EP3499175B1 - Verfahren zum steuern eines drohnenabwehrsystems - Google Patents
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- EP3499175B1 EP3499175B1 EP18212567.4A EP18212567A EP3499175B1 EP 3499175 B1 EP3499175 B1 EP 3499175B1 EP 18212567 A EP18212567 A EP 18212567A EP 3499175 B1 EP3499175 B1 EP 3499175B1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
- F41H11/00—Defence installations; Defence devices
- F41H11/02—Anti-aircraft or anti-guided missile or anti-torpedo defence installations or systems
Definitions
- the invention relates to a method for controlling a drone defense system.
- Remote-controlled small aircraft are becoming more and more powerful, both in terms of their payload and in terms of their control and flight capabilities.
- model building drones can easily be remote-controlled over long distances without the pilot standing on the ground having to keep an eye on them.
- a method for controlling a drone defense system and a drone defense system according to the preambles of claims 1 and 11 is from US Pat JP 2014 052 138 A known. Also the US 2017/0261999 A1 deals with a system for fighting drones.
- the invention is based on the consideration that a drone defense system can be controlled in a particularly flexible manner if the control system has a modular structure.
- Individual peripheral devices with the associated peripheral connector can easily be exchanged, which means that the properties of the drone defense system in can be easily adapted to a new task without a central management system having to be replaced or reprogrammed as a whole.
- a drone can be understood to mean an unmanned aircraft such as a remote-controlled aircraft, in particular up to a total weight of twenty kilograms, for example from the hobby area of model aircraft building. It can be a so-called Small Unmaned Aircraft (SUA) or a Micro Air Vehicle (MAV).
- a drone can be a rotary wing aircraft, in particular with a plurality of rotors, for example a quadrocopter or a hexacopter. However, a fixed wing aircraft is also possible.
- the group of peripheral devices expediently comprises a sensor, in particular for recognizing a drone feature, such as a flight noise, an optical signature or the like.
- An effector is also useful as a peripheral device, i.e. a device for intercepting and / or destroying a drone.
- the effector can be an interceptor missile, an explosive device, a laser or the like and can have the task of bringing a flying drone to the ground in some way.
- a control station is also useful as a peripheral device, via which an operator can control the drone defense system.
- the control station is expediently designed in such a way that the effector can be actuated from it, for example the interceptor missile is ignited or a defense laser is switched on.
- the main components of the drone defense system are the central command system and the peripheral devices.
- the central management system is divided into several peripheral connectors, each of which controls its peripheral device.
- the peripheral connectors are expediently independently functioning modules that each control their peripheral device separately from one another.
- the peripheral connectors with their peripheral devices expediently form a star-shaped structure around the central message core, which has at least as many arms as there are peripheral connectors, and the arms each extend from the message core via their peripheral connector to their peripheral device and, in particular, are only connected to each other in the message core.
- the peripheral connectors are expediently only in terms of data technology connected to each other via the message core. All data that are exchanged between the peripheral connectors for system control are therefore entered in the message core.
- Each peripheral connector can have its own input to the message core and an output to its peripheral device. Input and output are only connected to each other for data purposes through the peripheral connector.
- a peripheral device can consist of several units.
- a peripheral device has one or more sensors.
- several sensors can form a peripheral device.
- the group of peripheral devices comprises a primary sensor and a secondary sensor.
- the two sensors each form a peripheral device, which expediently work independently of one another.
- Both peripheral devices are each connected to the message core via a peripheral connector.
- the peripheral connector of the primary sensor controls only this and the peripheral connector of the secondary sensor controls only the secondary sensor.
- the peripheral connector of the secondary sensor advantageously controls it on the basis of data from the primary sensor.
- the primary sensor is expediently a sensor that is prepared for the initial detection of a drone. It can have an all-round sensor, i.e. a sensor that is 360 ° sensitive.
- the sensor can be an acoustic sensor. If the sensor detects an event, i.e. an event that could be a drone, the data associated with the event can be transmitted to the message core as generic data. This is done by the peripheral connector assigned to the primary sensor, which either extracts an event from the data of the primary sensor or - if the primary sensor has already extracted an event - converts the event data into a generic form.
- the primary sensor expediently sends target information about the event to the peripheral connector, which can pass it on to the message core in a generically adapted form.
- the target information can be two-dimensional information, that is to say a direction, for example in the form of two angles, or three-dimensional information with an additional distance component.
- the peripheral connector of the primary sensor is advantageously designed in such a way that it filters out generic information from the information from the primary sensor and discards the rest.
- the generic information is placed in the message core and is available to all other peripheral links, for example.
- Generic information from the primary sensor can be information about an event that has also been converted into generic form by the peripheral connector.
- the secondary sensor is expediently a sensor that is oriented towards a target on the basis of the directional information from the primary sensor.
- the secondary sensor is expediently sensitive to electromagnetic radiation, in particular in the optical range, infrared range or radar range.
- the group of peripheral devices includes a software module for data fusion of several sensors, also called a data fusion unit.
- a peripheral connector in the group of peripheral connectors that only controls this software module.
- This data fusion unit is advantageously prepared to determine a movement track of a drone from data from several sensors.
- the multiple sensors expediently include one or more primary sensors and one or more secondary sensors.
- the trajectory of the drone's movement is expediently determined from a change in the data from the multiple sensors over time.
