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DE102015008256B4 - Abwehrdrohne zur Abwehr von Kleindrohnen - Google Patents

Abwehrdrohne zur Abwehr von Kleindrohnen Download PDF

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Abstract

Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne umfassend:
zumindest einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers (2),
einen mit dem Motor verbundenen Rumpf (1) und
einen am Rumpf (1) befestigten Störsender (4a, 4b),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Störsender (4a, 4b) einen ersten Störsender (4a) zum Aussenden eines GNSS-Störsignals umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Abwehrdrohnen sind aus der DE 103 16 120 A1 , der DE 199 59 358 C2 , der US 2012/0098607 A1 , der US 2008/0190274 A1 und aus der DE 196 51 711 A1 bekannt.
  • In Zukunft muss damit gerechnet werden, dass Kleindrohnen zum Ausspähen sicherheitsrelevanter Bereiche oder für terroristische Angriffe eingesetzt werden. Eine Kleindrohne wird üblicherweise über Funksignale oder über ein sattelitengestütztes Navigationssystem gesteuert. Die Steuerung mittels eines satellitengestützten Navigationssystems bzw. die ”Waypoint-Navigation” ist z. B. in der US 2004/0193334 A1 offenbart. Die Waypoint-Navigation nutzt vorprogrammierte Wegpunkte, welche in einer vorgegebenen Reihenfolge angeflogen werden. Sowohl die konventionelle Steuerung per Funk als auch die Waypoint-Navigation setzen voraus, dass die Kleindrohne Funksignale empfängt.
  • Durch den Einsatz von lokalen Störsendern kann der Empfang von Funksignalen durch die Kleindrohne gestört werden. Damit kann eine Kleindrohne aus einem vorgegebenen Gebiet ferngehalten werden. Problematisch ist allerdings, dass auch der Empfang von Funksignalen und/oder Positionssignalen für andere Anwendungen, z. B. die Navigation ziviler Fahrzeuge oder das Telefonieren über Mobilfunk, gestört wird. Insbesondere zum Schutz von Veranstaltungen ist weder ein großflächiger noch ein dauerhafter Einsatz von Störsendern sinnvoll möglich.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mittel zur Verhinderung des Anflugs einer Kleindrohne auf ein vorgegebenes Gebiet anzugeben. Insbesondere soll ein Mittel angegeben werden, welches geringe Auswirkungen auf die zivile Nutzung von Funksignalen hat.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 14.
  • Nach Maßgabe der Erfindung wird eine Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne vorgeschlagen, unter anderem umfassend
    zumindest einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers,
    einen mit dem Motor verbundenen Rumpf und
    einen am Rumpf befestigten Störsender.
  • Unter dem Begriff ”Drohne” wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein unbemanntes Luftfahrzeug verstanden, welches entweder ferngesteuert wird oder eigenständig anhand von gespeicherten Positionen, z. B. GPS-Koordinaten, navigiert. Bei der Drohne kann es sich um ein unbemanntes Flugzeug oder einen unbemannten Helikopter handeln. Insbesondere kann die Drohne ein unbemannter Helikopter mit mehreren Rotoren sein, z. B. ein Quadrokopter.
  • Unter dem Begriff ”Abwehrdrohne” wird eine Drohne verstanden, welche ein Mittel zur Abwehr einer Drohne umfasst.
  • Unter dem Begriff ”Kleindrohne” wird eine Drohne mit einem Gewicht von höchstens 50 kg, vorzugsweise höchstens 20 kg, insbesondere höchstens 10 kg, verstanden.
  • Unter dem Begriff ”Abwehr” wird verstanden, dass die fliegende Kleindrohne daran gehindert wird, ihr Ziel zu erreichen, indem sie z. B. flugunfähig gemacht wird.
