Navigationshilfe für autonome Drohnen Radar lehrt Drohnen das Sehen und schützt vor Kollisionen

Das Fraunhofer FHR hat zwei Radarsensoren zur Navigationsunterstützung von Drohnen entwickelt. Sie sollen helfen, autonom fliegende Drohnen zu realisieren: Die Sensoren fungieren als Detektor von Hindernissen zur Kollisionsvermeidung. Radarsensorik arbeitet auch zuverlässig bei stark eingeschränkter Sicht, beispielsweise durch Nebel oder Staubpartikel in der Luft.

Aufgrund der Fähigkeit von Radar, Abstände hochpräzise zu vermessen, eignen sich die Sensoren auch als Höhenmesser, wenn andere Informationsquellen wie Barometer oder GPS nicht zur Verfügung stehen oder nicht optimal arbeiten können.

Ein Schritt zu autonom fliegenden Drohnen

Drohnen nehmen eine immer wichtigere Stellung im Bereich Logistik und Dienstleistungen ein. Namhafte Logistikunternehmen setzen große Hoffnungen in die kompakten, derzeit noch ferngesteuerten Fluggeräte zum Transport von Paketen – Ziel sind autonom fliegende Paketliefer-Drohnen. Dienstleister nutzen sie zur Wartung und Inspektion von Anlagen oder um gänzlich neue Services, wie luftgestützte Kartierung und ähnliche Dienste, anzubieten.

Bei den kompakten Radarsensoren des Fraunhofer FHR handelt es sich um ein monostatisches Radar bei 80 GHz für einfache Anwendungen bei kurzen Distanzen (bis 80 Meter) sowie ein bistatisches Radar bei 94 GHz für erheblich größere Entfernungen. Die Betriebsspannung beträgt bei beiden Sensoren 5 Volt, die entweder aus dem Akkupack der Drohne oder aus einer handelsüblichen Powerbank zur Verfügung gestellt werden können.

Über eine USB-Schnittstelle ist das System einfach in Betrieb zu nehmen und in bereits vorhandene Drohnen zu integrieren. Dabei steuert ein kostengünstiger, universell beziehbarer Micro-PC wie Raspberry Pi das Radar an.

Warnmeldung bremst Höhenflüge über 100 Meter

Über vorhandene Hard- und Software wie Apps zur Drohnensteuerung und -überwachung könnten die mit dem Radar gesammelten Informationen angezeigt werden. So können beispielsweise, bei Verwendung als Höhenmesser, auch Warnungen ausgegeben werden, falls die ohne Sondergenehmigung zulässige Flughöhe von 100 Metern überschritten wird. Die Übertragung der Radardaten erfolgt derzeit über einen eigenen Funkkanal. Ein Interface, um die Radardaten mit der Telemetrie über den Flightcontroller zu übermitteln, befindet sich in der Entwicklung.

Um das System möglichst einfach auf der Drohne montieren zu können, setzen die Forscher auf universell verwendbare Befestigungsmöglichkeiten. Optional kann der Erfassungsbereich des Radarsensors durch Schwenkbewegungen (beispielweise durch Verwendung kompatibler Gimbals) vergrößert werden, sodass die Umgebung im Flug über große Winkelbereiche überwacht werden kann.

Anwendungsmöglichkeiten vom Katastrophenschutz bis zur Windkraft

Neben dem Einsatz als Hindernisdetektor beim autonomen Fliegen oder als Altimeter, sind weitere Anwendungen für das Radar denkbar. Möglich wären beispielsweise der Einsatz als Teil einer Multisensor-Suite zur Lageerfassung im Katastrophenfall, zur Bestimmung von Biomasse oder dem Reifegrad von Feldfrüchten, zur Detektion von unerwünschten Fremdobjekten auf landwirtschaftlichen Anbauflächen oder zur Inspektion von Kesseln, Silos oder Windkraftanlagen.