- the movement track or data for this are expediently transmitted from the data fusion unit to its peripheral connector. After a suitable conversion into generic data, this can feed the data into the message core.
- the secondary sensor and / or the primary sensor can be prepared to classify the target.
- a classification of the target can be assigning the target to one of several different classes of different missiles or drones.
- a classification of the missile expediently includes a distinction between missiles to be attacked and missiles not to be attacked. The detection of unmanned small missiles is particularly useful. If the primary sensor has not already classified the target, so this can be done by the secondary sensor, which outputs a target type, for example.
- the target type is one of several possible target types that can classify different aircraft and also a fault type, i.e. a device that is not a device to be defended against.
- the activity of a lawnmower was wrongly classified as an event by the primary sensor, this can for example be classified as an error type by the primary sensor, i.e. as a device that cannot be defended against.
- the target type is set by the associated peripheral link as generic data in the message core.
- the group of peripheral devices includes a software module for classifying a detected drone, also called a classification unit.
- This software module expediently transmits its classification data to its peripheral connector.
- the group of peripheral devices expediently includes an effector that can be designed as an interceptor missile.
- the peripheral connector of the interceptor missile controls the interceptor missile based on data from the message core and possibly its own data, in particular exclusively based on the message core data and possibly its own data. For example, this data contains a movement track of the drone, so that the peripheral connector lets the interceptor missile fly towards the drone based on this data, so that the interceptor missile ends the drone's onward flight, for example by destroying the drone or capturing the drone with fibers.
- the execution and programming of the peripheral connector can be tailored to the interceptor missile so that different interceptor missiles can be used by the associated peripheral connector.
- the peripheral connector of the drone defense system is also replaced and the drone defense system is functional again without other peripheral connectors or peripheral devices having to be changed as a result.
- the group of peripheral devices expediently comprises a software module for assessing the situation, expediently an object to be protected.
- This software module also called a position evaluation unit, can be a Output degree of threat. Additionally or alternatively, it can contain information about what type of missile it is and what kind of damage it can cause. It is also useful to know where the destination is likely to fly and which environment is at risk. It also makes sense if this or another software component determines and outputs which effector can be used to defend against the drone, i.e. which effector has a sufficient degree of success for defending the drone at the current moment or probably in a future. All of this data can be fed into the message core.
- the control station expediently comprises an output means, for example a screen, for the visual output of situation evaluation data to an operator.
- This can now control a future action of the drone defense system by an input in an input device.
- the operator can visually assess the position shown on the output device on the basis of the information displayed.
- the operator can now use an input to give a defense command, on the basis of which an effector is activated, for example an interceptor missile is launched.
- the operator is expediently provided with information that helps him to form an opinion. For example, an image of the flying drone can be displayed and, in particular, a map with a trajectory so that the operator can see where the drone is flying to. Data for assessing the situation or a threat scenario can also be displayed.
- an effector release module is provided as a further peripheral device.
- the effector release module is expediently connected in terms of data technology indirectly via a peripheral connector only assigned to it or directly with the message core.
- the effector release module can be present in addition to a control station and enables a four-eyes check of a defense order.
- the module can consist of a button or a lever that has to be actuated by another operator for additional unlocking of the effector (s). It is advantageous if, in order to trigger an effector, both unlocking information must be present in the message core, that is to say that of the effector unlocking module and that of a control center.
- the peripheral connector of the effector is expediently designed so that it has a Arming of the effector, for example a launch of the interceptor missile, is only initiated when both arming information is available.
- the structure of the central management system and the message core can be kept simple if data is transmitted from one peripheral device to another peripheral device exclusively via the assigned peripheral connector and the message core.
- the modular structure of the central management system and thus the exchange of a peripheral device and / or a peripheral connector is very easy as a result.
- the message core can at least essentially be limited to a line system without essential data processing components having to be present between the peripheral connectors.
- peripheral connectors A simple message transfer between peripheral connectors can be achieved if they exchange with each other in the message core via broadcast.
- Each peripheral connector recognizes information that is intended for it independently.
- the communication in the message core exclusively with generic data facilitates the exchange of devices considerably. For this it is useful if the peripheral connectors translate information from their peripheral device into a data format that is understandable for all peripheral connectors.
- the data format expediently also contains the data protocol.
- the group of peripheral devices contains at least one effector and one worker assigned to the effector who determines the effector's ability to act from location data from the message core. Data on the ability to act are fed into the message core via the peripheral connector assigned to the effector. In this way, for example, an operator in a control room knows whether defense against an approaching drone is currently possible or still or no longer possible.
- the invention also relates to a drone defense system according to the features of claim 11 with a group of peripheral devices and a central guidance system.
- the control system according to the invention comprises several peripheral connectors and a message core via which the peripheral connectors are networked with one another, each peripheral device being connected to the message core exclusively via a peripheral connector assigned to it and the Peripheral connectors jointly form a central management system for the peripheral devices and are each prepared to control their peripheral device.
- the group of peripheral devices advantageously contains at least one sensor, an effector, preferably designed as an interceptor missile, and a control station.
- the message core is expediently designed in the form of a data line system.
- FIG 1 shows an object 2 to be protected, which in the exemplary embodiment shown is a football stadium.
- a drone 4 flying towards the object 2 to be protected is repelled by a drone defense system 6, which is located partly in a building 8 and partly outside the building 8.