  • Die Abwehrdrohne umfasst einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers. Der Motor ist mit dem Rumpf der Abwehrdrohne verbunden. Am Rumpf der Drohne ist des Weiteren ein Störsender vorgesehen, welcher dazu geeignet ist, Signale zu senden, die in Frequenz und Modulation den Signalen ähneln, mittels derer die Kleindrohne navigiert wird. Zweckmäßigerweise ist der Störsender so ausgestaltet, dass die Navigation, insbesondere der Empfang von GNSS-Signalen oder Funksignalen, der Abwehrdrohne nicht gestört wird. Damit kann die Abwehrdrohne als mobiler Störsender eingesetzt werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst der Störsender einen ersten Störsender zum Aussenden zumindest eines GNSS-Signals. Ein ”GNSS-Signal” ist ein Signal, welches von einem Satelliten des Global Navigation Satellite System, gesendet wird. Zurzeit wird als GNSS das sogenannte GPS (Global Positioning System) genutzt, welches Signale auf einer zivilen Frequenz und einer verschlüsselten militärisch genutzten Frequenz sendet. Über den Empfang von mindestens drei, insbesondere mindestens vier, GNSS-Signalen wird die Position des Empfängers bestimmt. Das native GNSS-Signal vom Satelliten ist üblicherweise ein schwaches Signal. Durch das Senden eines stärkeren GNSS-Störsignals durch den ersten Störsender kann die Positionsbestimmung des Empfängers gestört oder verfälscht werden, indem falsche Koordinaten übermittelt werden. Durch Aussenden eines verfälschten GNSS-Signals (Spoofing) kann die Kleindrohne von ihrem Ziel abgelenkt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Störsignal mit einer viel größeren Amplitude als die Amplitude des nativen GNSS-Signals auf der GNSS-Frequenz gesendet. Damit kann der Empfang der nativen, vom Satelliten gesendeten GNSS-Signale gestört werden. Die Kleindrohne kann dann ihre Position nicht mehr bestimmen und findet ihr Ziel nicht mehr. Das Senden eines Störsignals mit einer größeren Amplitude als der des erwarteten nativen GNSS-Signals im Frequenzbereich des Empfängers wird auch als ”Jamming” bezeichnet. Die Amplitude des GNSS-Störsignals ist insbesondere mindestens doppelt so groß wie die Amplitude des nativen GNSS-Signals. Der Amplitudenvergleich bzw. Signalstärkenvergleich bezieht sich jeweils auf den Ort der Drohne mit ihrem GNSS-Empfänger.
  • Zweckmäßigerweise ist der erste Störsender an einer Unterseite des Rumpfs der Abwehrdrohne befestigt. Der Empfänger für ein GNSS-Signal befindet sich typischerweise an einer den Satelliten zugewandten Oberseite der Kleindrohne. Wenn die Abwehrdrohne eine Position oberhalb der Kleindrohne einnimmt, ist es möglich, das GNSS-Störsignal des ersten Störsenders gerichtet zum Empfänger der Kleindrohne zu senden. Damit ist es möglich, das GNSS-Störsignal in guter Qualität zum Empfänger der Kleindrohne zu senden. Durch den geringen Abstand zwischen Störsender und Empfänger ist es nicht notwendig, sehr große Amplituden für das Störsignal zu wählen, so dass zivile GNSS-Empfänger nicht beeinträchtigt werden.
  • Damit ist es möglich, den Zielanflug einer Kleindrohne durch Spoofing und/oder Jamming zu verhindern. Sie kann zweckmäßigerweise mittels Spoofing an ein vorgegebenes Alternativziel gesteuert werden.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst der Störsender einen zweiten Störsender zum Aussenden eines analogen oder digitalen Funkstörsignals. Damit ist es möglich, einen Funkverkehr, insbesondere ein Steuersignal, zwischen Kleindrohne und einer z. B. am Boden befindlichen Steuereinrichtung der Kleindrohne zu stören.
  • Zweckmäßigerweise ist das analoge oder digitale Funkstörsignal geeignet, als Störsignal für die Kleindrohne zu dienen. In dieser Ausgestaltung kann über den zweiten Störsender direkt in die Navigation der Kleindrohne eingegriffen und die Kleindrohne von ihrem Ziel abgelenkt werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Funkstörsignal eine größere Amplitude als die Amplitude des Steuersignals der Kleindrohne auf. Der zweite Störsender dient hier als ”Jammer”. Durch die größere Amplitude wird das Steuersignal für die Kleindrohne überlagert und deren Empfang behindert. Insbesondere weist die Amplitude des Störsignals mindestens die doppelte Amplitude des zu störenden Signals auf.
