Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRAbbildendes Radar: Von einer Drohne getragen
Ein Radar mit synthetischer Apertur (SAR) von einer Drohne getragen und an deren Flugbewegungen angepasst, nahm erste hochaufgelöste Abbildungen auf.
Bei Katastrophen kann es für die Rettungskräfte wichtig sein, sich einen »schnellen« Überblick über die Lage zu verschaffen – am besten aus der Vogelperspektive. Ähnlichen Fragestellungen sehen sich Grenzschutz und Militär gegenüber. Drohnen bieten sich für eine solche Aufklärung an. Tragen sie allerdings optische Kameras, ist man auf gutes Wettaer angewiesen: In Nebel, dichtem Regen, Rauch oder Dunkelheit sind diese kaum ein Gewinn. Radargeräte dagegen schauen ungehindert durch Nebel und Co. hindurch. Das Manko: Hochfrequente, leistungsstarke Radargeräte, die mit ihrer Auflösung nah an optische Geräte herankommen, waren bisher deutlich zu groß und zu schwer für Drohnen. Für sie braucht es größere Träger, etwa Ultraleichtflugzeuge.
94-Gigahertz-Radar, neun Kilogramm leicht
Forschende des Fraunhofer FHR haben solche hochfrequenten SAR-Radargeräte nun miniaturisiert: Lediglich neun Kilogramm bringt das entwickelte 94-Gigahertz-Gerät auf die Waage, leicht genug also für eine Drohne. Anpassen musste das Forscherteam dazu nicht nur die Hardware, sondern auch die dahinter liegenden Algorithmen. Denn eine Drohne bewegt sich gänzlich anders als ein Flugzeug: Sie fliegt enge, schnelle Kurven und Kreise, wird deutlich stärker vom Wind beeinflusst – es wackelt und vibriert also stärker – und bleibt auch schon mal gänzlich stehen oder fliegt gar rückwärts. Soll das miniaturisierte Radar brauchbare Abbildungen erzeugen, muss die Flugbahn auf den Millimeter genau bekannt sein. Entsprechende hochgenaue Messsensorik zur Lagebestimmung ist jedoch schwer und mit über 100.000 Euro auch extrem teuer. Die Forschenden erprobten daher kostengünstigere MEMS Sensorik, kurz für Micro-Electro-Mechanical-System, die bereits unter 20.000 Euro erhältlich ist. Wie verändert sich die Bildgebung? Welche Komponenten stellen trotz hoher und breitbandiger Sendefrequenz genügend Ausgangsleistung zur Verfügung? Die Frage der Sendeleistung ließ sich insbesondere durch Komponenten des Fraunhofer IAF in Freiburg lösen.
Fahrzeugspuren im Gras visualisierbar
Anfangs war fraglich, ob ein solches drohnentaugliches System überhaupt eine fokussierte Abbildung würde generieren können. Das Ergebnis überrascht: Die Auflösung der Abbildungen ist mit etwa fünf Zentimetern nur wenig schlechter als die aus dem Flugzeug aufgenommene, die auf bis zu zwei Zentimeter kommt. Bei Flughöhen von 30 bis 70 Metern konnte das System nicht nur parkende Fahrzeuge und Personen detektieren, sondern selbst Fahrzeugspuren im Gras visualisieren. In einem Folgeprojekt soll zum einen das Gewicht des Radargeräts auf unter sieben Kilogramm sinken, zum anderen soll es seine Daten in Echtzeit prozessieren und zum Boden senden, wo die Bilder per Videostream live verfolgt werden können.