Das britische Unternehmen Flarebright hat am 27. März 2025 mit Tactera ein neues, kostengünstiges und gleichzeitig hochpräzises Navigationssystem für die Punktzielbekämpfung vorgestellt, das unabhängig von Satellitennavigationssystemen (GNSS) operiert.
Während der Vorführung demonstrierte Flarebright die Fähigkeit dreier GNSS-unabhängiger Navigationssysteme, die Standortbestimmung eines kleinen Drohnenschwarms zu verbessern. Dazu flogen drei Drohnen in einem passiven Test über den englischen Flugplatz Shuttleworth. „Bei einem passiven Test zeichnet das Backup-Navigationssystem während des Fluges gleichzeitig den gewählten Kurs auf. Es läuft also parallel zur absoluten Positionierung (GPS). Das GPS führt eine ordnungsgemäße und sichere Navigation durch, aber das Protokoll des Backup-Navigationssystems überwacht, was es alleine (ohne GNSS) tun würde“, erklärte Carl Sequeira, technischer Leiter von Flarebright, dem Publikum am 27. März.
Die Ergebnisse der Demonstration wurden den Teilnehmern auf Bildschirmen ausgegeben, während die drei Flächendrohnen über ihnen kreisten. Das ovale Flugmuster jeder Drohne wurde deutlich dargestellt, zusammen mit einer Grafik, die die zunehmende Abweichung ihrer Trägheitsnavigationssensoren anzeigte. „Wenn die Drohnen ohne GPS fliegen und sich nur auf die Trägheitsnavigation verlassen würden, würde ihr Kurs zunehmend unberechenbarer werden, bis sie abstürzen“, führte Sequeira weiter aus.
Entwicklung in kürzester Zeit
Die Diagramme zeigten diesen Effekt bis zu einem gewissen Grad, da sie die simulierte Position außerhalb der tatsächlichen Flugbahnen der Drohnen abbildeten. Zeitweise verbesserte sich die Positionsgenauigkeit jedoch signifikant, bevor sie sich allmählich wieder verschlechterte. Dies war der Effekt des LiDAR- Navigationssystems (Light Detection and Ranging), das die Geländedaten mit einem digitalen Höhenmodell des Geländes in Shuttleworth verglich, das auf den Computer der Drohne hochgeladen wurde.
Zusätzlich zum LiDAR-Navigationssystem demonstrierte das Flarebright-Team auch ein Schwarmnavigationskonzept namens Tactera Swarm. Die drei Drohnen waren mit Funksendern ausgestattet, die den Datenaustausch untereinander ermöglichten. „Die Idee entstand, weil möglicherweise verschiedene Systeme oder Systeme unterschiedlicher Qualitäten zusammenarbeiten. Daher dachten wir, dass sich ihre Navigation durch die Fusion ihrer Sensordaten verbessern ließe“, erklärte Sequeira. Im Schwarmbetrieb zeigten die Drohnen eine deutliche Verbesserung gegenüber dem rein LiDAR-gestützten Flug. Alle drei konnten Standortdaten austauschen und so alle ermittelten Positionen verbessern.
„Beim Schwarm kann eine einzige gute Geländeübereinstimmung die Schätzung für alle Systeme im Schwarm verbessern“, erläuterte Sequeira. „Mindestens eine Drohne verfügt während der Tests über kein LiDAR, es könnte sich also beispielsweise um eine mit LiDAR und zwei mit Intera (einem softwaregestützten Trägheitsnavigationssystem) handeln.“ Normalerweise kann Intera in 30 Minuten bis zu 3,5 km abdriften, aber die Schwarmfusion mit LiDAR kann die Drift wieder auf eine Genauigkeit von unter 10 m korrigieren.