  • Zweckmäßigerweise ist der zweite Störsender ein Multikanalsender. Unter einem Multikanalsender wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Sender verstanden, der gleichzeitig auf verschiedenen Frequenzen senden kann. Zweckmäßigerweise ist der Störsender dazu geeignet, zwischen einem digitalen und analogen Signal zu wechseln. Auch ein Wechsel zu einer anderen Störsignalfrequenz oder ein Umschalten zwischen verschiedenen Funkverfahren, die dem Fachmann geläufig sind, sind möglich. Beispiele sind Pulspausen- und Pulscodemodulation oder HF- oder AM-Übertragungen. Im Fall des Jammings kann so ohne großen Aufwand der Funkverkehr zwischen einer Steuereinrichtung und der Kleindrohne gestört werden.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Abwehrdrohne weiterhin einen Empfänger zum Empfangen des Steuersignals für die Kleindrohne, einen Analysator zum Analysieren und Nachbilden des Steuersignals, wobei der zweite Störsender dazu geeignet ist, das nachgebildete Steuersignal an die Kleindrohne zu senden. Dadurch ist es möglich, verfälschte Steuersignale an die Kleindrohne zu senden und diese damit von ihrem Ziel abzulenken.
  • Zweckmäßigerweise ist der zweite Störsender an einem Bug des Rumpfs der Abwehrdrohne befestigt. Die Kleindrohne empfängt Steuersignale typischerweise von einem entgegen der Flugrichtung angeordneten Sender oder beim Rückflug von einem in Flugrichtung angeordneten Sender. Durch einen am Bug des Rumpfs der Abwehrdrohne befestigten Störsender ist es möglich, ein Steuersignal von einer Position zu senden, welche in eine Richtung entgegen der Flugrichtung der Kleindrohne angeordnet ist. Dadurch ist eine weitgehend störungsfreie Übertragung des Funksignals des Störsenders an den Empfänger der Kleindrohne gewährleistet. Zudem kann in diesem Fall die Intensität des Signals des Störsenders so reduziert werden, dass weitere Empfänger weitgehend unbeeinflusst bleiben.
  • Vorteilhafterweise ist der Propeller ein Rotor. In diesem Fall ist die Abwehrdrohne z. B. ein Helikopter.
  • Zweckmäßigerweise ist am Rumpf der Abwehrdrohne eine Kamera angebracht. Die Kamera ist dazu geeignet, die Kleindrohne zu erfassen und die entsprechenden Bildinformationen an eine Basisstation der Abwehrdrohne zu übermitteln.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Rumpf ein weiterer Empfänger zum Empfang von Funksignalen zur Steuerung der Abwehrdrohne aufgenommen.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Erkennungseinrichtung zur Erkennung der fliegenden Kleindrohne und zum automatischen Steuern in Richtung der Kleindrohne vorgesehen. Mittels der Erkennungseinrichtung und der automatischen Steuerung ist es möglich, dass die Abwehrdrohne autonom die Verfolgung der Kleindrohne aufnimmt und sich so positioniert, dass das Signal des Störsenders möglichst ungehindert zum Empfänger der Kleindrohne gesendet wird. Die Erkennungseinrichtung erfasst dazu die Kleindrohne und gibt die Daten z. B. an einen bekannten Zielerfassungsalgorithmus weiter, welcher daraus die Flugbahn und Geschwindigkeit der Kleindrohne ermittelt. Daraus kann eine erste Wirkposition ermittelt werden, welche die Abwehrdrohne mittels der automatischen Steuerung anfliegt. Durch eine kontinuierliche Erfassung der Kleindrohne mittels der Erkennungseinrichtung und Übergabe der Daten an den Zielerfassungsalgorithmus kann die Wirkposition an eine sich ändernde Flugbahn und/oder Geschwindigkeit der Kleindrohne angepasst werden.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Erkennungseinrichtung eine Kamera und eine Bildauswertungseinrichtung. Mit der Kamera kann die Abwehrdrohne die Kleindrohne erfassen und über die Bildauswertung können Daten, insbesondere Flugbahn und Geschwindigkeit der Kleindrohne, ermittelt werden. Bei der Kamera kann es sich um eine schwenkbare Kamera handeln.
