Drohnenschwärme ersetzen Satelliten bei der Erdbeobachtung
Forschende der Universitäten Ulm und Erlangen-Nürnberg entwickeln im DFG-Graduiertenkolleg KoRaTo ein Drohnenschwarm-Radarsystem. Dieses erfasst Gletscher und Vegetation dreidimensional mit bisher unerreichter Ortsauflösung im Zentimeterbereich. Nach einem ersten erfolgreichen Alpentest tritt das Projekt nun in eine zweite, anwendungsorientierte Förderphase ein.
Bild: GRK KoRaTo
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat das Graduiertenkolleg 2680 „Kooperative Apertursynthese für Radar-Tomographie" (KoRaTo) der Universitäten Ulm und Erlangen-Nürnberg für eine zweite Förderphase verlängert. Im Rahmen des Projekts entwickeln Nachwuchsforschende ein vernetztes Drohnen-Radarsystem zur Erdbeobachtung, das in einem ersten Feldtest in den Alpen bereits Gletscher und Hangvegetation erfasst hat.
Schwarmdrohnen erzeugen zentimetergenaue 3D-Radarbilder
Das System setzt dort an, wo herkömmliche Fernerkundung an ihre Grenzen stößt: Satelliten und Flugzeuge liefern zwar flächendeckende Daten, sind aber teuer und aufwändig im Betrieb. Stattdessen überfliegen mehrere mit Radarsensoren ausgestattete Drohnen die Beobachtungsfläche im Schwarm. Der physikalische Kern des Verfahrens liegt in der künstlichen Vergrößerung der sogenannten Apertur, also der Fläche, über die reflektierte Mikrowellenstrahlung gesammelt wird. Da sich die Drohnen zum gleichen Zeitpunkt an unterschiedlichen Positionen befinden, nimmt jede ein leicht abweichendes Radarecho auf. Ein Signalprozessor verrechnet Intensität und Phasenlage aller Echos zu einem kohärenten Gesamtsignal und erzielt damit Ortsauflösungen im Zentimeterbereich.
Gegenüber optischer Fernerkundung bietet das Radarverfahren einen weiteren praktischen Vorteil: Nacht, Nebel, Regen oder Schneefall beeinträchtigen die Aufnahme nicht. Zudem erfasst das System nicht nur die Erdoberfläche, sondern erzeugt schichtweise dreidimensionale Modelle des Inneren von Gletschern oder dichter Vegetation. In den Alpen konnten die Forschenden damit erstmals dokumentieren, wie sich Gletscher, Schnee- und Eisflächen klimabedingt verändern.
Anwendungsphase mit internationaler Verstärkung
Nachdem in der ersten Förderphase die grundlegenden technischen Systeme und Sensorfunktionen entstanden sind, soll die zweite Phase die Technologie in die konkrete Anwendung bringen. Schwerpunkt ist dabei die Radar-Fernerkundung geophysikalischer Daten aus Bio- und Kryosphäre, also der belebten Umwelt sowie schnee- und eisbedeckter Erdoberflächen.
Unterstützung erhält das Kolleg von Professorin Irena Hajnsek von der ETH Zürich, die als Mercator Fellow eingebunden wird. Die international anerkannte Expertin für Radarfernerkundung begleitet das Kolleg in den kommenden vier Jahren, in denen neue Doktorandinnen und Doktoranden aus sechs Ländern an der weiteren Optimierung des Systems arbeiten werden.