DE102015008296B4 - 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, einen mit dem Motor verbundenen Rumpf (1) und eine am Rumpf (1) befestigte HPEM-Einrichtung (H) zur Erzeugung eines hochenergetischen elektromagnetischen Pulses, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennungseinrichtung (4) zur Erkennung der fliegenden Kleindrohne und zum automatischen Steuern in Richtung der Kleindrohne vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Abwehrdrohnen sind aus der US 2012/0098607 A1 , der DE 103 16 120 A1 und aus der DE 199 59 358 C2 bekannt.
  • Die Bedrohung durch Kleindrohnen, welche mit einem Wirkmittel versehen ein Ziel anfliegen, wird mit hoher Wahrscheinlichkeit in der Zukunft ansteigen. Die Abwehr solcher Kleindrohnen ist allein auf Grund der geringen Größe der Kleindrohne schwierig. Insbesondere ist ein Abschuss über bewohntem Gebiet oder bei Veranstaltungen im Freien mit dem Risiko von Kollateralschäden behaftet.
  • Aus dem Dokument ”Diehl Defence HPEMcarStop” ist ein sogenanntes HPEM-Stopp-system bekannt. Damit kann ein hochenergetischer elektromagnetischer Puls erzeugt werden, mit dem elektronische Schaltkreise zerstört werden können. Beispielsweise können mittels eines HPEM-Pulses Fahrzeuge zum Halten gebracht werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Abwehrdrohne, mit der eine Kleindrohne sicher und zuverlässig von ihrer Flugbahn abgebracht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10.
  • Nach Maßgabe der Erfindung umfasst eine Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne unter anderem
    zumindest einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers,
    einen mit dem Motor verbundenen Rumpf und
    eine am Rumpf befestigte HPEM-Einrichtung zur Erzeugung eines hochenergetischen elektromagnetischen Pulses.
  • Unter dem Begriff ”Drohne” wird ein unbemanntes Luftfahrzeug verstanden, welches entweder ferngesteuert wird oder eigenständig anhand von gespeicherten Positionen, z. B. GPS-Koordinaten (Global Positioning System), 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 weiteren 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. Sie kann von ihrer Flugbahn abgebracht werden, indem sie z. B. zum Absturz gebracht wird.
  • Die Abwehrdrohne umfasst zumindest einen Motor zum Antrieb von zumindest einem Propeller. Zweckmäßigerweise umfasst sie zwei bis acht Propeller. Der Motor ist mit dem Rumpf der Abwehrdrohne verbunden. Des Weiteren ist am Rumpf eine HPEM-Einrichtung angebracht. Mittels der HPEM-Einrichtung kann ein hochenergetischer elektromagnetischer Puls erzeugt werden, mit dem insbesondere elektronische Schaltkreise im Wirkradius des elektromagnetischen Pulses gestört oder zerstört werden. Der Wirkradius der HPEM-Einrichtung beträgt vorzugsweise höchstens 100 m, bevorzugt 15 bis 30 m.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Abwehrdrohne weiterhin eine Abschirmeinrichtung gegen einen HPEM-Puls. Die Abschirmeinrichtung kann z. B. aus einer Kupferabschirmung gebildet sein. Die Abschirmeinrichtung dient dazu, die Abwehrdrohne unempfindlich gegen die Wirkung eines HPEM-Pulses zu machen.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die HPEM-Einrichtung eine Stromquelle mit einem nachgeschalteten Spannungswandler, einem Marx-Generator und einem Resonator. Die Stromquelle kann z. B. ein Akku oder eine Batterie sein. Der Spannungswandler erzeugt eine Hochspannung, wobei zwischen der Stromquelle und dem Spannungswandler ein Schalter vorgesehen ist. Der Marx-Generator ist ein Impulsgenerator, welcher mit Gleichspannung betrieben wird. Der Resonator ist z. B. ein DS-Resonator (Damped-Sinusoid Resonator), welcher eine gedämpfte Sinuswelle erzeugt. Die HPEM-Einrichtung kann zu Gunsten verbesserter Flugeigenschaften der Abwehrdrohne möglichst leicht gebaut sein. Das wird z. B. dadurch erreicht, dass die Stromquelle so ausgelegt ist, dass sie nur für wenige Pulse, insbesondere einen Puls, ausreicht.
  • Die HPEM-Einrichtung umfasst zweckmäßigerweise weiterhin eine Auslöseeinrichtung zum Auslösen eines hochenergetischen elektromagnetischen Pulses. Die Auslöseeinrichtung kann zeitgesteuert sein oder sie kann mittels eines weiteren Empfängers ein Signal zur Auslösung eines HPEM-Pulses empfangen. Bei dem Signal kann es sich um ein optisches Signal oder ein Funksignal handeln. Das Signal kann kodiert sein.
