Radar zur Navigationsunterstützung von autonom fliegenden Drohnen

Das Fraunhofer FHR hat zwei kompakte Radarsensoren zur Navigationsunterstützung von Drohnen entwickelt. 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. Wegen 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 bzw. nicht optimal arbeiten können. Die Sensoren werden auf der ILA Berlin in Halle 4 an Stand 202 vorgestellt.

Mit dem ACoRad-94 auf einem Oktocopter können Flughöhe und Abstände zu Hindernissen zentimetergenau bestimmt werden. Foto: Fraunhofer FHR

Mit dem ACoRad-94 auf einem Oktocopter können Flughöhe und Abstände zu Hindernissen zentimetergenau bestimmt werden.
Foto: Fraunhofer FHR

Bei den Radarsensoren 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.

www.fhr.fraunhofer.de/ila-drohnenradar