Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRZukünftig werden Paketlieferdrohnen, Inspektionsplattformen und Lufttaxis denselben Luftraum teilen, was neue Herausforderungen für Sicherheit und Luftraumüberwachung mit sich bringt. Im Forschungsprojekt MIMO-Air entwickelte ein Konsortium aus Forschungsinstituten und Industriepartnern einen Demonstrator für ein solches Luftraumüberwachungssystem.
Das Projekt konzentrierte sich auf kognitive MIMO (Multiple Input Multiple Output)-Radartechnologie, die auf fliegenden Plattformen montiert ist. Das System sollte Drohnen in Echtzeit erkennen, verfolgen und klassifizieren. Dies unterstützt sicherere und effizientere Luftraumoperationen für die aufkommende urbane Luftmobilität.
Kognitives MIMO-Radar für Echtzeit-Luftraumüberwachung
Der Demonstrator kombiniert fortschrittliche Radar-Hardware mit intelligenten Softwaremodulen. Ein multifunktionaler Radarchip auf SiGe-Basis wurde entwickelt und in ein MIMO-Radar-System integriert, das mehrere Ziele gleichzeitig beobachten kann. Radardaten werden über eine 4G-Datenverbindung an eine Bodenstation übertragen, wo Operatoren den Luftraum überwachen und erkannte Objekte analysieren können.
Eine zentrale Eigenschaft des Systems ist seine kognitive Verarbeitungsfähigkeit. Das Radar passt seine Parameter während des Betriebs dynamisch an, um die Detektionsleistung zu verbessern und Tracking-Fehler zu reduzieren. Zusätzlich wird die Mikrodoppler-Analyse verwendet, um erkannte Flugobjekte zu klassifizieren und zwischen verschiedenen Drohnentypen zu unterscheiden. Zur Unterstützung einer intuitiven Situationswahrnehmung können die verarbeiteten Daten auch in einer Virtual-Reality-Umgebung visualisiert werden.
Entwicklung, Integration und Validierung
Die Projektaktivitäten wurden in drei Hauptphasen gegliedert. Zunächst wurden operationale Konzepte und Systemanforderungen definiert. Darauf folgte die Entwicklung der Hardwarekomponenten, einschließlich des Radarchips und der Nachverarbeitungssoftware mit Tracking-, kognitiven Verarbeitungs- und Klassifikationsmodulen. Umfangreiche Simulationen stellten sicher, dass alle Untersysteme nahtlos miteinander interagieren können.
In der letzten Phase wurden die von den unterschiedlichen Projektpartnern entwickelten Systemkomponenten integriert und getestet. Der Demonstrator wurde durch eine Reihe von Laborversuchen, Bodenmesskampagnen und Flugtests validiert. Der letzte Validierungsschritt bestand aus Flugmesskampagnen, bei denen das Radarsystem auf einer Hubschrauberplattform montiert war. Diese Tests bestätigten die Fähigkeit des Systems, Drohnen in realistischen Einsatzszenarien zuverlässig zu erkennen und zu verfolgen.
Die Ergebnisse von MIMO-Air zeigen das Potenzial kognitiver MIMO-Radartechnologie zur Überwachung des Luftraums in niedriger Höhe. Das System ist damit interessant für Unternehmen mit eigenem (Werks-)Gelände und Drohnenanwendungen, für allgemeine Liefer-Dienstleister, aber auch Behörden sowie die offizielle Flugüberwachung. Das Projekt stellt einen wichtigen Schritt in Richtung sicherer Drohnenbetriebe und zukünftiger Konzepte der urbanen Luftmobilität dar.
Projektpartner und Finanzierung
MIMO-Air bringt ein Konsortium aus Forschungsinstituten und Industriepartnern zusammen, darunter HENSOLDT Sensors GmbH, Deutsche Flugsicherung (DFS), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Fraunhofer FHR und HuMaTects. Es wird durch das Luftfahrtforschungsprogramm LuFo gefördert.