Radar zur Navigationsunterstützung von 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.

Das Fraunhofer FHR hat zwei kompakte Radarsensoren für den Einsatz auf Drohnen entwickelt. Dabei 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 V, welche entweder aus dem Akkupack der Drohne oder aus einer handelsüblichen Powerbank zur Verfügung gestellt werden können. Aufgrund der verwendeten USB-Schnittstelle ist das System sehr einfach in Betrieb zu nehmen und in bereits vorhandene Drohnen zu integrieren, wobei ein kostengünstiger, universell beziehbarer Micro-PC (z. B. Raspberry Pi) das Radar ansteuert.

Über vorhandene Hard- und Software (z. B. 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 m 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.

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.

Technische Daten ACoRad-80 / ACoRad-94

• Frequenz: 80 GHz / 94 GHz
• Höhenmessung über Grund: bis 80 m / > 1000 m
• Messreichweite für Objekte mit RCS 1 m² (Radarquerschnitt): bis 50 m / > 150 m
• Antennenöffnungswinkel: 5° (oder auf Anfrage) / 8° (oder auf Anfrage)
• Betriebsart: monostatisch / bistatisch
• Leistungsaufnahme: 3 W / 4,2 W
• Größe: 50 * 40 * 65 mm / 120 * 75 * 60 mm
• Gewicht: 150 g / 400 g
• Betriebstemperatur: -45°C bis +70°C / -45°C bis +70°C

Das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR betreibt als eines der führenden europäischen Institute umfassende Forschung im Bereich Hochfrequenz- und Radartechnik. Kernthema der Forschungsarbeiten sind Sensoren für präziseste Abstands- oder Positionsbestimmung sowie bildgebende Systeme. Das Anwendungsspektrum dieser Geräte reicht von Systemen für Aufklärung, Überwachung und Schutz bis hin zu echtzeitfähigen Sensoren für Verkehr und Navigation sowie Qualitätssicherung und zerstörungsfreies Prüfen.