Netzwerk zu bilden, wie später noch erläutert wird. Zudem können auch Informationen über Gefahren übermittelt werden. Gefahren können zum Beispiel durch sich ändernde Wetterbedingungen, böige Winde, o.ä. hervorgerufen werden oder auch zum Beispiel durch Flugobjekte, die nicht in Lage sind, mit anderen Objekten zu kommunizieren und daher als sich bewegende Störkörper wahrgenommen werden, die - unbeirrt von anderen Einflüssen - ihren Flugweg nehmen.

Zudem ist es möglich, Prioritäten für die Vorrangigkeit bei der Flugbewegung eines Flugobjekts im Verhältnis zu anderen Flugobjekten auszutauschen, um zum Beispiel eine Dringlichkeit mitteilen zu können. Auf diese Weise können zum Beispiel Rettungseinsätze Vorrang vor Transporteinsätzen erhalten.

Weiterhin können Informationen über Sperrzonen und Hindernisse hinterlegt wer- den, die an andere Objekte weitergegeben werden können, so dass sie bei der Wegplanung zu berücksichtigen sind. Derartige Sperrzonen oder Hindernisse können zum Beispiel auch durch hohe Gebäude, Türme, Brückenpfeiler o.ä. gegeben sein. Ebenso ist es möglich, Sperrzonen stationär über Gebieten zu errichten, die zum Beispiel dicht von Menschen bevölkert sind (zum Beispiel Fußballstadien).

Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein zum Bestimmen von einer Kollisionsgefahr des die Steuereinrichtung tragenden Objekts mit einem weiteren Objekt, von dem ein entsprechendes Informationssignal empfangen wurde, und zum Ansteuern des Antriebs derart, dass die Kollisionsgefahr nachfolgend vermindert ist.

Für das Bestimmen der Kollisionsgefahr sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Zum Beispiel kann es ausreichen, jeweils gewisse Sicherheitsabstände für ein Objekt vorzugeben, die - gegebenenfalls schon herstellerseitig - unter Berücksichtigung von Größe, Gewicht und Reaktionsgeschwindigkeit des Objekts festgelegt werden. Sobald die Gefahr besteht, dass der Sicherheitsabstand unterschritten wird, wird dies als Indiz für eine hohe Kollisionsgefahr angesehen.

Ebenso ist es möglich, aufwendigere Verfahren zur Definition und Ermittlung der Kollisionsgefahr zu entwickeln, so dass zum Beispiel die Kollisionsgefahr durch eine Kennzahl ausgedrückt wird, die einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf.

Jedenfalls dann, wenn die Steuereinrichtung erkannt hat, dass eine gewisse Kollisionsgefahr besteht oder zunimmt, kann die Steuereinrichtung Maßnahmen er- greifen, um die Kollisionsgefahr zu vermindern. Insbesondere kann die Steuereinrichtung den Antrieb derart ansteuern, dass das Objekt dem anderen Objekt ausweicht. Dazu können zum Beispiel die Bewegungswege der beiden sich einander annähernden Objekte in die Zukunft hochgerechnet werden, um abzuschätzen, ob sich die Kollisionsgefahr weiter erhöht oder in welcher Weise sie verringert werden kann.

Dazu kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein zum Bestimmen von wenigstens einer künftigen Position des die Steuereinrichtung tragenden Objekts. Insbesondere die Projektion der gegenwärtigen Bewegung in die Zukunft, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Mission oder einer Wegplanung, ermöglicht ohne weiteres das Abschätzen einer zukünftigen Position.

Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein zum Durchführen von wenigstens einer der folgenden Maßnahmen, wenn eine bestimmte Kollisionsgefahr erkannt wurde: Verlangsamen einer Bewegung des Flugobjekts, Beschleunigen einer Bewegung des Flugobjekts, Stoppen einer Bewegung des Flugobjekts, Ändern der Bewegungsrichtung, Ändern einer Flughöhe, Ändern der Mission, Ändern der Flugtrajektorie.