Tech-Profil: Tactera
Tactera wurde in den letzten zwölf Monaten nach einer Reihe von Kooperationen mit dem britischen Research and Development, Test and Evaluation Team entwickelt und den Frontline Commands der einzelnen britischen Teilstreitkräfte mit Schwerpunkt auf das Intera System vorgeführt. Dies führte zu der Anfrage nach einer Demonstration von Intera auf einer bereits einsatzbereiten Plattform sowie einem LiDAR-basierten System. Dabei gab es jedoch eine Herausforderung zu lösen. Ein bekanntes Problem für britische Drohnenentwickler: Das Fehlen eines geeigneten Übungsgeländes. Areale auf dem britischen Festland, auf denen Drohnen fliegen dürfen, sind zu klein, um neue Navigationssysteme zu testen, da die Gefahr besteht, dass die Drohnen das Übungsgelände verlassen und in den zivilen Luftraum eindringen.
Auch Flarebright hat sich dieses Problems angenommen und ein neues Flugabbruchsystem namens Extera entwickelt. Dieses plattformunabhängige System unterbricht die Stromversorgung einer Drohne, wenn sie unerwartetes Flugverhalten zeigt, einen vordefinierten Geofence (Flugbereich) verlässt oder ein anderes gefährliches Flugmanöver ausführt. „Die meisten Flugabbruchsysteme sind speziell auf das Fluggerät zugeschnitten und basieren auf dessen Flugsteuerungssystem. Wie kann man also garantieren, dass man einen Flug innerhalb der erforderlichen Zeit abbricht, wenn es sich um einen Prototyp handelt?“, fragte Sequeira.
Kurz darauf wurde ein Zuschauer aufgefordert, einen Schalter am Flugabbruchsystem zu drücken. Das Geräusch des Drohnenmotors, über den Zuschauern verstummte plötzlich und die Drohne begann einen steilen Sinkflug. Sobald die Drohne an Geschwindigkeit gewonnen hatte, öffnete sich ein Fallschirm und die Drohne landete sanft im Gras.
Flarebright plant die Weiterentwicklung von Tactera durch Partnerschaften mit Drohnenherstellern, um die Einsatzreife des Systems zu belegen. Darüber hinaus ist geplant, Extera weiterzuentwickeln, um es an schwereren Luftfahrzeugen testen zu können.
Tactera ist in drei Konfigurationen verfügbar: Tactera, lediglich die LiDAR-Lösung, Tactera Marine, eine Kombination aus LiDAR und Intera für lange Flüge über offenem Gewässer und Tactera Swarm, das alle Navigationslösungen von Flarebright mit der Schwarmnavigationsfunktion verbindet.
Intera nutzt überschüssige Daten, die von einer Drohne generiert und normalerweise ungenutzt bleiben. Dazu können beispielsweise die Drehzahl der Motoren oder Befehle der Flugsteuerungseinheit gehören. Das Flarebright Team extrahiert bis zu einer Minute Flugdaten der Drohne und erstellt anschließend ein digitales Modell auf Grundlage dieser Daten, kombiniert mit einer Reihe von unternehmenseigenen Algorithmen für maschinelles Lernen, die eine für die jeweilige Drohne optimierte Softwarelösung entwickeln. Diese Software wird auf den Computer der Drohne hochgeladen und dient zur Korrektur der Positionierungsfehler ihres Trägheitsnavigationssystems.
Tactera hingegen ist plattformunabhängig und nutzt LiDAR- oder Radar-Höhenmessungen der Drohne in Relation zum Boden. Diese werden mit einer digitalen Karte sowie der geschätzten Geschwindigkeit, Höhe und Fluglage der Drohne abgeglichen. Anschließend werden die Daten in einen Algorithmus eingespeist, der die Position der Plattform anhand unvollständiger Daten schätzt. Der Algorithmus kennt Startort, Flugstrecke (Geschwindigkeit), Flugrichtung und Flughöhe und wertet diese Daten aus, um die Position der Drohne anhand der genauesten Messungen zu schätzen. Dieser Vorgang wiederholt sich während des Fluges regelmäßig, sodass der Computer der Drohne ihren Standort kontinuierlich neu bestimmen und ihre Flugbahn bei Bedarf anpassen kann.
