Har funnet alternativ til GPS-navigasjon

Kristoffer Gryte har interessert seg for droneteknologi siden han var guttunge. Etter ti år ved NTNU, kan han endelig få sin doktorgrad i teknisk kybernetikk når han neste mandag disputerer på avhandlinga si om alternative GPS-løsninger.

– Før vi kan bruke droner og andre ubemanna fartøy i sikkerhetskritiske funksjoner, som operasjoner i tettbygde strøk, og inspeksjon av oljeplattformer og høyspentlinjer, må et alternativ til GPS være på plass, sier Kristoffer Gryte, stipendiat ved Institutt for teknisk kybernetikk, NTNU og SFF NTNU AMOS.

Ny norskutviklet teknologi

Det hele dreier seg om en 100 prosent norskutviklet teknologi som kan fungere som en erstatning for GPS for en rekke applikasjoner.

Med tanke på hvor sårbart GPS er, og siden vi etterhvert har blitt nokså avhengige av dette, er det mer aktuelt enn noen gang å finne slike alternativer.

Så vidt vi vet har denne teknologien kapabiliteter som ingen andre har.
(Kristoffer Gryte, Ph-D-stipendiat, NTNU)

Idag er bruken av såkalte GPS-jammer (som blokkerer GPS-signaler) et stort problem.

Kort fortalt bruker alle droner GPS, men det skal ikke mer enn en liten «jammer» (koster $10) til for å forstyrre disse signalene. Resultatet kan være tap av drone, og ukontrollerte kræsj i infrastruktur eller folkemengder.

– Bruken av slike GPS-jammer kan fort bli mer utbredt dersom myndighetene legger opp til utstrakt bruk av GPS-baserte avgifter, forteller Gryte.

Se video om prosjektet her

GPS er også sårbart i seg selv, understreker den unge forskeren.

For eksempel kan et GPS-signal bli utsatt for naturlig støy (for eksempel ved «solstormer») som har tilsvarende effekt som en slik «jammer».

– Det fungerer også dårligere i arktiske strøk – på grunn av banene til GPS-satelittene, legger han til.

Viktig samarbeid mellom forskning og næringsliv

I sin doktorgrad har Gryte gjennomført en rekke forsøk de siste årene, i tett samarbeid med industrien.

Trondheimsfirmaet Radionor Communications AS har vært en sentral samarbeidspartner i Gryte sitt doktorgradsprosjekt.

Radionor har utviklet og leverer fasestyrte antenner basert på såkalt «phased array»-teknologi der man kan styre smale antennerstråler elektronisk uten bruk av bevegelige deler.

Helt konkret, hva er det dere har forsket dere fram til?

– Vi er et større miljø her på ITK (Institutt for teknisk kybernetikk) som sammen med Radionor nå har laget en løsning for navigasjon og posisjonering av ubemanna fly. Disse er basert på Radionor sine radioer for langdistanse kommunikasjon med høy båndbredde, forklarer Gryte.

Vi har hatt et svært godt samarbeidet med miljøet NTNU, og det har vært et samarbeid vi har hatt stor glede av.
(Atle Sægrov, Radionor Communications AS)

– Teknologien til Radionor er unik fordi den har innebygget posisjoneringsmuligheter ved at man beregner vinkel og avstand med høy nøyaktighet som brukes som sensordata i et posisjoneringssystem. Med kompetansen til Kristoffer og hele kybernetikk-miljøet på NTNU har vi fått til svært spennende utvikling på dette feltet, sier Atle Sægrov, CEO Radionor Communications A/S.

Han skryter av det gode samarbeidet de har hatt gjennom flere år.

– Vi har jobbet med engasjerte fagfolk og forskere som har begeistret oss med sin iver i å forske fram nye ting. I tillegg til å drive med forskning i verdensklasse innenfor avanserte navigasjonssystem, har de også imponerende praktiske ferdigheter og en gjennomføringsevne som gjør at de får ting til å fly – for å si det enkelt.

Hva vil dette bety for droneindustrien?

– Med slik teknologi får vi en ekstra sikkerhet mot GPS sine sårbarheter, noe som gjør at vi til og med kan operere helt uten GPS. Og da kan vi begynne å bruke droner autonomt: man er ikke så avhengig av at en droneoperatør sitter og følger med på at posisjonsdata fra GPS-en gir mening, forteller den engasjerte stipendiaten.

Gryte legger særlig vekt på at løsningen de har forsket frem vil være avgjørende i mer sikkerhetskritiske operasjoner, for eksempel i nærheten av folkemengder og urbane strøk.

– Ved inspeksjon av samfunnskritisk infrastruktur som oljeplattformer og sentrale kraftlinjer, vil slike kræsj inn i infrastrukturen få store konsekvenser, forklarer Gryte.

Forskningsarbeidet har holdt på ved ITK siden 2016, og er en viktig del av doktorgradsavhandlinga til Kristoffer Gryte. Mandag 29.juni disputerer han ved Fakultet for informasjonsteknologi og elektroteknikk (IE).

Også dekan ved IE-fakultetet, Ingrid Schjølberg, fremhever dette forskningsprosjektet som en suksesshistorie.

– Dette er et strålende eksempel på hva godt samarbeid mellom forskere og næringsliv kan føre til. Vi håper denne teknologien kan komme til nytte på mange områder, understreker Schjølberg.

Vellykket test på autonom flygning

Like før jul i 2019 gjennomførte Gryte og forskningsgruppa hans en vellykket test der de fløy ca 20 km, maksimalt ca 5 km unna takeoff, uten bruk av GPS. Altså ville flygninga vært upåvirket av eventuelle angrep med GPS -«jammer» og solstormer som er noen av truslene nevnt over.

– Flyet fløy «autonomt» basert på planen som vi hadde gitt det, og fant ut hvor det var i forhold til denne planen ved hjelp av det utvikla navigasjonssystemet, forklarer Gryte.

Alternative system må være på plass før vi kan bruke droner og andre ubemanna fartøy i sikkerhetskritiske funksjoner, som operasjoner i tettbygde strøk, og inspeksjon av oljeplattformer og høyspentlinjer

– Så vidt vi har oversikt over, har slik flyging uten GPS ikke blitt gjennomført før! Men etter vår mening må slike alternative system være på plass før vi kan bruke droner og andre ubemanna fartøy i sikkerhetskritiske funksjoner, som operasjoner i tettbygde strøk, og inspeksjon av oljeplattformer og høyspentlinjer» avslutter Gryte.

Fakta om prosjektet:

• Fra NTNU sin side er det førsteamanuensis Torleiv H. Bryne, professor Tor Arne Johansen, tidligere stipendiat (idag SINTEF) Sigurd M. Albrektsen og Kristoffer Gryte som har vært involvert i utviklinga av prosjektet
• I tillegg har ingeniør og dronepilot Pål Kvaløy spilt en viktig rolle.
  
• Fra Radionor si side er blant andre Atle Sægrov involvert.
  
• Hele avhandlingen til Kristoffer Gryte finner du her