Wenn ein Radarnetzwerk die Vertiports von Drohnentaxis sichert

Steigen in Paris die Olympischen Spiele, sollen Flugtaxis Passagiere zu den Spielstätten fliegen. Abgehoben und gelandet wird auf Vertiports. Damit der Betrieb solcher Flug- und Landeplätze sicher ist, hat ein Team des deutschen Fraunhofer-Instituts ein Radarnetzwerk entwickelt.

Quelle: Fraunhofer FHR/Andreas Schoeps

Weil auf Vertiports mitten in der Stadt abgehoben und gelandet werden kann, sind die Sicherheitsanforderungen hoch. Radarnetzwerke sind dabei zentral.

Sind heute bereits Drohnen und Multikopter im Katastrophenschutz, bei der Feuerwehr oder bei der Brückeninspektion im Einsatz, sollen sie während der Olympischen Spielen in Paris zum ersten Mal in Europa als Flugtaxis unterwegs sein: Luftfahrtunternehmen wollen so Passagiere vom Flughafen zu den Spielen zu befördern. Noch sollen die Flugtaxis aber nicht autonom unterwegs sein, vorerst werden sie von einem menschlichen Piloten gesteuert, je ein Fluggast findet in einem solchen Taxi Platz. In einigen Jahren sollen sie dann autonom fliegen – die gesellschaftliche Akzeptanz vorausgesetzt. 

Von grosser Bedeutung ist dabei die Sicherheit der Vertiports: der Flug- und Landeplätze für elektrisch angetriebene, senkrecht startende und landende Fluggeräte (eVTOLs) auf Dächern, Bahnhöfen, oder Parkplätzen. Einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit dieser Drohnenstopps wollen Fachleute des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) mit einem modularen, volldigitalen Sensornetzwerk samt Radarsensor beitragen, das sich beliebig an die Grösse des jeweiligen Vertiports anpassen lässt. Es funktioniert sowohl über aktive als auch passive Sensoren.

Radarnetzwerk organisiert sich Dank aktiven  und passiven Sensoren selbst

»Die Knoten sind volldigital, und jeder Sensor im Netzwerk funktioniert vollständig autonom», erklärt Oliver Biallawons, Wissenschaftler der interdisziplinären Kompetenzgruppe «Civil Drone Systems» am FHR. «Die Sensoren werden nicht über eine zentrale Rechnereinheit koordiniert, sie vernetzen sich selbst miteinander. Sie können sich eigenständig untereinander lokalisieren und organisieren. Jeder Sensor verfügt im Sinne von Edge Computing über eine eigene Recheneinheit und kennt den Standort des anderen im Netzverbund.»

Die Sende- und Empfangsaufgaben werden auf die einzelnen Sensoren verteilt, die sich dabei untereinander abstimmen. Die dezentralen aktiven und passiven Sensoren, die am Boden angebracht sind, tasten gemeinsam den gesamten Start- respektive Landeplatz und den darüber befindlichen Luftraum ab. Je nach Bedarf entscheidet das Netzwerk, welcher Sensor aktiv (Senden und Empfangen) und welcher in einem passiven Modus (nur Empfangen) operiert. Umso mehr Sensoren das Netz umfasst, umso grösser ist der zu überwachende Bereich. Wird ein Sensor oder vielmehr ein Radarknoten entfernt oder hinzufügt, funktioniert das Radarnetzwerk trotzdem einwandfrei.

Der Schlüssel zur Selbstorganisation und dezentralen Verarbeitung des Netzwerks ist die Verbindung der einzelnen Knoten über drahtlose Kommunikationskanäle, die in das Radarsignal integriert werden. Durch die integrierte Abwicklung der Netzwerkkommunikation im Radarsignal wird es sich nahtlos in die zukünftige Telekommunikationsinfrastruktur einbinden lassen und so einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur Verschmelzung von vollwertigem Radar und Telekommunikation darstellen. «Wir werden das Kommunikationssignal in die Radarwelle integrieren und keine separaten Kanäle für Radar und Kommunikation verwenden», sagt Diplom-Ingenieur Biallawons.

Sensoren erkennen Hindernisse und klassifizieren sie

Die Besonderheit des Radarnetzwerks oder des «Civil Drone Systems (CDS) Network»: Im Gegensatz zu Test-Überwachungssystemen, die auf Mobilfunk basieren, kann das System auch solche eVTOLs erkennen, die weder einen Chip noch ein Tag an Bord haben. Darüber hinaus kann die Sicherheitslösung durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz nicht nur Hindernisse, die die Ein- und Ausflugsschneise blockieren, feststellen, sondern diese auch klassifizieren. Das heisst, sie ist in der Lage, Objekte wie zum Beispiel Bäume, Vögel oder Drohnen zu einzuordnen. Das Radarnetzwerk erkennt sogar die Grösse einzelner Drohnen und die Anzahl ihrer Rotoren.

Sichere Vertiports für die Städte der Zukunft

Noch liegt die Radarsensorik erst als Demonstrator vor, sie muss jedoch noch deutlich miniaturisiert werden. «Schreitet die Urbanisierung weiter voran, ist es langfristig unausweichlich, die Transportsysteme auch in die Luft zu verlagern», sagt Biallawons. Dies gelinge nur mithilfe ausgeklügelter Sicherheitssysteme für hindernisfreies Starten und Landen wie das von ihm und seinen Kollegen entwickelte Netzwerk aus strahlungsarmen, kommunizierenden Radarknoten. Das System kommt nicht nur für Vertiports infrage, es könnte künftig auch Korridore überwachen, auf denen sich Transportdrohnen durch die Städte bewegen. (mgt/mai)

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