„In Spanien wurden Flugtests durchgeführt, und Tactera erreichte eine Genauigkeit von etwa 30 m“, erklärte Sequeira. Dies ist ziemlich bedeutsam, da das Geländeverfolgungssystem eines Tomahawk Marschflugkörpers eine Genauigkeit von etwa 10 m erreichen kann, allerdings zu wesentlich höheren Kosten. „Es ist wichtig zu beachten, dass das LiDAR-System ein sehr früher Prototyp ist, der noch viel Raum für Verbesserungen bietet, um die Genauigkeit auf 10 Meter zu reduzieren“, führte Kelvin Hamilton, CEO von Flarebright, nach der Demonstration aus. „Wir haben auch Tests durchgeführt, um zu sehen, wie viele Fehler das LiDAR korrigieren kann. Wir haben festgestellt, dass das LiDAR mit einem Navigationsfehler von mehreren hundert Metern zurechtkommt, wie er beispielsweise beim Überqueren einer langen offenen Wasserfläche auftreten kann“, komplementierte Sequeira.
Hardwareseitig ermöglicht Tactera die absolute Positionsbestimmung mit kostengünstigen LiDAR-Sensoren für Automobile, die rund 500 Pfund (knapp 583 Euro) kosten und nur 170 Gramm wiegen. „Geländekartierungen werden üblicherweise mit Kameras und Mehrstrahl-LiDAR-Sensoren durchgeführt. Normalerweise erfordert dies einen schweren Sensor und ein rechenintensives System. Unsere Lösung ist jedoch deutlich günstiger und leichter“, so Sequeira. Die Rechenkomponente von Tactica wurde auf einem Raspberry Pi-3B demonstriert, einem erschwinglichen Einplatinencomputer von der Größe einer Kreditkarte und einem Gewicht von nur 45 Gramm. Er benötigt sehr wenig Strom und lässt sich daher problemlos in viele verschiedene Drohnen integrieren, sodass Tactera und Intera installiert und betrieben werden können. Beim Einsatz von Tactera Swarm tauschen die Drohnen ihre Näherungswerte untereinander aus und verwenden die im Verbund ermittelte Position als gemeinsamen Wert. GNSS-Daten können zudem regelmäßig genutzt werden, um die absolute Position neu zu bestimmen. Anschließend sorgt die Kombination aus LiDAR und Intera dafür, den Navigationsfehler gering zu halten.
Anmerkung des Autors
Die von Flarebright entwickelte Technologie ist grundsätzlich als Dual-Use-Ansatz zu betrachten. Drohnen können künftig nicht als Logistiklösung für den urbanen Raum verwendet werden, wenn ihre Navigationssysteme bereits durch relativ kostengünstige Störsender beeinträchtigt werden können. Dasselbe gilt für weitere zivile Nutzerkreise, die Drohnen einsetzen möchten, um schnell die beste Option für Straßenreparaturen oder die Auflösung eines Staus zu ermitteln. Im Rüstungssektor kann Tactera jedoch für verschiedene Wirksysteme genutzt werden, die auch in einer Umgebung ohne GNSS bestehen und ihr Ziel finden müssen. Russland hat bereits bewiesen, dass es die Genauigkeit westlicher GPS-basierter Waffen bis hin zum vollständigen Versagen beeinträchtigen kann. Das bedeutet, dass Lösungen, die auch ohne GPS-Daten ausreichende Genauigkeit bieten, bei der der westlichen Streitkräfte auf großes Interesse stoßen könnten.
Autor: Sam Cranny-Evans. Der Beitrag erschien erstmalig am 11.04.2025 in englischer Sprache auf der hartpunkt-Partnerseite Calibre Defence.
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