- the drone defense system 6 is equipped with a plurality of effectors 10, which in this exemplary embodiment are interceptor missiles, as in FIG FIG 1 is shown schematically.
- effectors are also possible, for example lasers or other high-energy transmitters, the directed energy of which disturbs the optics, the receiver or another sensor system of the drone 4 to such an extent that a remotely controlled and directed onward flight is impossible.
- the drone defense system 6 is equipped with a number of sensors 12, 14 which are positioned on and / or in the vicinity of the object 2 to be protected.
- the drone defense system 6 also has a control station 16 in the building 8, from which an operator controls actions of the drone defense system 6.
- the effectors 10, the sensors 12, 14 and the control station 16 form a group of peripheral devices of the drone defense system 6, which are controlled by a central guidance system of the drone defense system 6.
- the peripheral devices can be selected differently, with those in the Figures 1 and 2
- the peripheral devices described are selected only by way of example to illustrate particularly suitable combinations.
- the central guidance system of the drone defense system 6 is shown below using the illustration FIG 2 described.
- FIG 2 shows a schematic representation of a drone defense system 6, as it is in the embodiment from FIG 1 would be usable. It comprises several sensors 12, 14, which are shown in FIG 2 are only shown by way of example. The same applies to the effectors 10, whereby these do not have to be of identical construction, but can be specialized in different drone defense scenarios, as in FIG FIG 2 is indicated.
- an effector unlocking module 18 which can be a safety unit, a master arm safety switch or the like.
- the effectors 10, the sensors 12, 14, the control station 16 and the effector release module 18 belong to a group of peripheral devices that are controlled by a central management system 30.
- the group of peripheral devices also includes a software module 20 for data fusion, a software module 22 for classification and a software module 24 for position evaluation - also called data fusion unit 20, classification unit 22 and position evaluation unit 24.
- the group of peripheral devices also contains a success estimator 26 and an evidence preservation unit 28.
- a peripheral connector 10a-28a is provided for each of the peripheral devices 10-28.
- the peripheral connectors 10a-28a form the central management system 30, which additionally has a central message core 32.
- the central message core 32 is a zone within the central management system 30 into which all information is entered that is exchanged between the peripheral devices 10-28 and / or the associated peripheral connectors 10a-28a.
- the central message core 32 comprises only a data line system, for example a data bus.
- the area between the peripheral connectors 10a-28a is free of control units of the peripheral devices 10-28, a device for pure message broadcast control not being understood as a control unit.
- central data processing units in the message core 32, for example to subdivide the message core into two or more zones which are separated from one another by appropriate translators or the like.
- the structure of the drone defense system 6 is such that the peripheral devices 10-28 are connected in a star shape to the central message core 32, each via only one peripheral device 10-28 or one type of peripheral device associated peripheral connector 10a-28a. There is no data connection between the peripheral devices 10-28 without one or more interconnected peripheral connectors 10a-28a. Information from one peripheral device 10-28 to another must in this respect always run through the message core 32, the associated peripheral connector 10a-28a being interposed between peripheral device 10-28 and message core 32. The peripheral connectors 10a-28a also communicate with one another exclusively via the message core 32. Since messages are distributed from one peripheral connector 10a-28a to another via a broadcast, the information can be received by all peripheral connectors 10a-28a.
- Each peripheral connector 10a-28a exclusively controls its peripheral device 10-28, whereby a peripheral device 10-28 in this context can also be understood to be a group of identical peripheral devices, as indicated, for example, by the sensors 12, 14.
- a peripheral device 10-28 in this context can also be understood to be a group of identical peripheral devices, as indicated, for example, by the sensors 12, 14.
- several peripheral devices 12, 14 can be connected together with their associated peripheral connector 12a, 14a.
- the peripheral connectors 10a-28a are used to control your peripheral device 10-28. To do this, they receive messages from their peripheral device 10-28 and send control information to their peripheral device 10-28.
- the information received from the peripheral device 10-28 is examined by the associated peripheral connector 10a-28a for generic data, that is to say such data that another peripheral device 10-28 needs to perform a function of the drone defense system 6.
- the corresponding information from the peripheral device 10-28 is converted into a generic data format by the peripheral connector 10a-28a and imported into the message core 32.
- the peripheral connector 10a-28a, the peripheral device 10-28 of which requires this information to perform a function of the drone defense system 6, receives this information and converts it, if necessary, into a data format that the associated peripheral device 10-28 can process.
- the peripheral connector 10a-28a may add further information that contributes to the control of the corresponding peripheral device 10-28.
- the peripheral connectors 10a-28a thus have the functions of a data filter, a translator from a peripheral data format into a generic data format and back, and a control unit for controlling their peripheral device 10-28.
- peripheral device 10-28 If a peripheral device 10-28 is to be exchanged and replaced by another, the associated peripheral connector 10a-28a may also have to be removed and replaced by another.
- the other peripheral connectors 10a-28a can continue to be operated unchanged, since the replaced peripheral connector 10a-28a, like its predecessor, only feeds generic data into the central message core 32, which is received and processed by another peripheral connector 10a-28a. This makes it possible to exchange peripheral devices 10-28 and thus modify the drone defense system 6, for example to different threat scenarios, different drones 4 or different objects 2 to be protected, very easily and inexpensively.
- peripheral devices 10-14 distributed.
