Kostengünstiges Navigationssystem für unbemannte Luftfahrtsysteme
Der Einsatz von UAS stößt in der Landwirtschaft, öffentlichen Sicherheit, in intelligenten Städten sowie im nachhaltigen Ressourcenmanagement und in vielen weiteren Bereichen auf wachsendes Interesse. Aktuell besteht eine signifikante Nachfrage nach einem erschwinglichen, zuverlässigen System, das Schätzungen zur Lage und Position für diese Geräte liefern kann. Das EU-finanzierte Horizont 2020-Projekt GLAD-2 hat sich diesem Bedarf angenommen und ein kostengünstiges Ortungs- und Navigationssystem entwickelt. Dieses System berechnet Daten auf niedriger Ebene, die über ein globales Satellitennavigationssystem (GNSS) über mehrere Antennen empfangen werden. Die Arbeit beinhaltete eine gründliche Analyse von Algorithmen, die Weiterentwicklung der Hardware und Software sowie eine umfassende Verfeinerung und wiederholte Feldversuche. „Wir haben eine kostengünstige Plattform geschaffen, die durch eine sorgfältige Auswahl und Bewertung kommerzieller Standardkomponenten sowie durch die Anwendung fortschrittlicher Algorithmen zur Datenfusion an unterschiedliche Nutzerbedürfnisse angepasst werden kann“, so Projektkoordinatorin Esther López vom spanischen Technologieunternehmen ACORDE. Mehr ist besser Die Forscher nutzten die kostengünstigen GNSS-Empfänger zusammen mit einer fortschrittlichen Datenfusion einschließlich einer inertialen Messeinheit und Barometerdaten, um die Lage und Position von UAS in rauen GNSS-Umgebungen zu verbessern. In dem System wird zudem auf die Verwendung von Magnetometern verzichtet, was es gegen magnetische Felder immun macht und die Notwendigkeit einer Systemkalibrierung beseitigt, wenn die magnetische Umgebung modifiziert wird. Die Ingenieure wählten verschiedene GNSS-Antennen aus und bewerteten ihre Leistung nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien. Ein Ansatz mit mehreren Antennen ermöglichte es den UAS, genau Kurs zu halten, ohne unter den üblichen Problemen von Magnetometern zu leiden. „Die Verwendung mehrerer Antennen wird dabei behilflich sein, die Ortung zu verbessern, während die Einbeziehung eines Barometers die Wiederherstellungszeit im Falle von GNSS-Signalausfällen verkürzt“, erklärt López. Die Kommerzialisierung des Systems wurde parallel zur Harmonisierung der Vorschriften in Europa durchgeführt, wodurch dieser Nischenmarkt, insbesondere bei Anwendungen mit magnetischer Interferenz, gefördert wurde. Anhand der Vorschriften, einer Marktanalyse und Feedback von Dritten wurden Anforderungen bezüglich elektrischer und mechanischer Einschränkungen, Schnittstellendefinitionen und Software definiert. Günstig, genau und zuverlässig Die erfolgreiche Fusion von GNSS- und Inertialdaten ermöglichte eine genaue und zuverlässige Navigation. Nach Angaben von López: „bieten die Inertialsensoren eine ausgezeichnete Dynamik bei sehr hohen Übertragungsraten, während GNSS als absolute Referenz dient, um Abdrift zu verhindern. Zusätzlich können differentielle GNSS-Trägerphasenmessungen verwendet werden, um durch die Mehrantennenkonfiguration eine hohe Genauigkeit bei der Ausrichtung zu erhalten.“ Mit GLAD-2 gelang die Vermarktung eines kostengünstigen Navigationssystems basierend auf Sensorfusion und einer Plattform mit mehreren Antennen. Dies gipfelte in der Auszeichnung mit dem europäischen Konformitätszeichen (CE) im Anschluss an den entsprechenden Zertifizierungsprozess. Das CE-Zeichen kennzeichnet die Konformität mit Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltschutzstandards für Produkte, die innerhalb des Europäischen Wirtschaftsraums vertrieben werden. Das Endergebnis ist ein äußerst wettbewerbsfähiges Produkt, das auf den Niedrigpreissektor des Navigationssystemmarktes abzielt. „Aufgrund seiner Flexibilität erfüllt das System die Anforderungen einer Vielzahl von Nutzern, und das nicht nur in UAS, sondern auch in terrestrischen und maritimen Umgebungen“, betont López.
Schlüsselbegriffe
GLAD-2, globales Satellitennavigationssystem (GNSS), Antenne, Navigation, unbemanntes Luftfahrtsystem (UAS), Lage
