Forschung und Entwicklung von unbemannten Systemen

Die Entwicklung moderner unbemannter Systeme erfordert das Zusammenspiel zahlreicher Technologien. Flug- und Fahrzeugplattformen, Sensorik, Embedded Computing, Kommunikation, Navigation und Software müssen als Gesamtsystem betrachtet, entwickelt und aufeinander abgestimmt werden.

Im Bereich Forschung und Entwicklung beschäftigen wir uns mit neuen Technologien, Systemarchitekturen und technischen Lösungsansätzen für UAV-, UGV- und weitere unbemannte Systeme. Im Mittelpunkt stehen die Entwicklung, Integration und Erprobung neuer Funktionen sowie die Überführung technologischer Konzepte in funktionsfähige Prototypen und einsatznahe Systeme.

Dabei betrachten wir nicht nur einzelne Komponenten, sondern deren Zusammenspiel innerhalb eines Gesamtsystems. Von der ersten technischen Machbarkeitsanalyse über den Aufbau von Demonstratoren und Prototypen bis zur Erprobung und Optimierung entwickeln wir Lösungen für unterschiedliche Anforderungen und Einsatzumgebungen.

Entwicklung unbemannter Systeme

Unsere Entwicklungsarbeit beginnt mit der technischen Aufgabenstellung. Auf dieser Grundlage untersuchen wir geeignete Plattformkonzepte, Komponenten und Technologien und entwickeln daraus eine auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Systemarchitektur.

Dabei können bestehende UAV- oder UGV-Plattformen als technologische Basis dienen oder neue Systeme und Prototypen entwickelt werden. Mechanik, Elektronik, Antrieb, Energieversorgung, Flugsteuerung, Sensorik, Kommunikation und Software werden dabei als miteinander verbundene Bestandteile eines Gesamtsystems betrachtet.

Prototyping & Systemintegration

Ein wesentlicher Bestandteil unserer Forschungs- und Entwicklungsarbeit ist die praktische Umsetzung neuer Konzepte. Technische Ansätze werden nicht ausschließlich theoretisch betrachtet, sondern in Form von Versuchsaufbauten, Demonstratoren und Prototypen umgesetzt und unter realistischen Bedingungen erprobt.

• Entwicklung von UAV- und UGV-Prototypen
• Aufbau technologischer Demonstratoren
• Entwicklung und Untersuchung unterschiedlicher Systemarchitekturen
• Integration neuer Komponenten und Technologien
• Auslegung von Antrieb, Energieversorgung und Nutzlast
• Integration von Sensorik und Kommunikationssystemen
• Integration von Embedded- und Companion-Computing-Systemen
• Erprobung und iterative Optimierung von Hard- und Software

Autopilot-, Steuerungs- & Navigationssysteme

Die Flug- beziehungsweise Fahrzeugsteuerung bildet eine zentrale technologische Ebene autonomer und teilautonomer Systeme. Für UAV-Anwendungen arbeiten wir unter anderem mit den Open-Source-Autopilot-Plattformen PX4 und ArduPilot.

Im Entwicklungsprozess werden Autopilot, Sensorik, Aktorik und übergeordnete Rechnersysteme auf die jeweilige Plattform abgestimmt. Neben der Parametrierung bestehender Funktionen untersuchen und integrieren wir zusätzliche Sensoren, Kommunikationsschnittstellen und externe Rechensysteme.

Ein weiterer Entwicklungsbereich sind Navigationsverfahren für Umgebungen, in denen GNSS nur eingeschränkt oder nicht verfügbar ist. Hier untersuchen wir unter anderem die Kombination unterschiedlicher Sensoren und Verfahren zur Positionsbestimmung, Umgebungserfassung und autonomen Navigation.

Entwicklungsschwerpunkte

• PX4- und ArduPilot-basierte Systementwicklung
• Integration und Evaluierung unterschiedlicher Navigationssensoren
• GNSS-, RTK- und Multi-GNSS-Systeme
• GNSS-unabhängige Navigationsansätze
• LiDAR- und kamerabasierte Umgebungserfassung
• Sensorfusion und Kombination unterschiedlicher Datenquellen
• Autonome und teilautonome Navigationsfunktionen
• Integration externer Companion Computer

Sensorik & Umgebungserfassung

Sensoren bilden die Grundlage dafür, dass unbemannte Systeme ihre Umgebung erfassen, Zustände bestimmen und automatisierte Entscheidungen vorbereiten können. Ein Schwerpunkt unserer Entwicklungsarbeit liegt deshalb auf der Integration und Kombination unterschiedlicher Sensorsysteme.