Ein Ausweichen von Objekten, bei denen eine Kollision droht, kann somit ohne weiteres auch dadurch erreicht werden, dass die Flughöhe der Objekte geändert wird, so dass die Objekte über bzw. untereinander fliegen. Wie oben bereits erläutert, kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um ein Umfliegen eines Bereichs mit einer erhöhten Verkehrsdichte zu ermöglichen.

Bei einer Variante kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein zum Durchführen einer Notfallmaßnahme in einem Fall, in dem eine vorher durchgeführte Maßnah- me zum Vermindern der Kollisionsgefahr mit einem anderen Objekt erfolglos war, wobei die Notfallmaßnahme ausgewählt ist aus der Gruppe Stoppen einer Bewegung des Flugobjekts, Umkehren einer Bewegung des Flugobjekts, Ändern einer Mission des Flugobjekts. Für den Fall also, dass vorher ergriffene Maßnahmen zum Ausweichen nicht erfolgreich waren und vielmehr die Gefahr einer Kollision weiter gestiegen ist, kann es demnach zweckmäßig sein, das Flugobjekt zu stoppen, also auf der Stelle zu halten und eine weitere Vorwärtsbewegung, insbesondere in Horizontalrichtung, zu unterbinden, bis sich die Kollisionsgefahr vermindert hat. Eine solche Maßnahme eignet sich z.B. bei einer Drohne bzw. einem Quadrocopoter. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn die Ver- kehrsdichte in einem Bereich derart groß ist, dass ein unfallfreies Vorbeifliegen der Flugobjekte nicht mehr sicher gewährleistet werden kann. Die Flugobjekte können sich dann untereinander automatisch abstimmen, zum Beispiel durch eine Prioritätsregelung, welches Objekt zunächst weiterfliegen darf und welches Objekt auf der Stelle warten muss.

Ein zumindest kurzzeitiges Umkehren der Bewegung des Flugobjekts kann ebenfalls verhindern, dass die Kollisionsgefahr auf ein kritisches Maß steigt. Das Ändern einer Mission des Flugobjekts kann z.B. bewirken, dass das Flugobjekt Ballast abwirft, z.B. ein Paket bei einer Transportmission. Das Flugobjekt kann dann schneller reagieren und eine Kollision verhindern. Es wird ein System angegeben, mit mehreren Objekten, von denen wenigstens ein Objekt ein Flugobjekt, insbesondere ein unbemanntes Flugobjekt, nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen sein kann, wobei die Objekte jeweils ein Funkmodul aufweisen, zum Austauschen von Informationssignalen mit wenigstens einem Teil der anderen Objekte, und wobei die Objekte untereinander ein lokales Netzwerk bilden, insbesondere ein Ad-hoc-Netz.

Auf diese Weise können sich alle Luftfahrteilnehmer in Funkreichweite zu einem lokalen Netzwerk verbinden und Informationen zwischen den Teilnehmern in Reichweite austauschen. Die Reichweite eines Funkknotens ist zwar begrenzt, je- doch können die Informationen über mehrere Funkknoten durch die Bildung von lokalen Netzwerken auch sehr viel weiter als die Funkreichweite eines einzelnen Funkknotens transportiert werden. Diese Technik ist zum Beispiel aus der Car-2- Car Kommunikation bekannt (zum Beispiel www.car-to-car.org). Als Ad-hoc-Netz wird ein Funknetz verstanden, das zwei oder mehr Endgeräte zu einem Netz verbindet. Insbesondere bei den im vorliegenden Fall sinnvollen mobilen Ad-hoc-Netzen baut sich das Netz selbständig auf und konfiguriert sich. Ad- hoc-Netze verbinden die jeweiligen, zum Teil mobilen, Objekte ohne feste Infrastruktur. Daten werden von Netzknoten zu Netzknoten weitergereicht, bis sie ih- ren Empfänger erreicht haben, wodurch sich die Datenlast vorteilhafter verteilt als in Netzen mit zentraler Anlaufstelle. Spezielle Routingverfahren sorgen dafür, dass sich das Netz beständig anpasst, wenn sich Knoten bewegen, hinzukommen oder ausfallen. Die einzelnen Knoten können sich bei einer direkten Verbindung sehen und miteinander kommunizieren. Bei einer indirekten Verbindung sind die einzelnen Knoten zum Teil so weit voneinander entfernt, dass sie nicht direkt miteinander kommunizieren können. Hierbei leiten die dazwischen liegenden Knoten die Daten weiter. Auf dieses Weise kann ein fast beliebig großes, sich selbst verwaltendes Netz entstehen. Ein Ad-hoc-Netzwerk somit ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk sein, in dem alle Teilnehmer gleich berechtigt die Netzwerkorganisation wahrnehmen. In diesen Netzwerken gibt es keine bevorrechtigen Funkstationen, die besondere Aufgaben wahrnehmen. Eine Eigenschaft des Ad-hoc-Netzwerks ist z.B. auch die Fähigkeit der Selbstorganisation und Selbstkonfiguration. Die Funkmodule können zum Beispiel auf bekannten Techniken wie Bluetooth, WiFi oder ZigBee basieren, wobei prinzipiell jede Art von Funkkommunikation in Frage kommt. Die verschiedenen Objekte in dem System tauschen somit Informationen aus, insbesondere Informationen wie oben bereits eingehend erläutert.

