Das Herzstück eines unbemannten Fluggeräts.

Neben dem Antrieb einer Drohne, egal ob Drehflügel-Drohne oder Tragflächen-Drohne, ist die Flugsteuerung das Herzstück eines unbemannten Fluggeräts. Egal, ob die Steuerung der Drohne manuell oder automatisch erfolgt, in beiden Fällen bedarf es einer drahtlosen Kommunikation zwischen Pilot und Flugobjekt. Entweder, um Live-Bilder oder Telemetrie-Daten an die Bodenstation zu senden, oder um vom Boden aus die Drohne zu steuern und Koordinaten für automatische Manöver zu übermitteln. Doch wie funktioniert die Kommunikation zwischen UAV und Bodenstation genau?

Die Fernsteuerung der Drohne

Damit ein UAV überhaupt fliegen kann, muss ein Mittel der Kommunikation zwischen Boden und Fluggerät bestehen. Eine Drohne kann zwar auch vollkommen autonom ohne Fernsteuerung operieren, aber als Pilot muss man im Extremfall immer in den Flug eingreifen können! Also muss selbst hier ständig eine Verbindung gewährleistet sein.

In den meisten Fällen läuft die Kommunikation im Hochfrequenzbereich. Die Steuerbefehle vom Piloten werden von einem Transmitter (Sender) als elektromagnetische Welle ausgegeben. Dieses Signal wird vom Receiver (Empfänger) in der Drohne empfangen, in der Flightcontrol verarbeitet und als Befehl umgesetzt.

Was muss bei der technischen Umsetzung der Kommunikation zwischen UAV und Pilot beachtet werden?

Die Kommunikations-Reichweite einer Drohne hängt neben den Antennenparametern primär von der Sendeleistung und der Frequenz des Steuer-Signals ab. Wer sich auf dem Markt sachkundig macht, der wird schnell feststellen, dass mit genügend Sendeleistung erstaunliche Entfernungen weit über 1000 Metern realisierbar sind. ABER ACHTUNG: Die erlaubten Frequenzen und Leistungen sind gesetzlich geregelt. Daher muss bei der technischen Umsetzung der Kommunikation zwischen UAV und Pilot unbedingt auf die Rechtskonformität geachtet werden! Der Spielraum ist hier eher gering. Viele Drohnen kommunizieren im Frequenzbereich 2.4 GHz und 5.8 GHz. Das ergibt Sinn, denn diese Frequenz-Bänder dürfen frei genutzt werden, sofern man die Leistungsgrenzen nicht überschreitet (100mW EIRP bei 2,4 GHz und 25mW EIRP bei 5,8 GHz).

Was beeinflusst die Verbindung und Reichweite zwischen UAV und Fernsteuerung?

Jeder Nutzer eines Smartphone wird sich schon einmal gefragt haben, woran es liegt, dass an verschiedenen Plätzen der Empfang mal besser und mal schlechter ist. Oder warum bei starkem Regen das Signal mitunter vollständig abreißt. Die Antwort ist sehr einfach: das Wetter sorgt für besseren oder schlechteren Empfang. Und exakt so ist das Wetter auch mitentscheidend dafür, ob die Reichweite der Fernsteuerung weit oder weniger weit ausfällt. Sogar Nebel kann die Verbindung beeinflussen, bei 5,8 GHz mehr, als bei 2,4 GHz. Warum? Weil das Verhalten elektromagnetischer Wellen mit steigender Frequenz immer lichtähnlicher wird. Das bedeutet, dass mit steigender Frequenz das Signal kaum noch durch Hindernisse dringt und schlechter gebeugt werden kann. Das macht sich nicht nur bei schlechtem Wetter bemerkbar, sondern auch bei physischen Hindernissen. Wenn man bei 2,4 GHz hinter einem Baum noch gute Verbindung hat, so kann das Signal bei 5,8 GHz schon abreißen.
Deshalb ist es häufig so, dass die Livebildübertragung bei steigender Entfernung früher gestört ist, als das Steuerungssignal, denn meistens läuft die Steuerung über 2,4 GHz und die Bildübertragung mit 5,8 GHz.

Auch andere Dinge wie Hindernisse und Regionen mit großer WLAN-Durchsetzung können das Signal stören. Wer maximale Entfernungen realisieren möchte, der sorgt für hindernisfreie Flugbahnen ohne Häuseransammlungen und fliegt bei Normalwetter.

Welche Frequenzen sind in Deutschland erlaubt?

Ungeachtet der verschiedenen Vor- und Nachteile verschiedener Frequenzen und Leistungen gibt der Gesetzgeber Nutzungsrahmen vor. Das ist übrigens nicht nur in Deutschland so, sondern in nahezu jedem Land. Missachtung dieser Regelungen werden geahndet, mitunter sogar strafrechtlich mit horrenden Strafen!

In Deutschland dürfen folgende Frequenzen frei genutzt werden:

  • 27 / 34 / 40 MHz (100mW ERP)
  • 433 MHz (10mW ERP)
  • 868 MHz (5-500mW ERP)
  • 2,4 GHz (100mW EIRP)
  • 5,8 GHz (25mW EIRP)

Primär durchgesetzt haben sich aktuell die Fernsteuerungen mit 2,4 GHz und 5,8 GHz. Dabei ist es eine Frage der konkreten Anwendungsschwerpunkte, welche Frequenz für das Steuerungssignal und welche für die Bildübertragung genutzt wird. Ohne weitere Hilfsmittel und Verstärker lässt sich als grobe Faustformel sagen: Mit 5,8 GHz schafft man circa 300 Meter Reichweite und mit 2,4 Ghz circa 1.000 Meter Reichweite (besser oder schlechte je nach Wetter- und Hindernis-Lage).

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