An der Uni Klagenfurt entwickeln Wissenschaftler eine radargestützte Navigation für autonome Fluggeräte. Damit sollen Drohnen künftig besser „sehen“ können. Getestet wird in der größten Drohnenflughalle Europas.
Drohnen werden technisch immer ausgereifter, können immer schwierigere Aufgaben übernehmen. Auf eines sind sie jedoch angewiesen: Sie müssen gut „sehen“ können, wenn sie sich auf ihren Missionen den Weg selbstständig durch die Lüfte bahnen. „Und genau da haben die derzeitigen Technologien ihre Grenzen“, sagt Stephan Weiss von der Fachgruppe „Control of Networked Systems“ der Universität Klagenfurt. Er ist Leiter des von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG unterstützten internationalen Projekts „Carnival“, das Möglichkeiten sucht, wie sich Fluggeräte unter schwierigen Bedingungen zuverlässig steuern lassen. Die Wissenschaftler setzen dabei auf Radartechnologie.
Wenn GPS-Ortung nicht möglich oder zu ungenau ist, wie etwa im Gebäudeinneren oder nah an baulichen Strukturen, sind Drohnen auf visuelle On-Board-Sensoren angewiesen. „Kameras haben zwar in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht, bei Dunkelheit, Nebel oder Rauch können sie aber kaum etwas erkennen und liefern daher unscharfe oder gar keine Daten“, sagt Weiss. Laserscanner, eine gängige Alternative, sind schwer, energieintensiv und haben mit Kleinpartikeln in der Luft auch ihre Probleme. „Gelingt die Entwicklung eines radarbasierten Steuerungssystems, bedeutet das einen Durchbruch in der Einsetzbarkeit autonomer Fluggeräte.“
Durchblick selbst bei Nebel
In Zahlen
Die Vorteile von Radarsensoren: Sie sind klein und leicht, funktionieren unabhängig von der Beleuchtung – und sie „sehen“ durch Aerosole wie Dampf oder Nebel hindurch. Das verleiht den in der Höhe schwebenden Drohnen wahre Adleraugen. Allerdings: „Ein Radar liefert nur wenige Daten, weil es nur wenige Punkte gibt, die Radarsignale reflektieren“, so Weiss. „Außerdem sind Drohnen sehr wendig und bewegen sich schnell. Trotzdem gilt es, eine exakte Information der Umgebung zu erfassen, um eine sichere Navigation zu garantieren.“
Unterstützung kommt dabei von der Forschungsgruppe für Sensor- und Aktor-Technik der Uni Klagenfurt. „Unser Beitrag ist die Signalmodellierung“, sagt deren Leiter, Hubert Zangl. „Wir müssen verstehen, wie die Signale von der Umgebung beeinflusst werden, um anhand einer Simulation Rückschlüsse zu ziehen, wie diese bestmöglich für die Navigation aufbereitet werden können.“ Die Sensordaten werden dafür mit einer „inertialen Messeinheit“ zusammengefügt, die die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit des Fluggeräts erfasst. „Das Erkennen von zuverlässigen Informationen im Radarsignal und das anschließende Zusammenführen der Daten sind die großen Herausforderungen“, sagt Weiss.
Dabei kommt künstliche Intelligenz (KI) zum Einsatz: Sie hilft, Objekte in der Umgebung zu erkennen und zusammen mit Daten der inertialen Messeinheit die Eigenbewegung des Fluggeräts abzuleiten. Für Praxistests steht den Forschern die größte Drohnenflughalle Europas zur Verfügung. Für die Versuche soll eigens eine Nebelmaschine angekauft werden, erklärt Weiss. Als Partner am Projekt „Carnival“ beteiligt sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt sowie die deutsche Firma Neura Robotics. Mögliche Einsatzgebiete sind u. a. Tunnelinspektionen oder die Suche nach vermissten Personen bei Bränden.1300 Kubikmeter groß ist die Drohnenflughalle der Klagenfurter Uni. Die größte derartige Anlage in Europa bildet das Herzstück des Drohnenhub Klagenfurt. Hier können mithilfe hochpräziser Sensoren und modernster Software neue Schlüsseltechnologien in der Praxis erprobt und analysiert werden.
37 hochpräzise Kameras verfolgen mithilfe von Infrarot-LEDs jede Bewegung in der Halle.