So können ähnlich wie bei bekannten TCAS-Systemen die Position und der Geschwindigkeitsvektor übertragen werden, um Kollisionen zwischen den Objekten zu vermeiden. Da sich jedoch in dem Luftraum verschiedenste Teilnehmer in Bezug auf die Dynamik ihrer Bewegung befinden können (große oder kleine UAVs, Sportflieger, Paragleiter, etc. ), von denen nicht immer vorhersagbar ist, ob sie aufgrund ihrer jeweiligen Mission nicht demnächst eine plötzliche Änderung der Flugbahn vornehmen, können zusätzlich auch noch die nächsten Schritte der Mission als Teil der Information ausgetauscht werden. Darüber hinaus können auch Informationen zur Art bzw. Klasse des Luftfahrzeugs übermittelt werden, zum Beispiel hinsichtlich Größe, Dynamik oder Reaktionsgeschwindigkeit in vertikaler und horizontaler Richtung.

Die Informationen werden über das lokale Netzwerk in beliebiger Weise an Objekte weitergegeben, die sich in der Nähe des eigenen Objekts befinden. Von diesen können die Informationen wiederum weiter an dritte Objekte gegeben werden, die sich nicht in Funkreichweite zu dem ersten, eigenen Objekt befinden.

Durch die Steuerung eines die Steuereinrichtung tragenden Objektes können künftige Positionen dieses Objekts in Relation zu einer vermuteten künftigen Posi- tion eines anderen Objekts auswertbar sein, wobei die vermutete künftige Position des anderen Objekts durch die Steuereinrichtung aufgrund des von diesem anderen Objekt empfangenen Informationssignals hochrechenbar ist.

Durch diese Maßnahme kann die Steuereinrichtung anhand der Informationen, die von anderen Objekten übermittelt wurden, hochrechnen, wo sich diese anderen Objekte nach einiger Zeit befinden werden. Diese Kenntnis kann als Grundlage dafür herangezogen werden, den Weg des eigenen Objekts zu planen.

Das von einem ersten Flugobjekt aus gesendete Informationssignal kann eine In- formation über ein Vorrecht enthalten, wobei die Steuereinrichtung eines zweiten Flugobjekts mit niedrigerem Vorrecht das zweite Flugobjekt derart ansteuern kann, dass es den Bewegungsweg des ersten Flugobjekts geringstmöglich beein- flusst, insbesondere nicht beeinträchtigt. Auf diese Weise wird eine Prioritätsregelung realisiert, die Flugobjekten, die - aus welchen Gründen auch immer - eine höhere Priorität haben, Vorrang einräumt und deren Flugweg möglichst gering stört.