Je nach Forschungs- oder Entwicklungsprojekt können beispielsweise GNSS- und RTK-Empfänger, LiDAR-Systeme, Kameras, Entfernungssensoren, inertiale Sensoren oder weitere spezialisierte Sensoren eingesetzt werden. Die gewonnenen Daten können direkt auf dem System verarbeitet, miteinander kombiniert oder an übergeordnete Systeme übertragen werden.

• GNSS- und RTK-Systeme
• LiDAR-Sensorik
• Optische Sensoren und Kamerasysteme
• Entfernungs- und Höhensensoren
• Inertiale Sensorik
• 3D-Umgebungserfassung und Mapping
• Sensorfusion unterschiedlicher Datenquellen
• Integration kundenspezifischer und experimenteller Sensorik

Embedded Computing & Edge Processing

Mit zunehmender Autonomie steigt der Bedarf an Rechenleistung direkt auf dem unbemannten System. Deshalb beschäftigen wir uns mit der Integration von Companion Computern und Edge-Computing-Plattformen, die komplexe Datenverarbeitung unabhängig von einer permanenten Verbindung zur Bodenstation ermöglichen.

Diese Systeme können Sensordaten zusammenführen, Kamerabilder analysieren, Navigationsalgorithmen ausführen oder Informationen für übergeordnete Steuerungsprozesse bereitstellen. Dadurch entsteht eine zusätzliche Verarbeitungsebene zwischen Sensorik, Autopilot und weiteren Systemkomponenten.

• Integration von Companion Computern
• Embedded Linux Systeme
• Edge Computing direkt auf UAV- und UGV-Plattformen
• Onboard-Verarbeitung von Sensor- und Bilddaten
• Schnittstellen zwischen Autopilot, Sensorik und Companion Computer
• Entwicklung und Erprobung verteilter Systemarchitekturen

Künstliche Intelligenz & autonome Systeme

Künstliche Intelligenz eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung unbemannter Systeme. Statt ausschließlich vorgegebenen Flug- oder Fahrwegen zu folgen, können zukünftige Systeme ihre Umgebung zunehmend selbstständig erfassen, relevante Informationen erkennen und diese für weitere Prozesse nutzen.

Unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeit konzentriert sich auf die Integration und Erprobung von KI-Verfahren direkt auf unbemannten Plattformen. Dabei untersuchen wir insbesondere Anwendungen, bei denen Bild-, Sensor- und Umgebungsdaten bereits während des Einsatzes verarbeitet werden.

KI direkt auf dem System

Durch Edge-KI können Analyse- und Erkennungsprozesse unmittelbar auf dem UAV oder UGV ausgeführt werden. Dadurch lassen sich Daten lokal verarbeiten und relevante Informationen extrahieren, ohne sämtliche Rohdaten permanent an externe Systeme übertragen zu müssen.

• Objekterkennung und Klassifizierung
• Computer Vision
• Automatisierte Bild- und Videoanalyse
• Erkennung definierter Strukturen und Merkmale
• KI-gestützte Verarbeitung von Sensordaten
• Sensorfusion und Situationsanalyse
• Unterstützung autonomer Navigationsverfahren
• Entwicklung und Evaluierung anwendungsspezifischer KI-Modelle

Autonome Navigation & GNSS-unabhängige Systeme

Eine besondere Herausforderung für autonome Systeme sind Umgebungen, in denen klassische satellitengestützte Navigation nicht zuverlässig verfügbar ist. Dazu gehören beispielsweise Gebäude, Tunnel, Industrieanlagen oder andere abgeschirmte beziehungsweise infrastrukturell komplexe Bereiche.

Im Rahmen unserer Entwicklungsarbeit untersuchen wir Technologien zur GNSS-unabhängigen Navigation und Umgebungserfassung. Dazu können LiDAR, Kameras, inertiale Sensoren, Entfernungssensoren sowie Verfahren zur Lokalisierung, Kartierung und Sensorfusion miteinander kombiniert werden.

Ziel ist die Entwicklung robuster Systemarchitekturen, mit denen unbemannte Plattformen ihre Umgebung erfassen, ihre Position bestimmen und Navigationsaufgaben zunehmend autonom ausführen können.

