Skip to main content

High-Accuracy Indoor Tracking and Augmented Sensing using Swarms of UAVs

Article Category

Article available in the folowing languages:

Ulepszona technologia śledzenia przez roje dronów pomaga zapewnić nam bezpieczeństwo

Bezzałogowe statki powietrzne, powszechnie zwane dronami, są coraz mniejsze, inteligentniejsze i tańsze w produkcji, pozwalając na nowe zastosowania, które obejmują wykorzystanie rojów (sieci) niewielkich dronów na potrzeby usług lokalizowania i mapowania w środowiskach będących poza zasięgiem systemu GPS, np. w pomieszczeniach zamkniętych lub w nieoczekiwanych sytuacjach.

Gospodarka cyfrowa
Bezpieczeństwo

Bezzałogowe statki powietrzne mogą wykrywać obiekty w swoim otoczeniu, wymieniać informacje z innymi dronami w sieci i lokalizować ich położenie w celu odtworzenia mapy swojego otoczenia. Ponadto drony wyposażone w czujniki o częstotliwości radiowej są bardziej elastyczne i oferują możliwość szerszej konfiguracji niż tradycyjne (stacjonarne) czujniki naziemne, ponieważ mogą łatwo zmieniać swoje położenie na przestrzeni czasu. Dzięki temu mogą one nieustannie utrzymywać niezawodne połączenie komunikacyjne z innymi dronami lub celami i unikać przeszkód, które znajdują się na ich linii wzroku. Podczas pożaru, na przykład, drony mogą zapewnić tymczasową infrastrukturę pozycjonowania na potrzeby służb ratowniczych i ocenić stan budynku. Mogą one wlatywać do zadymionych miejsc, aby tworzyć mapy środowiska wewnętrznego i śledzić ruch strażaków oraz innych osób wewnątrz. Bezzałogowe statki powietrzne mogą również tworzyć sieć działającą na zasadzie wspólnego systemu radarowego do śledzenia z dużą dokładnością nieautoryzowanych dronów w czasie rzeczywistym. Sieć może szacować sygnaturę dopplerowską, cechę sygnału zwrotnego docierającego ze śmigieł dronów, pozwalającą na odróżnienie ich od innych obiektów latających i ptaków. Może to pomóc w zapobieganiu atakom terrorystycznym ze strony małych, nieautoryzowanych bezzałogowych statków powietrznych ledwo wykrywalnych przy użyciu konwencjonalnego radaru naziemnego.

Nowa sieć czujników

W ramach finansowanego ze środków UE projektu AirSens opracowano algorytmy inteligencji rozproszonej i techniki przetwarzania danych umożliwiające bezzałogowym statkom powietrznym bardzo dokładne śledzenie i wyczuwanie otoczenia w środowisku wewnętrznym i zewnętrznym. Badanie przeprowadzono dzięki wsparciu z działania „Maria Skłodowska-Curie”. W ramach projektu AirSens początkowo zweryfikowano zdolność bezzałogowych statków powietrznych do utworzenia nowej sieci radarowej, która obsługuje sieć naziemną do monitorowania otoczenia. „Przetwarzanie odbywa się w całej sieci bezzałogowych statków powietrznych: każdy dron uważa się za współpracujący i autonomiczny element sieci. Aby ograniczyć zużycie baterii podczas lotu, drony komunikują się tylko ze swoimi najbliższymi sąsiadami”, komentuje badaczka Anna Guerra. Zastosowanie radarów wieloantenowych o falach milimetrowych, wykorzystujących zakres częstotliwości od 30 GHz do 300 GHz, pozwala na zamontowanie dużej liczby anten w ograniczonej przestrzeni bezzałogowych statków powietrznych. „Uzyskana w ten sposób rozdzielczość kątowa i szerokie pasmo sygnału pozwalają na uzyskanie lokalizacji o dokładności na poziomie pojedynczych centymetrów nawet przy użyciu radaru pojedynczego drona”, wyjaśnia Guerra.

Szeroki zakres zastosowań

Innym ważnym aspektem projektu było zbadanie możliwości mapowania rojów w celu umożliwienia bezzałogowym statkom powietrznym omijania przeszkód i budynków znajdujących się w ich linii wzroku. Naukowcy badali również to, jak kontrolować roje dronów, opracowując algorytmy „poszukiwania informacji”, które „wyszukują” trajektorie dronów, które mogą zmaksymalizować dokładność ich pozycjonowania. „Projekt AirSens łączy w sobie tę potrzebę integracji, autonomii i inteligencji bezzałogowych statków powietrznych”, zauważa Guerra. Rój może być pomocny w badaniu nieznanych i/lub niebezpiecznych środowisk, między innymi w przypadku prowadzenia działań górniczych oraz akcji ratowniczych po pożarach, wypadkach lub klęskach żywiołowych. Ponadto te same algorytmy, które pierwotnie opracowano do śledzenia celów i nawigacji, można przystosować do wykrywania niebezpiecznych cząstek zanieczyszczających i do monitorowania ogólnej jakości powietrza. Ponadto AirSens zapewnia rozwiązania w zakresie innowacyjnych usług przemysłowych przyczyniających się do zwiększenia konkurencyjności i wzrostu gospodarczego Europy. „Stanowią one podstawę dla przyszłych inicjatyw, takich jak badanie wydajności trójwymiarowych sieci dronów do wspólnej komunikacji i wykrywania w następnej generacji systemów komórkowych 6G,” zwraca uwagę Guerra.

Słowa kluczowe

AirSens, bezzałogowy statek powietrzny, sieć, rój, radar, dron, klęski żywiołowe, sygnatura dopplerowska

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania