Flugtaxis Radarnetzwerk für den sicheren urbanen Flugbetrieb

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Ein volldigitales Sensornetzwerk inklusive Radarsensor soll künftig den Flugverkehr an Vertiports hochgenau überwachen und einen sicheren Flugbetrieb gewährleisten. Auch ein autonomer Betrieb ist schon geplant.

Bei den Olympischen Spielen 2024 können Menschen sich erstmals mit Flugtaxis zu den Spielstätten fliegen lassen: Luftfahrtunternehmen planen, Besucher der Spiele mit Electrical-Vertical-Takeoff-and-Landing-Systemen, kurz eVTOL, vom Flughafen zu den Veranstaltungsstätten zu befördern. Starten und landen werden die eVTOL auf sogenannten Vertiports. Zunächst sollen die Drohnensysteme von einem menschlichen Piloten gesteuert werden, mit einem Passagier pro Flugtaxi. In einigen Jahren sollen die Systeme autonom fliegen – die gesellschaftliche Akzeptanz vorausgesetzt.

Sicherheit hat oberste Priorität

Ein wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang ist die Sicherheit der Vertiports, die für elektrisch angetriebene, senkrecht startende und landende Fluggeräte vorgesehen sind. Sie sollen auf Dächern, in Bahnhöfen, Parkplätzen oder anderen urbanen Strukturen integriert werden. Vertiports müssen höchste Sicherheitsanforderungen erfüllen. Einen wichtigen Beitrag zur Sicherheit der neuen Drohnenstopps wollen Forschende des Fraunhofer FHR mit einem modularen volldigitalen Sensornetzwerk samt Radarsensor leisten, das sich beliebig an die Größe des jeweiligen Vertiports anpassen lässt.

„Die Knoten sind volldigital, jeder Sensor im Netzwerk funktioniert vollständig autonom. 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“, erläutert Oliver Biallawons, Wissenschaftler der interdisziplinären Kompetenzgruppe „Civil Drone Systems“ am Fraunhofer FHR in Wachtberg.

Sensoren stimmen sich untereinander ab

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

Das Radarnetzwerk nutzt künstliche Intelligenz

Die Besonderheit des Radarnetzwerks, das die Forschenden als Civil Drone Systems (CDS) Network bezeichnen: Im Gegensatz zu Test-Überwachungssystemen, die auf Mobilfunk basieren, kann das System auch eVTOLs erkennen, die kein entsprechendes Kommunikationsgerät wie einen Chip oder Tag an Bord haben. Darüber hinaus kann die Sicherheitslösung durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz nicht nur Hindernisse, die die Ein- und Ausflugsschneise blockieren, detektieren, sondern diese auch klassifizieren. Das heißt, sie ist in der Lage, Objekte wie etwa Bäume, Vögel oder Drohnen zu klassifizieren. Das Radarnetzwerk erkennt sogar die Größe einzelner Drohnen und mit wie vielen Rotoren diese jeweils ausgestattet sind.

Die Radarsensorik liegt als Demonstrator vor, muss jedoch noch deutlich miniaturisiert werden. „Schreitet die Urbanisierung weiter voran, ist es langfristig unausweichlich, die Transportsysteme auch in die Luft zu verlagern. Dies gelingt nur mithilfe ausgeklügelter Sicherheitssysteme für hindernisfreies Starten und Landen wie unser modulares, resilientes Netzwerk aus strahlungsarmen, kommunizierenden Radarknoten“, so Oliver Biallawons. Das System kommt nicht nur für Vertiports infrage, es könnte künftig auch Korridore überwachen, auf denen sich Transportdrohnen durch Städte bewegen.

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