Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

Drohnenabwehr

Die kommerzielle Verfügbarkeit kleiner ferngesteuerter oder teilautonomer Fluggeräte – sogenannter »Drohnen« oder »UAVs« (Unmanned Aerial Vehicles) – hat in den vergangenen Jahren explosionsartig zugenommen. Kleinere Systeme sind heute in jedem Spielzeugladen erhältlich, größere (mit einer Tragkraft mittlerweile bis ca. 10 kg) können aus Bausätzen selbst gebaut oder über das Internet bezogen werden. Vom reinen Spielzeug über Trägerplattformen für professionelle Filmkameras bis zu größeren Systemen für Materialtransport steht eine breite Palette ziviler Drohnen zur Verfügung – und sie werden immer häufiger benutzt. Firmen fangen an, sie für diverse Logistikaufgaben einzusetzen, Polizei und Rettungskräfte verwenden Drohnen zur Lageerkundung oder planen deren Einführung. Dazu kommen verschiedene Einsätze für Wissenschaft, Landwirtschaft, Baugewerbe, Kunst, Inspektions- und Überwachungsaufgaben etc.

Gleichzeitig ergeben sich aus der rasant steigenden Verfügbarkeit von Drohnen auch neue Gefahren: Drohnen, die dazu benutzt werden, Drogen und Waffen in Gefängnisse oder über die Grenzen zu schmuggeln, die Luftfahrt gefährden, Objekte beschädigen, um zu spionieren, Personen und Massenveranstaltungen zu bedrohen oder in die Privatsphäre eindringen.

Ein Schutz vor derartigen Angriffen erfordert eine verlässliche und möglichst frühe Erkennung, ggf. bereits vor dem Abheben, um rechtzeitig abgestufte Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Eine rechtzeitige Entdeckung und Ortung solcher Systeme ist aber nicht einfach und das nicht nur allein wegen der kleinen Abmessungen dieser Systeme. Sie sind durch Elektroantrieb leise und beinhalten kaum Metallteile. Funksignale gibt es heutzutage auch überall in allen Frequenzbändern, sodass auch mittels Funkortung eine zuverlässige Entdeckung schwierig ist. Hier setzt das im Fraunhofer IOSB entwickelte Modulares DrohnenErfassungs- und AssistenzSystem (MODEAS) zur Detektion, Klassifikation, Lokalisation und Tracking von unerwünschten UAVs an.

 

Eine Drohne kann zur Gefahr werden © Fraunhofer IOSB

MODEAS besteht aus einer flexibel der Aufgabe anpassbaren Anzahl kompakter, gekoppelter Sensorstationen, die je nach Bedarf über hochauflösende optische Rundumsicht-Sensoren zur Ersterkennung, sowie Tracking-Einheiten mit optischen Tele-Zoom-Kameras, Richtmikrofonen und Laserentfernungsmessern verfügen. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Detektion und genaue Lokalisation ermöglicht. Zudem werden Funkdetektionsmodule verwendet, welche die Bodenstationskommunikation erfassen und eine Frühwarnung bereits vor dem Sichtbarwerden der Drohne im Anflug ermöglichen. Je nach Drohnenmodell kann der Nutzdatenstrom (Video-Downlink) abgegriffen oder sogar die Pilotenkontrolle übernommen werden. Relevante Informationen werden in einem mobilen Kontrollzentrum archiviert und benutzergerecht visualisiert.

Je nach Umgebungsbeschaffenheit bietet MODEAS eine optische Erfassungsreichweite von bis zu 500 m und mit Drohnenradar eine Reichweite von mehreren Kilometern um jede einzelne Sensorstation. Durch die Kopplung von Stationen kann der gesamte Perimeter einer Liegenschaft abgedeckt und mehrere Flugobjekte gleichzeitig erfasst werden.

Dank der offenen Systemarchitektur können auch zukünftig verfügbare Sensoren, wie Laser-Vibrometer oder Gated Viewing, eingebunden werden. MODEAS ist erweiterbar; außerhalb der heutigen Systemgrenzen können geeignete Abwehr-Wirkmittel angesteuert werden. Das intuitive GUI bietet bequeme Möglichkeiten, das System zu steuern, zu konfigurieren, zu erweitern sowie an aktuelle Einsatzbedingungen anzupassen.

Eine Herausforderung für Warnsysteme gegen Drohnenangriffe ist die Vermeidung von Falschalarmen, die etwa durch Vögel, erlaubte private, gewerbliche oder behördliche Nutzung von Drohnen und bemannte Luftfahrzeuge verursacht werden können. MODEAS setzt hierfür auf Multisensorfusion (momentan optisch, akustisch und Funk) und eine online aktualisierbare Merkmalsdatenbank, in der Signaturen und andere relevante Eigenschaften einer Vielzahl bekannter Drohnenmodelle hinterlegt sind. Die Validierung eines von der Sensorik ausgelösten Alarms durch einen sofortigen Abgleich mit Daten anderer MODEAS-Sensoren sowie der Merkmalsdatenbank vermeidet Fehlalarme und verleiht MODEAS zusätzlich zur guten Ortungsgenauigkeit eine hohe Verlässlichkeit.

 

Foto: © Fraunhofer IOSB

Der MODEAS-Ansatz geht über das bloße Auswerfen von Alarmmeldungen hinaus. In einer weiteren Ausbaustufe unterstützt MODEAS den Anwender bei der Gefahrenbewertung und Auswahl möglicher Reaktionen auf Basis aus der Datenbank bekannter Fähigkeiten der detektierten Luftfahrzeuge. Alle Schritte der Funktionskette: Rechtzeitige Detektion und Ortung, Klassifikation der Fluggeräte und ihrer Ladung, Risikoeinschätzung, Auswahl und Durchführung passender Gegenmaßnahmen in Echtzeit können implementiert und aufeinander abgestimmt werden. So kann beispielsweise schnell abgeschätzt werden, ob die Nutzlast für das Einbringen bestimmter Gegenstände ausreicht und welches Verhalten die Drohne bei etwaig als Abwehrmaßnahme erwogenem Steuerkanal-Jamming zeigen würde.

 

Literatur:

[1] Tchouchenkov, I.; Schönbein, R.; Segor, F.: Einsatzmöglichkeiten und Abwehr kleiner unbemannter Fluggeräte. – Polizei heute, Mai/Juni 2012, S. 74-79.

[2] Tchouchenkov, I.; Schönbein, R.; Kollmann, M.; Segor, F.; Bierhoff, T.; Herbold, M.: Detection, Recognition and Counter Measures Against Unwanted UAVs. – In Proc. of the 10th Future Security Research Conference, September 15 – 17, 2015, Berlin, pp. 333-340.

[3] Tchouchenkov, I.; Schönbein, R.; Segor, F.: Detection and Protection Against Unwanted Small UAVs. - In Proc. of the Eleventh International Conference on Systems (ICONS 2016), February 21 - 25, 2016, Lisbon, Portugal, pp. 26-29.