Ground Control Stations für Drohnen
Auf flexible und intuitive Bedienung kommt es an
Ob intelligente Landwirtschaft, automatisierte Kontrolle der Wasserqualität in Flüssen und Häfen oder Inspektion von Offshore-Windparks mit Drohnenschwärmen: Unbemannte Drohnen zu Land, zu Wasser und in der Luft benötigen für den reibungslosen Betrieb robuste und zuverlässige Steuerungssysteme.
Als Ground Control Stations (GCS) bezeichnet, funktionieren die mobilen HMI-Systeme auch an entlegenen Standorten, halten rauen Umgebungsbedingungen Stand und lassen sich intuitiv bedienen.
Professionelle Steuerungssysteme für Drohnen müssen im harten Alltag mehr aushalten als die Drohnen selbst, denn sie sichern den Betrieb unter allen Bedingungen. Mehr noch: Die Leistungsfähigkeit der Drohnen hängt entscheidend von der Qualität der Ground Control Stations (GCS) ab. Damit sich komplexe Drohnenoperationen unter unterschiedlichen Einsatzbedingungen steuern lassen, zeichnen sich Controller wie die der GCS-Serie von TL Electronic durch besondere Kernmerkmale aus. Dazu zählen Connectivity, geringe Latenzzeit, Widerstandsfähigkeit, Sicherheitsmerkmale, Batterielebensdauer, Bedienfreundlichkeit sowie bei Sonnenlicht ablesbare Touchscreens.
TL Electronic, in Bergkirchen bei München ansässig und Mitglied der taiwanesischen Winmate-Gruppe, stellt kompakte und mobile GCS mit Displaydiagonalen von 5 bis 15,6 Zoll her. Der Rugged Handheld Controller G101TG kann beispielsweise als robuste GCS für zivile und militärische Anwendungen dienen. Sein Betriebstemperaturbereich erstreckt sich von -10 bis +50 °C. Er hält Schock, Vibrationen und Stürzen aus 1,2 m Stand, die nach dem Militärstandard MIL-STD-810H Methode 516.6 gemessen wurden. Darüber hinaus entspricht er der Schutzart IP65 gemäß der internationalen Norm IEC 60529 und ist somit staubdicht und strahlwassergeschützt. Die Prüfung erfolgt mit Feinstaub (Talkumpuder) der Korngrößen zwischen etwa 1 und 75 µm. Beim Wasserstrahl-Test hält das Gerät einem Wasserdruck von 30 kPa aus 3 m Entfernung Stand.
Echtzeitverarbeitung gesichert
Zentrale Aspekte sind die geringe Latenzzeit – etwa beim Streaming von Videobildern in Echtzeit – und die Integration sicherheitsrelevanter Funktionen wie TPM-ICs (Trusted Platform Module), also hardwarebasierte IT-Sicherheit, sowie OPAL-SSDs für verschlüsselte Datenspeicherung. Beides ist besonders bei sensiblen Anwendungen wichtig, etwa in der Katastrophenhilfe oder beim Militär. Zudem lässt sich in den Controller G101TG kundenspezifische Hardware einbetten. Bei GCS ist die Rechengeschwindigkeit entscheidend, damit die Steuerung große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten und die Drohne schnell und präzise reagieren kann. Eine lange Latenz, also die Zeit, die ein Befehl vom Controller zur Drohne und wieder zurück benötigt, kann die Entscheidungsfindung verzögern und die Ausführung beeinträchtigen. Solche Verzögerungen verringern nicht nur die Effizienz der Drohnenoperationen, sondern riskieren die Sicherheit für Mensch und Umfeld. Wichtig ist also, eine kurze Latenzzeit zu erreichen und zugleich eine hohe Verarbeitungsleistung aufrechtzuerhalten, was eine zentrale Herausforderung bei Drohnensystemen darstellt.
Der Controller G101TG erreicht eine geringe Latenz in Kombination mit der hohen CPU-Rechenleistung. Der Tiger-Lake-Core-i5-1135G7-Prozessor von Intel bietet einen integrierten Video-Software-Decoder für hochauflösende Echtzeit-Videowiedergabe. Damit werden die Videodaten von den Teleoperations-Kameras dekomprimiert und verarbeitet. Ein Hardware-Decoder nutzt dedizierte Chips oder spezialisierte Komponenten zur Umwandlung der Videodaten – im Gegensatz dazu verarbeitet ein Software-Decoder die komprimierten Videoformate rein über die CPU. Dabei decodiert die Software komprimierte Video-Stream-Formate wie H.264, H.265 oder MJPEG in Rohdaten auf die CPU des Controllers.
