Nieuwe radiotechniek laat drone terugkeren zonder GPS
Aerospace engineer Sam Hyams heeft een nieuwe techniek ontwikkeld waarmee drones zonder GPS kunnen terugkeren naar hun homepoint. Zijn innovatie, Beacon RTH, maakt gebruik van LoRa-radio’s om de afstand tussen de drone en een basisstation te meten. Hierdoor kan de drone autonoom zijn weg terugvinden naar de piloot, zij het met enige marge. Dit biedt een praktische oplossing voor situaties waarin GPS-signalen niet beschikbaar zijn, zoals in GPS-verstoorde of afgeschermde gebieden.
Beperking van traditionele methoden
De meeste drones maken gebruik van de Return-to-Home (RTH)-functie als failsafe bij communicatieverlies of lage accuspanning. Deze functie is afhankelijk van GPS-navigatie, met een kompas als back-up. Helaas is deze back-up minder betrouwbaar, vooral door onnauwkeurige windschattingen die tijdens de vlucht tot grote afwijkingen kunnen leiden.
Alternatieve methoden, zoals optische flow en computervisietechnieken, vereisen vaak zwaardere hardware, wat de vliegduur en kosten van drones nadelig beïnvloedt. Daarnaast zijn deze technieken minder geschikt voor fixed-wing drones, die constant in beweging zijn.
LoRa-radio’s als alternatief
Hyams’ techniek maakt gebruik van LoRa-radio’s, die via time-of-flight (de tijd die een radiosignaal met de lichtsnelheid nodig heeft om van punt A naar B te reizen) de afstand tussen twee radio’s bepalen. Dit systeem is compact, energiezuinig en is in theorie zelfs ongevoelig voor externe verstoringen, zoals jammers.
Door de afstand tot het basisstation te meten en de snelheid waarmee de drone deze afstand verkleint te berekenen, kan de drone zijn koers aanpassen om richting het basisstation te vliegen. Dit maakt het mogelijk de drone terug te brengen tot een punt waar de piloot weer visueel contact heeft en handmatig de controle kan overnemen.
Eenvoudige maar effectieve aanpak
Het navigatie-algoritme van Hyams is ontworpen om met minimale inputs te werken: een magnetometer om de koers te bepalen en een LoRa-radio om de afstand te meten. Door de snelheid van verandering in afstand te analyseren, kan de drone een optimale koers bepalen.
Hoewel dit systeem niet de nauwkeurigheid van GPS benadert, biedt het een praktische oplossing om flyaways te voorkomen. Dit is vooral belangrijk voor fixed-wing drones, die zonder continue correctie grote afstanden kunnen afleggen.
Vroege testresultaten
Tijdens de eerste testvluchten bleek het systeem functioneel, hoewel er kinderziektes waren zoals scriptstoringen en beperkte loggingmogelijkheden. Na enkele aanpassingen aan de software en hardware demonstreerde de drone met succes dat de techniek werkt.
Het systeem kan eenvoudig worden geïntegreerd in ArduPilot fixed-wing drones en is compatibel met de MAVLink-protocolstandaard, waardoor het in principe eenvoudig kan worden toegepast in andere dronesystemen.
Toekomstige verbeteringen
Het huidige prototype heeft een kostprijs van minder dan 30 pond, weegt slechts 175 gram en verbruikt gemiddeld minder dan 100 mA. Het ontwerp biedt mogelijkheden voor verdere miniaturisatie en integratie in flight controllers. Hiermee kan het systeem worden geoptimaliseerd voor breed gebruik in drones, van consumentenmodellen tot professionele toepassingen.
Met Beacon RTH heeft Sam Hyams een veelbelovende stap gezet in het vergroten van de betrouwbaarheid en autonomie van drones, zelfs in uitdagende omstandigheden.