- the other peripheral devices 16-28 are accommodated, for example, in the building 8 in which the control station 16 is also arranged.
- the central guidance system 30 with the peripheral connectors 10a-28a is also in the building. If a drone approaches the object 2 to be protected, it sends out acoustic and electromagnetic signals which are received by one or more of the sensors 12, 14.
- the sensors 12 are, for example, primary sensors that are equipped with an all-round sensor system, which means that they monitor the surrounding area through 360 °.
- the primary sensors 12 are, for example, acoustic sensors, the evaluation unit of which is capable of filtering or recognizing the flight noises of a drone 4 from other noises and thereby recognizing an event, i.e. an approaching drone 4, as such. If an event is recognized, the recognizing sensor 12 sends data assigned to the event to its peripheral connector 12a. In this respect, the latter receives data about the event from one or more primary sensors 12. The sensor 12 may already be in a position to extract directional data from the event. Otherwise, this task is assigned to the peripheral connector 12a, which determines the direction data for the event from event data from several sensors 12 that recognize the event. In any case, the direction data are entered into the message core 32.
- This primary information is important for at least one secondary sensor 14, which uses the directional information to align itself with the target or the approaching drone 4 and detect it, for example optically and / or by radar radiation.
- the secondary sensor or sensors 14 uses the directional information to align itself with the target or the approaching drone 4 and detect it, for example optically and / or by radar radiation.
- three-dimensional information about the event is now available, namely the direction and the distance of the drone 4.
- high-resolution optical images are available on which the drone 4 is depicted.
- These secondary data are transmitted to the associated peripheral connector 14a, which extracts the generic information from the data and places it in the message core 32.
- the primary information and / or the secondary information in the message core 32 are important for the classification unit 22 and the data fusion unit 20.
- the classification unit 22 uses the data, for example the high-resolution images and / or the three-dimensional directional information, to classify the event.
- the classification is binary and is limited to "threat” or "non-threat”.
- the classification expediently also includes a type of drone, for example a type of construction or, ideally, even a make.
- the data fusion unit 20 generates a track or a track of the target 4 from the optical data and / or the radar data. In this way, a flight direction and flight speed can be determined. In addition, the unit 20 generates a probable future track by means of a predication.
- the data from a plurality of optical sensors 12, 14 and / or radar sensors 14 are usually used for such data fusions and merged by the software component. For this purpose, it is useful if several secondary sensors 14 and possibly also several primary sensors 12 are present in order to be able to detect the target 4 well.
- the flown track of the target 4 is in turn processed by the classification unit 22, since the type of the target 4 can be inferred from the altitude, airspeed and / or flight agility. In this way, the classification based on the optical data can be facilitated, or a preselection can be made.
- the associated peripheral connectors 20a, 22a ensure both a back and forth translation of the data from and to the message core 32 as well as a filtering of the generic data from the whole existing peripheral data and the addition of generic data with further data that the associated peripheral device 20, 22 may need for further processing of the data.
- the data necessary or useful for your peripheral device 10-28 are filtered out of the pool of data present in total in the message core 32 by the respective peripheral link 10a-28a and possibly translated and supplemented and output to the respective peripheral device 10-28.
- the situation assessment unit 24 forms a situation assessment from the data on the event present in the message core 32.
- the classification from the classification unit 22 and the trace of the drone 4 from the data fusion unit 20 that will presumably be flown in the future are used.
- the location and type of the object to be protected 2 is also used.
- the location assessment is again entered into the message core 32 via the peripheral connector 24a and is available there to the control center 16 or its peripheral connector 16a for forwarding to the control center 16.
- On a screen 34 of the control station 16 the situation assessment is output to an operator.
- the operator sees, for example, the location of the object 2 to be protected in a geographical map, for example a city map, and the past and future trace of the approaching drone 4.
- the classification and a potential threat are expediently output to the operator.
- the situation assessment can also include a possibility of defense by the effectors 10.
- the defense option contains the information as to whether one of the effectors 10 is able to intercept the drone 4 and, if so, expediently where and in what way. For example, an encounter point between an effector 10 and the approaching drone is displayed to the operator on the screen 34 when the effector 10 starts immediately. From this, for example optical information, the operator can see how long he has time left for a decision to start a drone defense action.
- an effector 10 is able to repel the approaching drone 4 depends, among other things, on the type of effector 10. For example, a laser cannot shine around the corner if the drone is flying behind a building or other object. For example, an interceptor missile is not fast enough to be able to reach the drone 4 in good time, or the drone 4 is still too far away and thus outside the flight range of the interceptor missile.
- the effectors 10 are connected to so-called workers 38, which are arranged, for example, for signaling purposes between the effector 10 and the associated peripheral connector 10a. From information on the trajectory of target 4 and / or the situation assessment, the workers 38 determine the current and, in particular, future possibilities of action for their effector 10.
- the component status i.e. whether the sensors 12, 14 are active, whether the effectors 10 are secured or unlocked, which sensors 12, 14 and effectors 10 are present, whether the effector unlocking module 18 is used to unlock the Effector 10 is ready and the like.
- a corresponding command can be entered into the control station 16 by the operator via the input unit 36, for example a keyboard. If this is the case, the operator enters the corresponding fire command in the control room 16 and this is fed into the message core 32 as generic information.