  • Die Erkennungseinrichtung umfasst zweckmäßigerweise eine IR-Erfassungseinrichtung und eine thermografische Auswertungseinrichtung. Die IR-Erfassungseinrichtung ist ein Detektor zum Detektieren von Infrarotstrahlung. Dadurch ist es möglich, eine Kleindrohne auch bei schlechter Sicht, z. B. bei Nacht, zu erfassen und mittels der Auswertungseinrichtung die Bewegung der Kleindrohne zu erfassen sowie über Zielerfassungsalgorithmen eine weitere Bewegung der Kleindrohne vorherzusehen.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Erkennungseinrichtung ein Mikrofon und eine Geräuschauswertungseinrichtung. Dadurch ist es möglich, die Kleindrohne durch die von ihr erzeugten Geräusche zu identifizieren, zu orten und ggf. eine Flugbahn der Kleindrohne zu ermitteln.
  • Die erfindungsgemäße Abwehrdrohne bildet einen mobilen Störsender. Das ermöglicht es, die Kleindrohne bereits in einer relativ großen Entfernung zum Ziel abzufangen. Indem der mobile Störsender in einer geringen Entfernung zur Kleindrohne positioniert wird, kann die Sendestärke des Störsenders reduziert und somit die Störung anderer Einrichtung weitestgehend vermieden werden.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Abwehrdrohne mit einem Störsender unterhalb des Rumpfs und
  • 2 eine schematische Darstellung einer Abwehrdrohne mit einem Störsender im Bug des Rumpfs.
  • 1 zeigt eine Seitenansicht einer Abwehrdrohne, insbesondere eines Quadrokopters, mit einem Rumpf 1 und Propellern 2 in Form von Rotoren. Die Abwehrdrohne umfasst weiterhin eine Landevorrichtung 3, z. B. Kufen. Im unteren Bereich des Rumpfs 1 ist ein Störsender angebracht, welcher einen ersten Störsender 4a zum Aussenden von GNSS-Signalen umfasst. Der erste Störsender 4a sendet ein nach unten gerichtetes Störsignal, welches einem GNSS-Signal nachempfunden ist.
  • Die Abwehrdrohne umfasst ferner zweckmäßigerweise eine Erkennungseinrichtung 5 zur Erkennung einer Kleindrohne. Die Erkennungseinrichtung 5 kann zweckmäßigerweise eine Kamera, eine IR-Erfassungseinrichtung, ein Mikrofon und/oder einen Ultraschallsensor umfassen. Die von der Erkennungseinrichtung 5 erfassten Daten werden zur Zielerfassung genutzt. Aus den Daten kann über einen Algorithmus eine Wirkposition für die Abwehrdrohne berechnet werden. Die Abwehrdrohne kann autonom zu einer Wirkposition hinter oder oberhalb der Kleindrohne gesteuert werden.
  • Sobald eine Kleindrohne in ein überwachtes Gebiet eindringt, wird die Abwehrdrohne gestartet und nähert sich der Kleindrohne. Zweckmäßigerweise wird die Abwehrdrohne so gesteuert, dass sie die Flugbahn der Kleindrohne in einer nach oben versetzten Position erreicht. Sie kann von einem sich am Boden befindenden Piloten oder über eine autonome Steuerung gesteuert werden. Mittels der Kamera kann die Kleindrohne erfasst und aus einer zeitlichen Abfolge von Bildern kann eine Flugbahn der Kleindrohne mittels bekannter Zielerfassungsalgorithmen vorhergesagt werden. Daraus lässt sich mittels der Zielerfassungsalgorithmen eine Wirkposition für die Abwehrdrohne bestimmen, die mittels der autonomen Steuerung angesteuert werden kann.
  • Die mit der Kamera erfassten Bilder können mittels eines Mustererkennungsverfahrens ausgewertet werden. Damit ist es möglich, die Kleindrohne eindeutig zu identifizieren. Sobald die Abwehrdrohne eine Wirkposition erreicht hat, in welcher das Signal des ersten Störsenders 4a zum Empfänger für ein GNSS-Signal der Kleindrohne gesendet werden kann, wird der erste Störsender 4a eingeschaltet. Das Einschalten des ersten Störsenders 4a kann automatisch über eine Abstandsmessung zur Kleindrohne erfolgen oder durch ein Signal, welches per Funk an die Abwehrdrohne gesendet wird.
