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Zwei-Kamera-Visionssystem, das entwickelt wurde, um automatische Landungen auf kleinen Flugplätzen zu ermöglichen

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RGB- und Wärmebildkameras, die zusammen arbeiten, können teure Funknavigationsgeräte ersetzen, die sich kleine Flugplätze nicht leisten können.

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Ein Forscherteam der Technischen Universität München (TUM) und der TU Braunschweig (TUBS) hat eine Möglichkeit entwickelt, wie Flugzeuge auf kleinen Flugplätzen automatisch landen können, ohne bodengebundene Systeme zu benötigen, die normalerweise nur auf großen, kommerziellen Flughäfen zu finden sind.

Ein Instrumentenlandesystem (ILS) verwendet Funkwellen, um Messungen an elektrischen Baken durchzuführen und Piloten seitlich und vertikal zu führen. Diese Messungen sind unerlässlich, um automatische Landungen zu ermöglichen. Daher sind automatische Landungen auf kleineren Flugplätzen, auf denen kein teures ILS-System installiert ist, unmöglich.

Das neue System "C2Land", das von der TUM und den TUBS in Zusammenarbeit mit der Bundesregierung entwickelt wurde, wie im Forschungsbericht "Linear Blend: Data Fusion in the Image Domain for Image-based Aircraft Positioning during Landing Approach" verwendet eine Kamera im normalen sichtbaren Bereich und eine Infrarotkamera, gepaart mit einer Bildverarbeitungssoftware zur Bestimmung der relativen Flugzeugposition zu einer Start- und Landebahn, um die von ILS-Systemen bereitgestellten Informationen effektiv zu ersetzen.

Unter dem vorderen Teil des Rumpfes des Testflugzeugs, einer Dornier Do 128-6 und einer Diamond DA42, sind eine zukunftsweisende InfraTec VarioCam HD620 Wärme-Infrarotkamera mit 640 x 480 Auflösung und 14 mm Objektiv, die 24-Bit Gleitkomma-Temperaturmessungen durchführt, und eine Photonfocus MV1-D1312C RGB-Kamera mit 1280 x 1024 Auflösung und einem 9 mm Weitwinkelobjektiv montiert.

Das Grundprinzip des C2Land-Systems besteht darin, die RGB- und TIR-Bilder über einen PC zu übertragen, der beide Bilder über Computer Vision Algorithmen zur Erkennung und Positionierung der Start- und Landebahn leitet. Die Bilder werden individuell mit den Zeitinformationen des Global Navigation Satellite System (GNSS) synchronisiert, was eine präzise Überwachung der vom Flugzeug während des Fluges erzeugten GPS/Space Based Augmentation System (SBAS) Lösungen ermöglicht.

Wenn die Start- und Landebahn erkannt wird, wird die Entfernung zur Start- und Landebahn berechnet und diese 3D-Daten werden an einen Navigationsserver weitergeleitet, der GPS/SBAS-Signale verarbeitet und eine Landebahn berechnet. Das C2Land-System überwacht dann diese Landebahn. Wenn die Diskrepanz zwischen den beiden Positionierungslösungen zu groß ist, warnt das System den Piloten, bricht die Landung ab und erhöht automatisch die Höhe des Flugzeugs, um sich auf einen anderen Landeanflug einzustellen.

Da das C2Land-System eine optische Start- und Landebahnerkennung verwendet, könnte es potenziell auch dazu dienen, ILS-Systeme zu überwachen und zu verifizieren, wenn das C2Land-System den Sichtkontakt zur Start- und Landebahn aufrechterhalten kann.

Tests bei Nacht oder starkem Nebel waren aufgrund von Flugbeschränkungen für das Testflugzeug bisher nicht möglich. Die Forscher glauben jedoch, dass die Infrarotkamera mit begrenztem ROI um die Start- und Landebahn herum verwendet werden könnte, um kleine Temperaturschwankungen zwischen Start- und Landebahn und umliegendem Boden mittels eines von den Forschern entwickelten Temperaturkartierungsalgorithmus aufzuzeigen. Dies könnte es ermöglichen, dass das C2Land-System auch bei schlechten Sichtverhältnissen funktioniert.

Nachts, wenn sich die Temperaturunterschiede zwischen Start- und Landebahn ausgeglichen hätten, wäre der Einsatz des C2Land-Systems jedoch schwieriger, sagen die Forscher.