- the four-eyes principle is of particular importance in missile defense technology, so that the effector release module 18 can be present. This can consist of a simple button or a lever that has to be actuated by another operator for additional unlocking of the effector (s) 10. To trigger an effector 10, both unlocking information must be present in the message core 32.
- the decision as to whether the unlocking message is passed on to an effector 10 can be made by the associated peripheral connector 10a, which is programmed, for example, so that the corresponding unlocking information is only output to the worker 38 or the associated effector 10 if the double unlocking command is present.
- an associated peripheral connector can be dispensed with, since the signal from the effector unlocking module 18 can be very simple and the message core 32 can already be entered as generic information.
- a monodirectional data transmission from the effector unlocking module 18 to the message core 32 is also sufficient, since the module 18 does not need any information from the message core 32 in order to perform its task. If the drone 4 is defended against, another component is advantageous, namely the success estimator 26.
- These can be determined, for example, from image data that are present as generic data in the message core 32 and can be processed by the success estimator 26.
- the success estimator 26 extracts the most meaningful images for recognizing the defensive success from the images of the sensors 12, 14 and transfers them as success images to the message core 32 so that they are displayed on the control station 16 or its screen 34 and viewed by the operator can. In this way, the operator can understand the effect of the effector 10 or the success or failure of the defense.
- the component of the evidence preservation unit 28, whose task is, for example, the data storage of essential messages from the message core 32, such as the success images from the success estimator 26, is also useful of the target 4 and the like are stored by the evidence preservation unit 28. In this way, a threat situation and a defense scenario can be secured for subsequent evaluations or a justification.
- the evidence preservation unit 28 permanently stores all of the data from the message core 32 that are relevant for the preservation of evidence.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Drohnenabwehrsystems.
- Ferngesteuerte Kleinfluggeräte werden immer leistungsfähiger, sowohl hinsichtlich ihrer Nutzlast, als auch hinsichtlich ihrer Steuer- und Flugfähigkeiten. Mittels einer Kamera und einer drahtlosen Videoübertragung lassen sich Modellbaudrohnen ferngesteuert leicht über große Distanzen fliegen, ohne dass sie hierbei vom am Boden stehenden Piloten im Auge behalten werden müssen.
- Die Gefahr, dass derart agile Kleinfluggeräte als Waffe missbraucht werden, ist groß. Insofern besteht ein Bedarf zur Abwehr von ferngesteuerten Kleinfluggeräten, im Folgenden der Einfachheit halber auch Drohne genannt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn möglichst viele Bekämpfungsszenarien in einfacher Weise abgedeckt werden können.
- Ein Verfahren zum Steuern eines Drohnenabwehrsystems und ein Drohnenabwehrsystem gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 11 ist aus der
JP 2014 052 138 A US 2017/0261999 A1 beschäftigt sich mit einem System zur Bekämpfung von Drohnen. - Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines Drohnenabwehrsystems anzugeben, mit dem eine Drohnenbekämpfung in flexibler Weise möglich ist.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Steuern eines Drohnenabwehrsystems gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst, bei dem eine Gruppe aus Peripheriegeräten von mehreren Peripherieanbindern gesteuert wird, die jeweils genau ein, nur dem jeweiligen Peripherieanbinder zugeordnetes Peripheriegerät steuern, gemeinsam das zentrale Führungssystem des Drohnenabwehrsystems bilden und untereinander Daten zum Steuern der Peripheriegeräte über einen Nachrichtenkern austauschen.
- Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein Drohnenabwehrsystem besonders flexibel gesteuert werden kann, wenn die Steuerung modular aufgebaut ist. Einzelne Peripheriegeräte mit jeweils zugehörigem Peripherieanbinder können einfach ausgetauscht werden, wodurch die Eigenschaften des Drohnenabwehrsystems in einfacher Weise an eine neue Aufgabenstellung anpassbar sind, ohne dass ein zentrales Führungssystem insgesamt ausgetauscht oder umprogrammiert werden muss. Durch die modulare Steuerung, also die Steuerung eines Peripheriegeräts, insbesondere nur durch den einen ihm zugehörigen Peripherieanbinder, bleiben die Steuerungen der anderen Peripheriegeräte bei einem Austausch eines Peripheriegeräts unbeeinflusst, wodurch die Umgestaltung des Drohnenabwehrsystems an neue Anforderungen erheblich vereinfacht wird.
- Unter einer Drohne kann ein unbemanntes Luftfahrzeug, wie ein ferngesteuertes Fluggerät, insbesondere bis zwanzig Kilo Gesamtgewicht, verstanden werden, beispielsweise aus dem Hobbybereich des Flugmodellbaus. Es kann ein sogenanntes Small Unmaned Aircraft (SUA) beziehungsweise ein Micro Air Vehicle (MAV) sein. Eine Drohne kann ein Drehflügler sein, insbesondere mit einer Mehrzahl von Rotoren, beispielsweise ein Quadrokopter oder ein Hexakopter. Möglich ist jedoch auch ein Starrflügler.