  • Der erste Störsender 4a sendet ein verfälschtes GNSS-Signal an den GNSS-Empfänger der Kleindrohne. Je nach Ziel und Verhalten der Kleindrohne wird ein Jamming-Signal und/oder Spoofing-Signal ausgesandt und so die Kleindrohne vom Erreichen ihres Ziels abgelenkt. Idealerweise wird das GNSS-Signal so verfälscht, dass die Kleindrohne zu einem vorgegebenen anderen Ort fliegt und dort entschärft und/oder untersucht werden kann.
  • 2 zeigt eine Abwehrdrohne mit einem Rumpf 1 und Propellern 2, welche über eine Landevorrichtung 3 verfügt. In dieser Ausführung ist ein zweiter Störsender 4b am Bug der Abwehrdrohne angebracht. Im Bereich des Bugs und/oder des Rumpfs sind zweckmäßigerweise eine oder mehrere Erkennungseinrichtungen 5 angebracht.
  • Zweckmäßigerweise nimmt die Abwehrdrohne eine Position hinter der Kleindrohne ein, um einen Empfang von Steuersignalen durch den zweiten Störsender 4b zu stören. Mit dem zweiten Störsender 4b kann auch das Steuersignal der Kleindrohne simuliert und die Kleindrohne mittels Spoofing zu einem anderen vorherbestimmten Ziel gesteuert werden. Damit wird sicher und effektiv das Erreichen des Ziels der Kleindrohne verhindert. An dem anderen vorbestimmten Ziel kann die Kleindrohne insbesondere unschädlich gemacht und/oder ihre Herkunft bestimmt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rumpf
    2
    Propeller
    3
    Landevorrichtung
    4a
    erster Störsender
    4b
    zweiter Störsender
    5
    Erkennungseinrichtung

Claims (14)

  1. Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne umfassend: zumindest einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers (2), einen mit dem Motor verbundenen Rumpf (1) und einen am Rumpf (1) befestigten Störsender (4a, 4b), dadurch gekennzeichnet, dass der Störsender (4a, 4b) einen ersten Störsender (4a) zum Aussenden eines GNSS-Störsignals umfasst.
  2. Abwehrdrohne nach Anspruch 1, wobei der erste Störsender (4a) an einer Unterseite des Rumpfs (1) der Abwehrdrohne befestigt ist.
  3. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Störsender (4a, 4b) einen zweiten Störsender (4b) zum Aussenden eines analogen oder digitalen Funkstörsignals umfasst.
  4. Abwehrdrohne nach Anspruch 3, wobei das analoge oder digitale Funkstörsignal geeignet ist, als Steuersignal für die Kleindrohne zu dienen.
  5. Abwehrdrohne nach Anspruch 3 oder 4, wobei der zweite Störsender (4b) ein Multikanalstörsender ist.
  6. Abwehrdrohne nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Abwehrdrohne weiterhin umfasst: einen Empfänger zum Empfangen eines Steuersignals zum Steuern einer Kleindrohne, einen Analysator zum Analysieren und Nachbilden des Steuersignals, und wobei der zweite Störsender (4b) geeignet ist, das nachgebildete Steuersignal an die Kleindrohne zu senden.
  7. Abwehrdrohne nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der zweite Störsender (4b) an einem Bug des Rumpfs (1) der Abwehrdrohne befestigt ist.
  8. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Propeller (2) ein Rotor ist.
  9. Abwehrdrohne nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei am Rumpf (1) eine Kamera angebracht ist.
  10. Abwehrdrohne nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei im Rumpf (1) ein weiterer Empfänger zum Empfang von Funksignalen zur Steuerung der Abwehrdrohne aufgenommen ist.
  11. Abwehrdrohne nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei eine Erkennungseinrichtung (5) zur Erkennung der fliegenden Kleindrohne und zum automatischen Steuern in Richtung der Kleindrohne vorgesehen ist.
  12. Abwehrdrohne nach Anspruch 11, wobei die Erkennungseinrichtung (5) eine Kamera und eine Bildauswertungseinrichtung umfasst.
  13. Abwehrdrohne nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Erkennungseinrichtung (5) eine IR-Erfassungseinrichtung und eine thermografische Auswertungseinrichtung umfasst.
  14. Abwehrdrohne nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Erkennungseinrichtung (5) ein Mikrofon und eine Geräuschauswertungseinrichtung umfasst.
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