Kommunikation & Datenübertragung

Kommunikation ist ein wesentlicher Bestandteil verteilter unbemannter Systeme. Abhängig von Reichweite, Datenmenge, Umgebung und Einsatzprofil können unterschiedliche Kommunikationsverfahren erforderlich sein.

Wir untersuchen und integrieren verschiedene Technologien für Telemetrie, Steuerung und Datenübertragung. Neben klassischen Funk- und Mobilfunklösungen können für spezielle Anwendungen auch kabelgebundene oder faseroptische Kommunikationssysteme Bestandteil der Entwicklung sein.

• Telemetrie- und Datenfunk
• LTE/4G-basierte Kommunikation
• IP-basierte Datenübertragung
• Kommunikation zwischen Autopilot und Companion Computer
• Übertragung von Sensor- und Nutzlastdaten
• Faseroptische und LWL-basierte Kommunikationslösungen
• Entwicklung anwendungsspezifischer Kommunikationsarchitekturen

Versuchsaufbauten, Demonstratoren & Prototypen

Forschung und Entwicklung bedeutet für uns, neue Technologien praktisch zu untersuchen. Deshalb entstehen im Entwicklungsprozess Versuchsaufbauten und Demonstratoren, mit denen einzelne Technologien sowie deren Zusammenspiel innerhalb eines Gesamtsystems getestet werden können.

Die dabei gewonnenen Erkenntnisse fließen unmittelbar in die weitere Entwicklung ein. Hardware, Software, Sensorik und Algorithmen können iterativ angepasst und erneut erprobt werden. Auf diese Weise lassen sich technische Risiken frühzeitig erkennen und unterschiedliche Lösungsansätze miteinander vergleichen.

Vom Konzept zum Demonstrator

• Analyse technischer Anforderungen
• Machbarkeitsuntersuchungen
• Technologie- und Komponentenevaluierung
• Entwicklung von Systemarchitekturen
• Aufbau von Versuchsplattformen
• Entwicklung funktionaler Prototypen
• Integration und Inbetriebnahme
• Erprobung unter realistischen Bedingungen
• Analyse und Optimierung des Gesamtsystems
• Weiterentwicklung zum anwendungsspezifischen System

Forschungs- und Entwicklungsfelder

Unsere Entwicklungsaktivitäten verbinden unterschiedliche technologische Disziplinen. Dadurch können einzelne Technologien nicht nur isoliert untersucht, sondern innerhalb vollständiger unbemannter Systeme entwickelt und erprobt werden.

• UAV- und UGV-Systementwicklung
• Autonome und teilautonome Systeme
• PX4- und ArduPilot-basierte Plattformen
• GNSS- und RTK-Navigation
• GNSS-unabhängige Navigation
• LiDAR und 3D-Mapping
• Computer Vision und Bildverarbeitung
• Künstliche Intelligenz und Edge-KI
• Sensorfusion und Umgebungserfassung
• Embedded- und Companion-Computing
• Telemetrie und Datenkommunikation
• Faseroptische Kommunikationssysteme
• Prototyping und Technologieerprobung

Von der Forschungsfrage zum funktionsfähigen System

Am Anfang einer Entwicklung steht nicht zwangsläufig eine bereits definierte Plattform. Ausgangspunkt kann ebenso eine technische Fragestellung, eine neue Technologie oder ein bislang ungelöstes Problem sein.

Wir analysieren die technischen Anforderungen, bewerten geeignete Technologien und entwickeln daraus einen möglichen Lösungsansatz. Dieser kann zunächst als Versuchsaufbau oder Demonstrator umgesetzt und anschließend schrittweise weiterentwickelt werden.

Unser Ziel ist es, neue Technologien nicht nur theoretisch zu betrachten, sondern ihre praktische Einsetzbarkeit innerhalb unbemannter Systeme zu untersuchen und daraus belastbare technische Lösungen zu entwickeln.

Forschung. Entwicklung. Integration.

Unbemannte Systeme entwickeln sich zunehmend zu komplexen vernetzten Plattformen, in denen Mechanik, Elektronik, Sensorik, Kommunikation, Software und künstliche Intelligenz zusammenwirken. Genau an diesen Schnittstellen liegt unser Schwerpunkt.

Wir entwickeln, integrieren und erproben Technologien für zukünftige UAV-, UGV- und autonome Systeme – vom ersten technischen Konzept über den Prototyp bis zum funktionsfähigen Demonstrator und anwendungsspezifischen Gesamtsystem.