- Die Gruppe aus Peripheriegeräten umfasst zweckmäßigerweise einen Sensor, insbesondere zum Erkennen eines Drohnenmerkmals, wie eines Fluggeräuschs, einer optischen Signatur oder dergleichen. Weiter ist ein Effektor als Peripheriegerät sinnvoll, also ein Gerät zum Abfangen und/oder Zerstören einer Drohne. Der Effektor kann ein Abfangflugkörper, ein Sprengsatz, ein Laser oder dergleichen sein und kann die Aufgabe haben, eine fliegende Drohne in irgendeiner Weise auf den Boden zu bringen. Weiter ist als Peripheriegerät ein Leitstand sinnvoll, über den ein Bediener das Drohnenabwehrsystem steuern kann. Zweckmäßigerweise ist der Leitstand so ausgeführt, dass von ihm aus der Effektor betätigt werden kann, beispielsweise der Abfangflugkörper gezündet oder ein Abwehrlaser eingeschaltet wird.
- Das Drohnenabwehrsystem hat als Hauptkomponenten das zentrale Führungssystem und die Peripheriegeräte. Das zentrale Führungssystem ist unterteilt in mehrere Peripherieanbinder, die jeweils ihr Peripheriegerät steuern. Die Peripherieanbinder sind zweckmäßigerweise eigenständig funktionsfähige Module, die getrennt voneinander jeweils ihr Peripheriegerät steuern. Zweckmäßigerweise bilden die Peripherieanbinder mit ihren Peripheriegeräten eine sternförmige Struktur um den zentralen Nachrichtenkern, der insofern zumindest so viele Arme hat, wie es Peripherieanbinder gibt, und die Arme jeweils vom Nachrichtenkern über ihren Peripherieanbinder zu ihrem Peripheriegerät reichen und insbesondere nur im Nachrichtenkern miteinander verbunden sind. Die Peripherieanbinder sind zweckmäßigerweise datentechnisch nur über den Nachrichtenkern miteinander verbunden. Alle Daten, die zur Systemsteuerung zwischen den Peripherieanbindern ausgetauscht werden, werden insofern in den Nachrichtenkern hineingegeben. Jeder Peripherieanbinder kann einen eigenen Eingang zum Nachrichtenkern aufweisen und einen Ausgang zu seinem Peripheriegerät. Eingang und Ausgang sind nur durch den Peripherieanbinder hindurch miteinander datentechnisch verbunden.
- Je nach Aufbau des Peripheriegeräts kann dieses aus mehreren Einheiten bestehen. So hat beispielsweise ein Peripheriegerät einen oder mehrere Sensoren. Mehrere Sensoren können insofern ein Peripheriegerät bilden. Gleiches gilt auch für mehrere Effektoren, die - falls vorhanden - ebenfalls gemeinsam ein Peripheriegerät bilden können.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gruppe der Peripheriegeräte einen Primärsensor und einen Sekundärsensor. Die beiden Sensoren bilden insofern jeweils ein Peripheriegerät, die zweckmäßigerweise voneinander unabhängig arbeiten. Beide Peripheriegeräte sind über jeweils einen Peripherieanbinder mit dem Nachrichtenkern verbunden. Der Peripherieanbinder des Primärsensors steuert nur diesen und der Peripherieanbinder des Sekundärsensors steuert nur den Sekundärsensor. Vorteilhafterweise steuert der Peripherieanbinder des Sekundärsensors diesen anhand von Daten des Primärsensors.
- Der Primärsensor ist zweckmäßigerweise ein Sensor, der zur Ersterfassung einer Drohne vorbereitet ist. Er kann einen Rundumsensor aufweisen, also einen Sensor, der um 360° sensitiv ist. Der Sensor kann ein akustischer Sensor sein. Wird vom Sensor ein Event erfasst, also ein Ereignis, das eine Drohne sein könnte, so können die zum Event zugehörigen Daten als generische Daten an den Nachrichtenkern übermittelt werden. Dies geschieht durch den dem Primärsensor zugeordneten Peripherieanbinder, der entweder aus den Daten des Primärsensors ein Event extrahiert oder - wenn bereits der Primärsensor einen Event extrahiert hat - die Eventdaten in eine generische Form bringt.
- Zweckmäßigerweise werden vom Primärsensor Zielinformationen über das Event an den Peripherieanbinder gegeben, der diese in generisch angepasster Form an den Nachrichtenkern weitergeben kann. Die Zielinformationen können zweidimensionale Informationen sein, also eine Richtung, beispielsweise in Form von zwei Winkeln, oder eine dreidimensionale Information mit einer zusätzlichen Entfernungskomponente. Vorteilhafterweise ist der Peripherieanbinder des Primärsensors so ausgeführt, dass er aus den Informationen des Primärsensors generische Informationen herausfiltert und den Rest verwirft. Die generische Information wird in den Nachrichtenkern gestellt und steht beispielsweise allen übrigen Peripherieanbindern zur Verfügung. Generische Information des Primärsensors kann Information über einen Event sein, das zudem vom Peripherieanbinder in die generische Form gebracht wurde.
- Der Sekundärsensor ist zweckmäßigerweise ein Sensor, der sich anhand der Richtungsinformation des Primärsensors auf ein Ziel ausrichtet. Der Sekundärsensor ist zweckmäßigerweise sensitiv für elektromagnetische Strahlung, insbesondere im optischen Bereich, Infrarotbereich oder Radarbereich.
- Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Gruppe der Peripheriegeräte ein Softwaremodul zur Datenfusion mehrerer Sensoren umfasst, auch Datenfusionseinheit genannt. Entsprechend ist zweckmäßigerweise ein Peripherieanbinder in der Gruppe der Peripherieanbinder vorhanden, der nur dieses Softwaremodul steuert. Diese Datenfusionseinheit ist vorteilhafterweise dazu vorbereitet, aus Daten mehrerer Sensoren eine Bewegungsspur einer Drohne zu ermitteln. Die mehreren Sensoren umfassen zweckmäßigerweise einen oder mehrere Primärsensoren und einen oder mehrere Sekundärsensoren. Beispielsweise ist ein optischer Sensor vorhanden, der eine zweidimensionale Zielinformation ausgibt, beispielsweise in Form einer Richtung des Events beziehungsweise der klassifizierten Drohne. Weiter kann ein Radarsensor vorhanden sein, der eine Entfernung des Events beziehungsweise der Drohne angibt. Zweckmäßigerweise wird aus einer zeitlichen Veränderung der Daten aus den mehreren Sensoren die Bewegungsspur der Drohne ermittelt. Die Bewegungsspur beziehungsweise Daten hierzu werden zweckmäßigerweise von der Datenfusionseinheit an deren Peripherieanbinder übermittelt. Dieser kann die Daten, nach einer geeigneten Umsetzung in generische Daten, in den Nachrichtenkern einspeisen.
- Der Sekundärsensor und/oder der Primärsensor können dafür vorbereitet sein, eine Klassifikation des Ziels vorzunehmen. Eine Klassifizierung des Ziels kann ein Zuordnen des Ziels in eine von mehreren unterschiedlichen Klassen verschiedener Flugkörper bzw. Drohnen sein. Zweckmäßigerweise umfasst eine Klassifizierung des Flugkörpers eine Unterscheidung von anzugreifenden und nicht anzugreifenden Flugkörpern. Besonders zweckmäßig ist die Erkennung von unbemannten kleinen Flugkörpern an sich. Hat der Primärsensor nicht bereits eine Klassifikation des Ziels vorgenommen, so kann dies durch den Sekundärsensor geschehen, der beispielsweise einen Zieltyp ausgibt. Der Zieltyp ist einer von mehreren möglichen Zieltypen, die unterschiedliche Fluggeräte und auch einen Fehlertyp klassifizieren können, also ein Gerät, bei dem es sich nicht um ein abzuwehrendes Gerät handelt. Wurde beispielsweise vom Primärsensor die Tätigkeit eines Rasenmähers fälschlicherweise als Event klassifiziert, so kann dies beispielsweise vom Primärsensor als Fehlertyp klassifiziert werden, also als ein nicht abzuwehrendes Gerät. Der Zieltyp wird vom zugehörigen Peripherieanbinder als generische Daten in den Nachrichtenkern eingestellt.
- Sind die Sensoren nicht zur Klassifikation des Ziels ausgeführt, so ist es vorteilhaft, wenn die Gruppe der Peripheriegeräte ein Softwaremodul zur Klassifikation einer aufgespürten Drohne umfasst, auch Klassifikationseinheit genannt. Dieses Softwaremodul übermittelt seine Klassifikationsdaten zweckmäßigerweise an seinen Peripherieanbinder.
- Zu der Gruppe der Peripheriegeräte gehört zweckmäßigerweise ein Effektor, der als Abfangflugkörper ausgeführt sein kann. Der Peripherieanbinder des Abfangflugkörpers steuert den Abfangflugkörper anhand von Daten aus dem Nachrichtenkern und gegebenenfalls eigenen Daten, insbesondere ausschließlich anhand der Nachrichtenkerndaten und gegebenenfalls eigenen Daten. Beispielsweise enthalten diese Daten eine Bewegungsspur der Drohne, sodass der Peripherieanbinder den Abfangflugkörper anhand dieser Daten auf die Drohne zufliegen lässt, sodass der Abfangflugkörper den Weiterflug der Drohne beendet, beispielsweise durch eine Zerstörung oder das Einfangen der Drohne mit Fasern. Durch die Verwendung von Daten ausschließlich aus dem Nachrichtenkern kann der Peripherieanbinder in seiner Ausführung und Programmierung so auf den Abfangflugkörper zugeschnitten sein, dass eine Verwendung unterschiedlicher Abfangflugkörper durch den jeweils zugehörigen Peripherieanbinder geschehen kann. Bei einem Austausch des Abfangflugkörpers wird der Peripherieanbinder des Drohnenabwehrsystems ebenfalls ausgetauscht und das Drohnenabwehrsystem ist wieder funktionstüchtig, ohne dass hierdurch andere Peripherieanbinder oder Peripheriegeräte verändert werden müssten.
- Zur Entscheidung, ob ein Effektor zur Bekämpfung der Drohne ausgelöst werden soll oder nicht, ist es sinnvoll, wenn Daten zur aktuellen Bedrohungslage bekannt sind. Hierfür umfasst die Gruppe der Peripheriegeräte zweckmäßigerweise ein Softwaremodul zur Lagebewertung, zweckmäßigerweise eines zu schützenden Objekts. Dieses Softwaremodul, auch Lagebewertungseinheit genannt, kann einen Grad einer Bedrohung ausgeben. Zusätzlich oder alternativ kann sie Angaben beinhalten, um welchen Typ Flugkörper es sich handelt und was für Schäden dieser anrichten kann. Weiter ist Information sinnvoll, wo das Ziel voraussichtlich hinfliegt und welche Umgebung gefährdet ist. Weiter ist es sinnvoll, wenn diese oder eine andere Softwarekomponente ermittelt und ausgibt, welcher Effektor zur Abwehr der Drohne eingesetzt werden kann, welcher Effektor also einen ausreichenden Erfolgsgrad für eine Abwehr der Drohne im aktuellen Augenblick oder voraussichtlich in einer Zukunft aufweist. All diese Daten können in den Nachrichtenkern eingespeist werden.