  • In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Propeller ein Rotor, und der Resonator ist an einer dem Rotor abgewandten Unterseite des Rumpfs angebracht. In dieser Anordnung kann ein elektromagnetischer Puls der HPEM-Einrichtung radial zur Seite (im Fall einer nach unten gerichteten Antenne bzw. Resonator, welcher einen Dipolcharakter aufweist) abgestrahlt werden. Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn der elektromagnetische Puls der HPEM-Einrichtung senkrecht nach unten abgestrahlt wird. Daraus ergibt sich ein geringeres Risiko einer Beschädigung der Abwehrdrohne durch die HPEM-Einrichtung.
  • Zweckmäßigerweise ist am Rumpf der Abwehrdrohne eine Kamera angebracht. Dadurch ist die Abwehrdrohne in der Lage, Bilder aufzunehmen und ggf. an eine Basisstation der Abwehrdrohne zu übermitteln.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist im Rumpf ein Empfänger zum Empfangen von Funksignalen aufgenommen. Damit kann die Abwehrdrohne z. B. Steuersignale von einem sich am Boden befindlichen Piloten empfangen.
  • Erfindungsgemäß ist eine Erkennungseinrichtung zur Erkennung der fliegenden Kleindrohne und zum automatischen Steuern in Richtung der Kleindrohne vorgesehen. Durch die Erkennungseinrichtung kann die Abwehrdrohne ihr Ziel, nämlich die fliegende Kleindrohne, selbstständig erfassen. Mittels bekannter Zielerfassungsalgorithmen können die Flugbahn und die Geschwindigkeit der Kleindrohne ermittelt werden. Damit ist es möglich, die Abwehrdrohne automatisch in die Nähe der Kleindrohne zu fliegen und in eine Wirkposition für die Aussendung des HPEM-Pulses zu bringen.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Erkennungseinrichtung eine Kamera und eine Bildauswertungseinrichtung. Mit der Kamera kann die Abwehrdrohne die Kleindrohne erfassen und die Auswertung der Bilder können zur Zielerfassung eingesetzt werden. Bei der Kamera kann es sich insbesondere um eine schwenkbare Kamera handeln.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die Erkennungseinrichtung eine IR-Erfassungseinrichtung und eine thermografische Auswertungseinrichtung. Die IR-Erfassungseinrichtung erfasst Infrarotstrahlung und kann dadurch bei schlechter Sicht, z. B. in der Nacht, die Kleindrohne erfassen und die IR-Bilder zur Zielerfassung nutzen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Erkennungseinrichtung ein Mikrofon und eine Geräuschauswertungseinrichtung. Diese erlauben es, die Kleindrohne durch die von ihr erzeugten Geräusche zu orten und in Richtung der Kleindrohne zu fliegen.
  • Mittels der Erkennungseinrichtungen lässt sich zweckmäßigerweise auch automatisch der Abstand zwischen Abwehrdrohne und Kleindrohne bestimmen. Die Messung des Abstands kann alternativ oder zusätzlich auch über weitere Sensoren, z. B. mittels Radar oder Ultraschall, erfolgen. Zweckmäßigerweise kann der hochenergetische elektromagnetische Puls durch die Auslöseeinrichtung in Abhängigkeit des Abstands zwischen Abwehrdrohne und Kleindrohne erzeugt werden.
  • Es ist möglich, verschiedene Erkennungseinrichtungen zu kombinieren. Das erhöht die Genauigkeit der Zielerfassung und der Berechnung der Flugbahn und Geschwindigkeit der Kleindrohne.
  • Der Vorteil einer Abwehrdrohne mit HPEM-Einrichtung liegt darin, dass damit die Kleindrohne bereits in einem Abstand von z. B. 15 bis 30 m unschädlich gemacht werden kann. Die Wahrscheinlichkeit größerer Kollateralschäden und/oder die Störung anderer elektronischer Systeme sind dagegen vergleichsweise gering.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine schematische Seitenansicht einer Abwehrdrohne mit einer HPEM-Einrichtung. Mit dem Bezugszeichen 1 ist der Rumpf einer Abwehrdrohne bezeichnet. Vom Rumpf 1 stehen in waagerechter Ausrichtung vier Stützen ab. Am äußeren Ende der Stütze ist jeweils ein Propeller in Form eines Rotors 2 angebracht. An einer den Rotoren 2 abgewandten Seite weist die Abwehrdrohne Landevorrichtungen 3, z. B. Kufen, und zumindest eine Erkennungseinrichtung 4 auf. Die Erkennungseinrichtung 4 kann schwenkbar sein. Die Erkennungseinrichtung 4 kann beispielsweise eine Kamera, eine IR-Erfassungseinrichtung und/oder ein Mikrofon umfassen. Zweckmäßigerweise sind am Rumpf 1 der Abwehrdrohne mehrere Erkennungseinrichtungen 4 für optische, thermische, akustische und/oder Radarsignale angebracht. Mit dem Bezugszeichen H ist allgemein eine HPEM-Einrichtung bezeichnet. Diese umfasst eine Stromquelle mit Spannungswandler 5, einen Marx-Generator 6 und einen Resonator 7.
