Mehr Sicherheit durch verbesserte Nachverfolgung mit Drohnenschwärmen
Unbemannte Luftfahrzeuge können ihre Umwelt erfassen, Informationen mit anderen unbemannten Luftfahrzeugen innerhalb des Netzwerks austauschen sowie ihre Position bestimmen, um eine Karte ihrer Umgebung zu rekonstruieren. Zudem sind mit Hochfrequenzsensoren ausgestattete unbemannte Luftfahrzeuge flexibler und besser rekonfigurierbar als herkömmliche (feste) Sensoren am Boden, da sie ihre Position im Zeitverlauf problemlos verändern können. Auf diese Weise können sie stets zuverlässige Kommunikationsverbindungen mit anderen unbemannten Luftfahrzeugen oder Zielen unterhalten und Hindernissen ausweichen, die ihre Sichtlinie verdecken. Beispielsweise können unbemannte Luftfahrzeuge während eines Brandes eine temporäre Ortungsinfrastruktur für Ersthilfeteams bereitstellen und den Zustand eines Gebäudes beurteilen. Sie können in rauchgefüllte Gebäude eindringen, um die Innenräume zu kartieren sowie die Feuerwehrleute und weitere Personen darin zu verfolgen. Auch Drohnen können ein Netzwerk bilden, um als kooperatives Radarsystem zwecks hochpräziser Echtzeitverfolgung von nicht autorisierten „bösartigen“ unbemannten Luftfahrzeugen zu fungieren. Das Netzwerk kann die Dopplersignatur, ein Merkmal des Rücksignals, das die Propeller unbemannter Luftfahrzeuge aussenden, abschätzen und auf diese Weise zwischen unbemannten Luftfahrzeugen, anderen Flugobjekten und Vögeln unterscheiden. Terroristische Angriffe durch kleine, nicht autorisierte unbemannte Luftfahrzeuge, die das konventionelle terrestrische Radar kaum erkennt, sind so besser zu verhindern.
Neues Sensornetzwerk
Das EU-finanzierte Projekt AirSens hat Algorithmen und Datenverarbeitungsverfahren für Schwarmintelligenz entwickelt, mit denen unbemannte Luftfahrzeuge in Innen- und Außenbereichen hochpräzise Nachverfolgung und Umgebungserfassung durchführen können. Diese Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt. AirSens verifizierte zunächst, ob unbemannte Luftfahrzeuge ein neues Radarnetzwerk bilden können, das das terrestrische Netzwerk bei der Überwachung der Umgebung unterstützt. „Die Datenverarbeitung ist über das gesamte Drohnennetzwerk verteilt: Jedes unbemannte Luftfahrzeug kann als kollaborativer und autonomer Agent betrachtet werden. Um den Batterieverbrauch während des Fliegens zu begrenzen, kommunizieren die Drohnen nur mit ihren nächsten Nachbarn“, kommentiert Forschungsstipendiatin Anna Guerra. Durch den Einsatz von Millimeterwellen-Multiantennen-Radaren mit einem Frequenzbereich zwischen 30 GHz und 300 GHz kann eine große Anzahl von Antennen in den begrenzten Raum eines unbemannten Luftfahrzeugs eingebaut werden. „Die daraus resultierende feine Winkelauflösung und die große Signalbandbreite gestatten eine zentimetergenaue Lokalisierung, und das auch bei Nutzung eines einzelnen Drohnenradars“, erklärt Guerra.
Eine Vielzahl von Anwendungen
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Projekts war die Erforschung der Kartierungsmöglichkeiten der Schwärme, damit die unbemannten Luftfahrzeuge Hindernissen und Gebäuden, die ihre Sichtlinie blockieren, ausweichen können. Das Forschungsteam untersuchte zudem, wie der Drohnenschwarm gesteuert werden kann. Dazu wurden „informationssuchende“ Algorithmen entwickelt, die Flugbahnen unbemannter Luftfahrzeugen „suchen“, welche deren Ortungsgenauigkeit maximieren können. „AirSens vereint diesen bei Drohnen bestehenden Bedarf an Integration, Autonomie und Intelligenz“, merkt Guerra an. Der Schwarm kann bei der Erkundung unbekannter und/oder gefährlicher Umgebungen wie etwa in Bergbaubetrieben und bei der Rettung von Menschen nach einem Brand, Unfall oder einer Naturkatastrophe hilfreich sein. Zudem können dieselben Algorithmen, die ursprünglich zur Zielverfolgung und Navigation entwickelt wurden, auch neu an die Erkennung von gefährlichen, die Umwelt belastenden Partikeln und die Überwachung der allgemeinen Luftqualität angepasst werden. Außerdem stellt AirSens Lösungen für innovative industrielle Dienstleistungen bereit, die zur Wettbewerbsfähigkeit und zum Wachstum Europas beitragen. „Sie bilden die Grundlage für zukünftige Initiativen, wenn es etwa um die Erforschung der Leistungsfähigkeit von dreidimensionalen Drohnennetzwerken für die gemeinsame Kommunikation und sensorische Erkundung im Zusammenhang mit der nächsten Generation von 6G-fähigen Mobilfunksystemen geht“, stellt Guerra klar.
Schlüsselbegriffe
AirSens, unbemanntes Luftfahrzeug, UAV, Netzwerk, Schwarm, Radar, Drohne, Naturkatastrophen, Dopplersignatur