Wenigstens ein Objekt kann ein stationäres Objekt sein, wobei ein von diesem Objekt aussendbares Informationssignal wenigstens eine Information trägt, ausgewählt aus der Gruppe Position des Objekts, Hinderniswarnung, Gefährdungswarnung, Sicherheitsabstand, bis zu dem sich ein anderes Objekt höchstens dem stationären Objekt annähern darf, Definition eines Sperrgebiets. Das stationäre Objekt kann somit ein Hindernis für den Flugverkehr sein, zum Beispiel ein hohes Gebäude, ein Baustellenkran oder auch ein anderweitiges Sperrgebiet. Das stationäre Objekt nimmt somit nicht aktiv am Flugverkehr teil, sondern stellt ein passives Hindernis dar. Als Teil des oben beschriebenen Systems kann auch ein Objekt angesehen werden, das eine Kollisionswarnungsvorrichtung ist, die an einem Fluggerät anorden- bar ist. Insoweit kann dieses Objekt zum Beispiel ein Zubehörteil sein, das in einem üblichen Fluggerät, wie zum Beispiel einem Kleinflugzeug, einem Paragleiter oder einem Segelflugzeug als Zusatzausstattung vorgesehen ist. Die Kollisions- Warnungsvorrichtung kann ein Funkmodul zum Austauschen von Informationssignalen mit wenigstens einem der anderen Objekte aufweisen, wobei die Informationssignale in einer Weise aufgebaut sind, wie sie oben bereits eingehend beschrieben wurde. Darüber hinaus kann die Kollisionswarnungsvorrichtung eine Steuereinrichtung aufweisen, zum Bestimmen von einer Kollisionsgefahr des die Steuereinrichtung aufweisenden Objekts mit einem weiteren Objekt innerhalb des Systems. Die Steuereinrichtung kann eine Warnungseinrichtung aufweisen, zum Ausgeben eines Warnsignals, dass die Kollisionsgefahr ein vor definiertes Maß überschritten hat. Mit Hilfe der Kollisionswarnungsvorrichtung ist es somit möglich, ein entsprechendes Fluggerät nachzurüsten und es ihm auf diese Weise zu ermöglichen, an dem oben beschriebenen System, insbesondere in dem Netzwerk als eigenes Objekt bzw. eigener Knoten teilzunehmen. Dementsprechend können mit der Kollisionswarnungsvorrichtung Informationen ausgetauscht werden, um insbesondere auf eine bevorstehende Kollision hinzuweisen, so dass zum Beispiel der Pilot des Fluggeräts die Möglichkeit hat, durch entsprechende Steuermaßnahmen die Kollision zu verhindern. Diese Lösung kann von besonderer Bedeutung im niedrigen Luftraum werden, wenn dieser durch viele unbemannte Flugobjekte frequentiert wird, aber auch zum Beispiel Paragleiter die Möglichkeit haben sollen, sich zu bewegen und zu landen. Um Kollisionen zwischen bemannten Fluggeräten und unbemannten Flug- Objekten zu verhindern, kann das System durch rechtzeitige Informationsübermittlung hilfreich sein.

Diese und andere Vorteile und Merkmale werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Beispiel für ein unbemanntes Flugobjekt in schematischer Darstellung; und

Figur 2 ein Beispiel für ein System mit mehreren Objekten.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein unbemanntes Flugobjekt 1 mit einem ebenfalls nur schematisch dargestellten Antrieb 2.

Der Antrieb 2 kann zum Beispiel bei einer Drohne aus mehreren motorisch betrie- benen, sich um eine Vertikalachse drehenden Propellern bestehen (zum Beispiel bei einem Quadrocopter oder einem Octocopter). Ähnlich wie ein Hubschrauber sind diese Drohnen sehr beweglich und können auch auf kleinem Raum nahezu beliebige Flugbewegungen vollziehen. Ebenso kann es sich bei dem Flugobjekt 1 aber auch um ein Fluggerät mit Tragflächen handeln, bei denen eine im Zuge ei- ner Vorwärtsbewegung entstehende Luftströmung einen Auftrieb wie bei einem Flugzeug erzeugt. Das Zusammenwirken von einem Propeller für die Vorwärtsbewegung und der den Auftrieb erzeugenden Luftströmung wird ebenfalls als „Antrieb" im weiteren Sinne verstanden. Das Flugobjekt 1 weist ein Funkmodul 3 zum Senden und Empfangen von Informationssignalen 4 auf.

