Ett seminarium om drönare (UAV) arrangerat av ÅF, visar att dessa kan rädda liv och löser situationer som är omöjliga att utföra av människor. Kommunikationen till och från en drönare måste fungera, ibland bortom horisonten: I en intressant studie utgår man från kommunikation över kortvåg för att klara det.

Antag att en person befinner sig i sjönöd. Att nå den nödställda per båt kanske tar för lång tid eller är ogörligt. Alternativet, att utnyttja en helikopter kostar mycket och en så stor insats kanske inte krävs. Om det gäller att snabbt få ut ett föremål, kanske en flytväst, annat flythjälpmedel, en hjärtstartare eller medicin skulle kunna överföras med hjälp av en mindre drönare.

Säker flygning ett orubbligt krav
Fredrik Falkman, ansvarig för innovationsfrågor inom Sjöräddningsverket, studerar nu möjligheten att använda drönare. Han tog upp en av de fundamentala stötestenarna för att använda drönare, nämligen att kunna framföra sådana säkert med hänsyn till risker för kollision med andra rörliga föremål, fast materiel och inte minst med människor.

Fredrik Falkman, Sjöräddningsverket

Flygfarkoster måste hålla sig 150 m över marknivå, med undantag av sjöflygplan, militära plan och helikoptrar. Riskerna för flygningar under 150 m definieras av Specific Operations Risc Assessement, i svensk version i kategori 5c.
En hjälp hade varit att kräva att en drönare har en transponder, för att lätt kunna identifieras av andra flygande farkoster.
– Utan transponder syns inte drönare.

Fredrik Falkman tar upp en fruktbar idé från Transportstyrelsen, nämligen att den som skall flyga en drönare bokar luftrum.
– Då blir det som en alldeles vanlig navigationsvarning. Om man exempelvis sätter upp ett vindkraftverk går det ut en navigationsvarning. Det är du som flyger som ser till att inte krocka med vindkraftverket. Samma sak skull gälla piloten av sjöflygplanet eller en helikopter.

– Vi har gjort ett system där en drönaroperatör som begär ett luftrum gör en poängberäkning av två anledningar:
1) De mest angelägna flyger t ex en hjärtstartare och vill ha ett automatiskt svar.
2) En handläggare skall inte behöva lägga tid på en orimlig begäran. Systemet skall därför automatisk underkänna sådana förfrågningar.

– Sjöflygplan och helikopter kan prenumerera på ett visst område. Om transportstyrelsen kommer fram till något sätt att genomföra detta så skulle det kunna ske med nuvarande regler.

Även Dick Johansson, sektionschef för polisflyget, talade mycket om säker användning av drönare som en central fråga.
Polisen initierade en förstudie för tre år sedan som resulterade i inköp av två UAVer: En drönare avsedd för brottsplatsfotografering, en annan för taktisk informationsinsamling, att använda exempelvis för att se om någon person går in eller ut ur en byggnad före en polisinsats.

Dick Johansson, Polisen

Studien är nu avslutad och man är nu på väg att införa användningen av UAVer i organisationen.

– Utvecklingen inom området har gått mycket snabbt. Vi var tidigt ute. Polisen skall vara en föregångare att använda drönare!

En fördel, jämfört med helikopter, är att det blir möjligt att ta närbilder av en brottsplats.

Bortom horisonten
Om man skall kommunicera med en drönare långt bortom horisonten gäller det att välja rätt frekvensområde för att kunna överföra nödvändig information, t ex sensor- och positionsdata. Om man inte har tillgång till en infrastruktur, på otillgängliga platser eller på havet, skulle överföring via kortvågsbandet, med signaler reflekterade i jonosfären, kunna vara ett alternativ.
Filip Enander beskriver i ett examensarbete vid Uppsala Universitet möjligheten att kunna placera en kortvågssändare på en liten drönare. Handledare har varit Eskil Bendz och Karl-Arne Markström, ÅF Technology, där projektet har genomförts.

Filip Enander

Ett problem är att man bara kan använda en starkt förkortad antenn i förhållande till våglängden. Idealet hade varit en halv våglängd lång antenn. Vid exempelvis 5 GHz skulle det ha inneburit 60 m antennlängd, något som inte vore praktiskt genomförbart. Med en starkt förkortad antenn minskar verkningsgraden drastiskt.

I en simulerad modell befinner sig en drönare över Stockholms skärgård. Mottagningsstationer är placerade i Härnösand, Enköping, Gotland och Kiruna. Rapporten konstaterar att för Kiruna är visserligen brus och störande signaler lägre, men prognosen är svårare att ställa eftersom jonosfären är ostabil på höga latituder
För avlyssning i Härnösand krävs en 2,5 m lång antenn dagtid och 4 m nattetid eftersom MUF (Maximum Usable Frequency) och FOT (Frequency Optimum Traffic) då är lägre. Programvaran VOCAP, Voice Of America Coverage Analysis Program, användes för att skapa en modell av radiokanalen. VOCAB finns i en on-line-version som kan användas utan kostnad. Några exempel på ingångsparametrar, som bestäms av användaren, är sändar- och mottagarantenner, sändareffekt, tid på dygnet och lokalitet. För simuleringarna med VOCAP antogs en isotrop antenn (0 dBi) för både sändning och mottagning. Sändareffekten sattes till 1 W, modulation med enkelt sidband (SSB) och 1 Hz bandbredd (för att kunna göra jämförelser).