Diese Funktion ist wichtig, denn: Drohnen, ob im manuellen oder im autonomen Betrieb, verfügen über eingebaute Kameras für Machine Vision, zur Umgebungs- und Objekterkennung, Navigation oder Qualitätsprüfung. Durch den softwarebasierten Decoder werden die Bilddaten im Controller in Echtzeit verarbeitet, so dass Anwender schneller und besser Entscheidungen treffen können. Solche Technik ist entscheidend für die Manövrierfähigkeit, etwa um den stabilen Flug der Drohne in schwierigen, dynamischen Umgebungen mit engen Verhältnissen, starkem Wind und Hindernissen zu sichern. Auch wenn die Drohne über ein fortschrittliches Flugstabilisierungssystem und adaptive Steuerungsalgorithmen verfügt, profitieren Anwender von der Echtzeitverfolgung und Zielerfassung durch hochauflösende Videoübertragung. Zudem lässt sich der Software-Decoder leicht durch Updates oder Konfigurationen an neue Videoformate anpassen und ist so flexibler als Hardware-Decoder.
Klarer Blick, präzise Kontrolle
Im Steuergerät selbst ist eine 2-Megapixel-Kamera frontseitig integriert. Das reflexionsarme 10,1-Zoll-Multitouch-Display (etwa 26 cm) des Controllers G101TG ist auch unter starker Sonneneinstrahlung leicht ablesbar – dank 800 cd/qm Leuchtdichte. Für besonders anspruchsvolle Umgebungen ist eine Variante mit bis zu 1750 cd/qm erhältlich. Das Display lässt sich aus fast jedem Winkel betrachten – bis zu 85° von der senkrechten Sichtachse aus –, und der Bildinhalt bleibt klar erkennbar. Das projiziert-kapazitive Touchpanel ist mit Handschuhen bedienbar und eignet sich damit für Anwendungen im freien Feld.
Das Display im 16:10-Format entspricht dem natürlichen Sichtfeld des Menschen – eine Eigenschaft, die laut Studien die visuelle Erfassung verbessert. In Kombination mit der hohen Auflösung von 1920×1200 Bildpunkten sorgt es für die präzise Darstellung von Telemetriedaten, Karten und Kamerafeeds – und damit für mehr Kontrolle, Sicherheit und Effizienz bei der Steuerung unbemannter Systeme.
Über die zahlreichen Schnittstellen lassen sich die GCS-Geräte von TL Electronic in verschiedene Inspektionsprozesse integrieren. Anwender können leicht mit Drohnen kommunizieren. Dafür stehen zwei Micro-HDMI-Interfaces, eine USB-2.0-Schnittstelle, ein M8-LAN-Stecker für Fast Ethernet mit 10/100 Mbit/s bis maximal 250 Mbit/s sowie ein Micro-SD-Karten-Slot zur Verfügung. Für Datenaustausch in Echtzeit sorgen darüber hinaus die kabellosen Kommunikationsmöglichkeiten per WLAN nach IEEE 802.11 a/b/g/n im Frequenzband 2,4 GHz bzw. 5 GHz, Bluetooth 5.0 sowie auf Wunsch über verschiedene 4G/5G-Mobilfunknetze. Das integrierte GPS-Modul ermöglich zusätzlich beispielsweise die Lokalisierung des Standorts.
Zahlreiche Bedienelemente vorhanden
Wenn es auf Reaktionsschnelligkeit und Prozesssicherheit ankommt, können physische Bedienelemente ihre Vorteile ausspielen. Der G101TG bietet daher eine Vielzahl klar definierter, ergonomisch angeordneter Steuerungselemente, die sich auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen und mit Handschuhen zuverlässig betätigen lassen. Insgesamt stehen zur Verfügung: zwei Joysticks, drei Roller Switches, zwei Zwei-Positions-Kippschalter, neun frei belegbare Funktionstasten auf der Frontseite, zwei rückseitige Steuerknöpfe sowie ein Power-Button. Anwender können die Komponenten taktil gut unterscheiden und intuitiv ohne Blickwechsel bedienen, was die Aufmerksamkeit bei kritischen Einsätzen auf das Drohnensystem und die Umgebung lenkt.
Die zahlreichen Bedienelemente haben diverse Vorteile: Während man beispielsweise bei der Überwachung eines Industrieareals mit dem linken Joystick die Kameraneigung steuert, lässt sich mit dem rechten Joystick präzise die Drohnenposition einstellen. Gleichzeitig wird mit den Roller Switches die Zoomstufe der Kamera und das Geschwindigkeitsprofil geregelt. Über eine der Funktionstasten löst man direkt ein Foto mit Zeitstempel aus – ohne Verzögerung und Umwege über das Touch-Menü. Gerade in zeitkritischen Anwendungen – etwa bei Such- und Rettungseinsätzen, Inspektionen unter Zeitdruck oder im sicherheitskritischen Umfeld – sorgen die haptisch erfassbaren, fest zugewiesenen Steuerungselemente für Präzision und Effizienz.
Der Trend zu unbemannten Drohnen wird sich in den kommenden Jahren weiter verstärken. Ob Präzisionssteuerung in der Landwirtschaft, Echtzeit-Connectivity beim Inspektionsflug oder robuste Hochseetauglichkeit: Durch die hohe Effizienz, Ergonomie und Leistungsstärke ist der Controller G101TG aus der GCS-Serie von TL Electronic die zentrale Schnittstelle und Intelligenz zwischen Menschen und allen Arten von Drohnen.
Der Autor
Lucian Binder ist Industrie-PC-Experte und Sales-Berater bei der TL Electronic GmbH.
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