Das Informationssignal 4 kann Träger verschiedener Informationen sein, die weiter oben bereits im Einzelnen erläutert wurden, so dass sich an dieser Stelle eine Wiederholung erübrigt. Insbesondere können die Informationen den Zustand es Flugobjekts 1 betreffen, wie zum Beispiel seine Position, Geschwindigkeit, Flugrichtung etc. Das Flugobjekt 1 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 5 auf. Die Steuereinrichtung 5 dient zum Ansteuern des Antriebs 2 unter Berücksichtigung von von anderen - in der Figur 1 nicht dargestellten - Objekten empfangenen Informationssignalen. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung 5 in der Lage , mit diesen anderen Objekten ein Netzwerk, insbesondere ein lokales Netzwerk, wie zum Beispiel ein Ad-hoc-Netzwerk zu bilden, was später noch erläutert wird.

Figur 2 zeigt ein System mit mehreren Objekten, von denen einige ein Flugobjekt 1 sind. Jedes der Flugobjekte 1 weist eine eigene Position (Lage in Figur 2) und Bewegungsrichtung bzw. Flugrichtung (Richtung der Pfeile in Figur 2) auf. Darüber hinaus ist in dem gezeigten Beispiel ein weiteres Objekt, nämlich ein stationäres Objekt 6 als Hindernis dargestellt. Die Skizze in Figur 2 zeigt nur ein schematisiertes Beispiel. In Realität können sehr viel mehr Flugobjekte 1 , aber auch noch weitere stationäre Objekte 6, wie zum Beispiel Hochhäuser, Brückenpfeiler, Baukräne oder Sperrgebiete vorgesehen sein.

Zwischen den Objekten (Flugobjekte 1 , stationäre Objekte 6) werden jeweils Informationssignale 4 ausgetauscht. Die Objekte 1 , 6 bilden untereinander ein lokales Netzwerk, zum Beispiel ein Ad-hoc-Netz und sind somit in der Lage, nicht nur in der Eins-zu-Eins Kommunikation Informationen auszutauschen, sondern diese auch an weitere, zum Beispiel entfernter liegende Objekte weiterzuleiten. Ähnlich wie bei der Car-to-Car Kommunikation können damit Informationen über mehrere Funkknoten hinaus transportiert werden. Auch zum Beispiel eine Information über das Hindernis (stationäres Objekt 6) kann auf diese Weise an weitere, von dem Hindernis entferntere Flugobjekte 1 übermittelt werden.

Anhand der Informationen, die die Teilnehmer in dem in Figur 2 dargestellten System erhalten, können sie darauf vorzeitig reagieren, in dem sie zum Beispiel ihre Missionsplanung entsprechend anpassen (zum Beispiel Ausweichen, Verlangsamen des Fluges etc. ), so dass sich die Wahrscheinlichkeit einer Kollision verringert. Dabei können mögliche Kollisionsgebiete vorherberechnet und die Flugtrajektorien angepasst werden. Die erhaltenen Informationen werden in der Neuberechnung der Flugtrajektorien je nach Zeitkritikalität gewichtet. Zudem kann es eine Vorrechtregelung geben, die zum einen nach Dynamik bzw. Reaktionsgeschwindigkeit der Flugobjekte 1 und zum anderen nach der Dringlichkeit der Mission unterscheidet (zum Beispiel bei Rettungseinsätzen).

Die jeweils erforderlichen Berechnungen, die von den Steuereinrichtungen 5 in den Flugobjekten 1 durchgeführt werden müssen, können zum Teil auf den bereits bekannten Algorithmen für TCAS oder CAS basieren. Hierzu sind gegebenenfalls sinnvolle Anpassungen zweckmäßig.