LOW-ALTITUDE UAV COMMUNICATION AND TRACKING (LUCAT)

I nær fremtid vil et stort antall ubemannede luftfartøyer, også kjent som droner, gjennomsyre befolkede områders himmel, og betjene millioner av mennesker over hele verden for varetransport, konstruksjon, landbruk, medisinsk, overvåking, søk og redningsoperasjoner, og en rekke andre applikasjoner. Daglige oppgaver som mat eller pakkelevering, innkjøp av dagligvarer og overvåking, blant annet, vil bli utført av autonome UAV-er i tett befolkede områder, noe som resulterer i dyptgripende endringer i det daglige menneskelivet. LUCAT-prosjektet, finansiert av IKTPLUSS-INDNOR (Joint Indo-Norwegian Researcher Projects in Information and Communication Technology by NFR og DST), utvikler teknologi for nøyaktig sensing, presis sporing og kommunikasjon av både bemannede og ubemannede luftfartøyer som opererer i lav høyde korridorer. Vi, Autonomous and Cyber-Physical Systems Research Group ved Universitetet i Agder, Campus Grimstad, Norge, designer, utvikler og implementerer den foreslåtte teknologien i samarbeid med Institutt for elektroteknikk, Indian Institute of Technology, Hyderabad, India, og Institutt for beregnings- og datavitenskap, Indian Institute of Sciences, Bangalore, India. Ved å bruke mmWave-radarsensorer og andre sensorer, så vel som nye signalbehandlings- og maskinlæringsmodeller, trådløse kommunikasjonsalgoritmer, har dette prosjektet som mål å sanse/oppdage og nøyaktig spore flere raskt bevegelige ubemannede luftfartøyer. Nye metoder er utviklet for å klassifisere objekter i flykorridorer, og kommunikasjonsmoduler plassert i ubemannede luftfartøyer inkluderer avanserte programvaredefinerte radiomoduler med evnen til å sanse radiofrekvensmiljøet mens du er, noe som fører til oppdagelse av kommunikasjonsmuligheter ( det som kalles spektrumbevisst kommunikasjon). Registrerings-, sporings- og kommunikasjonsoppgaver vil samarbeide og forbedre hverandre, og forbedre sanse-, sporings- og klassifiseringsytelsen betydelig sammenlignet med tilgjengelige løsninger for trafikkstyringssystemer i lav høyde. Nye teknikker for deteksjon, lokalisering og klassifisering av UAV-er er utviklet ved bruk av mmWave-radarer på Jordstasjon. Hybridkommunikasjonsskjemaer utforskes for UAV-UAV og UAV-Jordstasjon-kommunikasjon.

-

The LUCAT project deals with designing, development and implementation of an integrated technology of spectrum cognizant communication and tracking system for low-altitude autonomous operations in densely populated areas for both manned and unmanned aerial vehicles (UAVs). Key objectives of LUCAT is to develop advanced, robust and computationally efficient radar signal processing algorithms to detect and precisely track rapidly moving UAVs through a flight corridor that spans multiple radar sensors and spectrum-aware communication system. A major novelty of LUCAT is to cross-fertilize these two research areas (spectrum-cognizant communication and tracking system) towards mutual performance enhancements such that location can be used to improve performance metrics of communications, whereas communications may facilitate tracking UAVs operating at low altitudes. The project idea consists of 4 major research domains: 1) precise detection and tracking of UAVs through radar; 2) classification of objects in the flight corridor; 3) 3D spectrum cartography for ground-air-ground channels; and 4) spectrum-cognizant ground-air-ground communications. LUCAT will tackle the challenging requirements of the tracking and communication system for low-altitude corridors and provide 1) precise tracking of high speed UAVs and multiple UAVs; 2) very low latency, in the order of 15 milliseconds to match the fast dynamics of UAVs; 3) wide coverage and very high reliability, since the loss of communication may entail risks for security; 4) support for fast mobility, and 5) fast re-synchronization if the connection is lost. These are achieved by: 1) designing reduced complexity algorithms for detection and tracking, and 2) spectrum cognizant ground-air-ground communications.