Nieuw type radar klein genoeg voor toepassing in drones

Om drones in de toekomst veilig te laten vliegen te midden van obstakels en ander luchtverkeer wordt er overal ter wereld naarstig geëxperimenteerd met allerlei sensoren en systemen zoals lidar, stereoscopische camera’s en zelfs transponders. Toch zijn geen van die systemen zo effectief als een conventioneel radarsysteem, dat objecten op kilometers afstand kan waarnemen. Het Amerikaanse bedrijf Echodyne heeft nu een radar ontwikkeld die klein genoeg is om in drones geïntegreerd te kunnen worden.

Radar nog altijd ideaal voor sense&avoid
Het probleem met de meeste sense&avoid-systemen die tot nu toe ontwikkeld zijn is dat het bereik veel te klein is om bijvoorbeeld tijdig te kunnen waarschuwen voor een naderende helikopter of vliegtuig. Er zijn wel oplossingen die dronepiloten voor ander luchtverkeer kunnen waarschuwen, bijvoorbeeld gebaseerd op ADS-B, maar die transceivers zijn nog niet in elk luchtvaartuig ingebouwd. Bovendien vormen ADS-B systemen geen bescherming tegen aanvaringen met bijvoorbeeld gebouwen, masten of andere obstakels.

Van oudsher zijn radarsystemen zeer geschikt om op grote afstand vliegtuigen en andere objecten te kunnen detecteren, maar het probleem is alleen dat radarsystemen bijzonder groot en kostbaar zijn. Van inbouwen in drones was derhalve geen sprake. Het punt is namelijk dat de radiobundel die een radar uitzendt rond moet zwiepen, waarbij de tijd die gereflecteerde radiogolven erover doen om terug te keren een maat is voor de afstand van een object.

Metamateriaal
Dankzij de uitvinding van een nieuw soort metamateriaal is Echodyne nu in staat om dat rondzwiepen van een radarbundel te laten plaatsvinden zonder dat daarvoor bewegende delen of omvangrijke antenne-arrays nodig zijn. De kern van dit materiaal is een plaatvormige antenne waarin complexe 3D structuren geëtst zijn. Daardoor kan het materiaal radarstralen uitzenden met een bereik van 120º horizontaal en 80º verticaal, ongeveer vergelijkbaar met het blikveld van het menselijk oog.

Het systeem is nauwkeurig genoeg om een sportvliegtuigje op een afstand van 2 kilometer op te merken. Een andere drone kan tot op 750 meter worden gedetecteerd, en het systeem merkt vogels op tot een afstand van 250 meter. Daarnaast kan het radarsysteem ook een inschatting maken van de snelheid van het gedetecteerde object. Een ideaal hulpmiddel dus om dronepiloten te waarschuwen voor ander vliegverkeer en andere potentiële gevaren.

Professionele drones
Nu is het niet zo dat het radarsysteem van Echodyne in elke drone ingebouwd kan worden. De ‘metamaterial electronically scanned array’ (kortweg MESA) heeft het formaat van een paar op elkaar gestapelde iPad mini’s en weegt een kleine kilo. Te groot dus voor in een Phantom of vergelijkbaar formaat quadcopter, maar klein genoeg om in grotere, professionele onbemande systemen verwerkt te worden.

Ook is de MESA detector nog niet echt goedkoop, met een prijskaartje van ongeveer 20 tot 30 duizend dollar. Niet bepaald een systeem dus dat voor iedereen is weggelegd, maar voor bedrijven die drone-operaties uit willen voeren in CTR gebieden of andere locaties met ander vliegverkeer is een MESA wellicht de oplossing om dat op een veilige en verantwoorde manier te kunnen doen.

Goedkeuring
Maar voor het zover is moet het systeem eerst erkend worden door luchtverkeersleidingorganisaties. Echodyne is als eerste in gesprek met de Amerikaase luchtvaartautoriteit FAA. Ook moet de Amerikaanse warenautoriteit FCC nog een uitspraak doen over de vraag of het systeem de markt op mag. Maar ongetwijfeld vinden we deze technologie op een gegeven moment terug in onbemande systemen die hoger of verder moeten vliegen dan nu vanwege de vele luchtruimrestricties is toegestaan.