För att konstruera systemet användes Matlab. Sändareffekten sattes då till 5 W och för mottagaren antogs 5 dB signal/brusförhållande och 3 kHz bandbredd. Antennlängden valdes till 2 till 6 m.

På kortvågsområdet har internationella radioreglementet tilldelat ett antal frekvensområden för kommunikation avseende icke tidtabellsbunden flygtrafik, ”off-rute”. Frekvensbanden är valda att täcka utbredningsformer, som bl a varierar under dygnet och med det aktuella solfläckstalet. Användning av dessa frekvensband medges för militärt flyg, privatflyg och även UAV. Men det gäller att finna ett frekvensområde som inte är upptaget, som vid aktuell tidpunkt medger reflexion via jonosfären och som inte är utsatt för störningar.

Digital radio har möjliggjort KV-system i drönare.
* Dels kan själva radiodelen göras liten om den utformas som ”software radio”. Grunden för denna är en A/D-omvandlare och en FPGA för snabb signalbehandling.
* Dels kan man tack vare digital modulation öka dataöverföringshastigheten upp till en gräns som bestäms av Shannons teorem.

Brett användningsområde
Konferensen tog upp en rad olika områden där UAVer kan göra stor nytta. Vi har redan nämnt hur Sjöfartsverket och Polisen ser på möjligheterna.

Centrum för hjärtstoppsforskning vid Karolinska institutet i Solna har gjort en världsunik studie där man har testat möjligheten att rädda liv med drönare som utrustats med hjärtstartare för plötsliga hjärtstopp. Andreas Claesson, ordförande i Svenska HLR-rådet, berättade att idag får ca 5000 personer hjärtstopp. Dödligheten så hög som 89 procent! Problemet är att man i många fall inte hinner komma fram i tid eftersom en hjärtstartare måste sättas in inom 13 minuter efter en kollaps.

Andreas Claesson, Hjärtstoppcentrum KI/SÖS

Med hjärtstartare på plats man kring 70 procent överleva.
Andreas Claesson kontaktade Jan Björn och Sebastian Wallman på FlyPuls AB för att ta fram en testprototyp till lämplig drönare. I ett test konstatera att en drönare kunde komma fram snabbare än en ambulans.

Jan Björn, FlyPuls

Från Älmsta brandstation till Norrtälje var flygtiden fem minuter snabbare. Drönaren bär en defibrillator (hjärtstartare) som är automatisk. Man trycker på ”ON” och sedan berättar den exakt vad man skall göra. Drönaren är också tänkt att rädda liv vid drunkning och att assistera räddningstjänst/polis vid brand och större olyckor.

Drönare med hjärtstartare

I ett annat fall gällde det att finna en saknad, eventuellt drunknad person i havet utanför Tylösand. Ett område av 300×300 m avsöktes på två minuter. Allternativet hade varit avsökning med hjälp av ett stort antal människor, vilket i många fall tar för lång tid, dvs mindre än de 13 minuters andningsuppehåll som normalt leder till döden.

Interact – ett arktiskt projekt
Flera av föredrage tog upp användningen av drönare i arktisk miljö.
Gunhild Rosqvist, professor vid Stockholms universitet, berättade om det forskningsarbete som bedrivs i Tarfala, en av på de tre svenska forskningsstationerna som ingår i EU-projektet Interact. Totalt omfattar det 82 forskningsstationer, utspridda på norra hemisfären i Sverige, Norge, Svalbard, Finland, Skottland, Färöarna, Island, Grönland, Kanada och Ryssland, i Kirgizistan, på Alperna i Schweiz och Österrike samt i Polen och Tjeckien.

Professor Gunhild Rosqvist

Gunhild Rosqvist berättar att drönare ibland använts för operationer som annars skulle ha utsatt människor för livsfara. Det kan exempelvis vara att mäta snödjupet på Kilimanjaro.

Forskningsstationen i Tarfala ingår i SITES, Swedish InfrasTructure for Ecosystem Science. Resultaten är av nytta för såväl vattenkraftbolag, rennäring som jordbruk. Vegetationen övervakas med hjälp av drönare. Som sensor används såväl vanlig digital RGB-kamera, som IR-kamera och multispektral kamera.
– Drönarbilderna ger ett värdefullt komplement till de bilder som satelliter för fjärranalys har lämnat under ca 40 år. Drönare kan ge skarpare bilder av arter som inte kan följas från satellit.

Examensarbete vid ÅF
Maria Ader och David Axelsson, ÅF Technology, har under våren genomfört ett examensarbete, ägnat teknik för drönare i arktisk miljö. Det tar upp aspekter på batterier i kyla, nedisning av drönare, navigering på hög latitud och ergonomi. De har också studerat regler för drönare. Reglerna skiljer sig mellan länder. För Sveriges del reglerar Transportstyrelsen regler för drönare under 150 kg vikt. För tyngre drönare kommer ett europeiskt direktiv, EASA 2021.

Maria Ader och David Axelsson

Filed under: SvenskTeknik, Teknikartiklar