  • Zweckmäßigerweise startet die Abwehrdrohne, sobald sich eine Kleindrohne einem Ziel nähert. Die Erkennungseinrichtung 4 erfasst ein Bild oder ein Signal der Kleindrohne. Aus der kontinuierlichen Erfassung der Kleindrohne können mittels bekannter Zielerfassungssysteme Daten zur Steuerung der Abwehrdrohne in eine Wirkposition zur Kleindrohne ermittelt werden. Die Steuerung der Abwehrdrohne zur Wirkposition kann bei einer sich ändernde Flugbahn der Kleindrohne auf eine neue Wirkposition angepasst werden.
  • Die Zielerfassung kann beispielsweise folgendermaßen erfolgen:
    Aus dem mit der Kamera erfassten Bild können mittels bekannter Algorithmen Informationen über die Flugbahn und Geschwindigkeit der Kleindrohne ermittelt werden. Daraus wird eine erste Wirkposition für die Abwehrdrohe ermittelt. Die Abwehrdrohne kann automatisch zur ersten Wirkposition geflogen werden. Die Bilderfassung kann kontinuierlich fortgesetzt werden. Dadurch ist es möglich, die berechnete Flugbahn der Kleindrohne mit der tatsächlichen Flugbahn zu vergleichen und über die Abweichungen zwischen berechneter und tatsächlicher Flugbahn die Wirkposition der Abwehrdrohne iterativ zu ermitteln.
  • Die Auswerteeinrichtung kann auch eine Mustererkennung umfassen, so dass z. B. die aufgenommen Bilder mit bekannten Mustern für Drohnen und anderen Flugobjekten abgeglichen werden können und die Wahrscheinlichkeit, ein falsches Ziel anzusteuern, reduziert wird.
  • Sobald die Wirkposition oberhalb der Kleindrohne erreicht ist, wird die Auslöseeinrichtung für den HPEM-Puls ausgelöst. Der HPEM-Puls ist dazu geeignet, die Elektronik der Kleindrohne zu stören und sie dadurch zum Landen zu zwingen bzw. sie abstürzen zu lassen. Zweckmäßigerweise kann die Abwehrdrohne die Kleindrohne in einem sicheren Abstand zum Ziel abfangen, so dass eine Gefährdung des Ziels ausgeschlossen wird. Wenn der elektromagnetische Puls der HPEM-Einrichtung radial zur Seite (im Fall einer nach unten gerichteten Antenne bzw. Resonator, welcher einen Dipolcharakter aufweist) abgestrahlt wird, kann die Abwehrdrohne im Radius von ca. 15 bis 30 m um die Zieldrohne positioniert werden. Durch den vertikalen Öffnungswinkel des Dipolstrahlungsfeldes von ca. +/–30° muss die Höhe der Abwehrdrohne nur näherungsweise mit der Höhe der Zieldrohne übereinstimmen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rumpf
    2
    Rotor
    3
    Landevorrichtung
    4
    Erkennungseinrichtung
    5
    Stromquelle mit Spannungswandler
    6
    Marx-Generator
    7
    Resonator
    H
    HPEM-Einrichtung

Claims (10)

  1. Abwehrdrohne zur Abwehr einer Kleindrohne, umfassend: zumindest einen Motor zum Antrieb zumindest eines Propellers, einen mit dem Motor verbundenen Rumpf (1) und eine am Rumpf (1) befestigte HPEM-Einrichtung (H) zur Erzeugung eines hochenergetischen elektromagnetischen Pulses, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennungseinrichtung (4) zur Erkennung der fliegenden Kleindrohne und zum automatischen Steuern in Richtung der Kleindrohne vorgesehen ist.
  2. Abwehrdrohne nach Anspruch 1, wobei die Abwehrdrohne weiterhin eine Abschirmeinrichtung gegen einen HPEM-Puls umfasst.
  3. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die HPEM-Einrichtung (H) eine Stromquelle mit einem nachgeschalteten Spannungswandler (5), einen Marx-Generator (6) und einen Resonator (7) umfasst.
  4. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die HPEM-Einrichtung (H) eine Auslöseeinrichtung zur Auslösung des elektromagnetischen Pulses umfasst.
  5. Abwehrdrohne nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Propeller ein Rotor (2) ist, und wobei der Resonator (7) an einer dem Rotor abgewandten Unterseite des Rumpfs (1) angebracht ist.
  6. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Rumpf (1) eine Kamera angebracht ist.
  7. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Rumpf (1) ein Empfänger zum Empfang von Funksignalen aufgenommen ist.
  8. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung (4) eine Kamera und eine Bildauswertungseinrichtung umfasst.
  9. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung (4) eine IR-Erfassungseinrichtung und eine thermografische Auswertungseinrichtung umfasst.
  10. Abwehrdrohne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erkennungseinrichtung (4) ein Mikrofon und eine Geräuschauswertungseinrichtung umfasst.
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