- Zudem ist es sinnvoll, die Lagedaten - über den Peripherieanbinder der Lagebewertungseinheit - an einen Leitstand zu übermitteln. Der Leitstand umfasst zweckmäßigerweise ein Ausgabemittel, beispielsweise einen Bildschirm, zur visuellen Ausgabe von Lagebewertungsdaten an einen Bediener. Dieser kann nun durch eine Eingabe in ein Eingabegerät eine zukünftige Aktion des Drohnenabwehrsystems steuern. Der Bediener kann die auf dem Ausgabemittel dargestellte Lage anhand der angezeigten Informationen optisch beurteilen. Der Bediener kann nun anhand einer Eingabe einen Abwehrbefehl geben, aufgrund dessen ein Effektor aktiviert wird, beispielsweise wird ein Abfangflugkörper gestartet. Zweckmäßigerweise werden dem Bediener Informationen bereitgestellt, die ihm zur Urteilsbildung behilflich sind. So kann ein Bild der fliegenden Drohne dargestellt werden und insbesondere eine Karte mit einer Trajektorie, sodass der Bediener sehen kann, wohin die Drohne fliegt. Auch Daten zur Lagebewertung beziehungsweise zu einem Bedrohungsszenarium können angezeigt werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Effektorentsicherungsmodul als weiteres Peripheriegerät vorhanden. Das Effektorentsicherungsmodul ist zweckmäßigerweise mittelbar über einen nur ihm zugeordneten Peripherieanbinder oder unmittelbar mit dem Nachrichtenkern datentechnisch verbunden. Das Effektorentsicherungsmodul kann zusätzlich zu einem Leitstand vorhanden sein und ermöglicht eine Vier-Augen-Prüfung eines Abwehrbefehls. Das Modul kann aus einem Knopf beziehungsweise einem Hebel bestehen, der durch einen anderen Bediener betätigt werden muss zur zusätzlichen Entsicherung des oder der Effektoren. Es ist insofern vorteilhaft, wenn zum Auslösen eines Effektors beide Entsicherungsinformationen im Nachrichtenkern vorliegen müssen, also die des Effektorentsicherungsmoduls und die eines Leitstands. Der Peripherieanbinder des Effektors ist zweckmäßigerweise so ausgeführt, dass er eine Entsicherung des Effektors, beispielsweise einen Start des Abfangflugkörpers nur dann veranlasst, wenn beide Entsicherungsinformationen vorliegen.
- Die Struktur des zentralen Führungssystems und des Nachrichtenkerns kann einfach gehalten werden, wenn Daten von einem Peripheriegerät zu einem anderen Peripheriegerät ausschließlich über die zugeordneten Peripherieanbinder und den Nachrichtenkern übertragen werden. Die modulartige Struktur des zentralen Führungssystems und somit der Austausch eines Peripheriegeräts und/oder eines Peripherieanbinders ist hierdurch sehr einfach möglich.
- Der Nachrichtenkern kann sich zumindest im Wesentlichen auf ein Leitungssystem beschränken, ohne dass wesentliche, Daten verarbeitende Komponenten zwischen den Peripherieanbindern vorhanden sein müssten.
- Eine einfache Nachrichtenübermittlung zwischen Peripherieanbindern kann erreicht werden, wenn diese sich im Nachrichtenkern per Broadcast miteinander austauschen. Jeder Peripherieanbinder erkennt Informationen, die für ihn bestimmt sind, selbstständig.
- Die Kommunikation im Nachrichtenkern ausschließlich mit generischen Daten erleichtert den Austausch von Geräten erheblich. Hierfür ist es zweckmäßig, wenn die Peripherieanbinder Informationen von ihrem Peripheriegerät in ein für alle Peripherieanbinder verständliches Datenformat übersetzen. Das Datenformat beinhaltet zweckmäßigerweise auch das Datenprotokoll. Durch eine Rückübersetzung vom generischen Datenformat in ein Datenformat des entsprechenden Peripheriegeräts können die Peripheriegeräte über ihren Peripherieanbinder und den Nachrichtenkern in einfacher Weise Nachrichten beziehungsweise Informationen austauschen.
- Um ein Scheitern einer Drohnenabwehr zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn ein Effektor nur dann ausgelöst wird, wenn er zu einem erfolgreichen Abwehren einer Drohne in der Lage ist. Entsprechend der Erfindung enthält die Gruppe der Peripheriegeräte insofern zumindest einen Effektor und einen dem Effektor zugeordneten Worker, der aus Lagedaten aus dem Nachrichtenkern eine Handlungsfähigkeit des Effektors ermittelt. Daten zur Handlungsfähigkeit werden über den dem Effektor zugeordneten Peripherieanbinder in den Nachrichtenkern eingespeist. Auf diese Weise weiß beispielsweise ein Bediener in einem Leitstand, ob eine Abwehr einer anfliegenden Drohne gerade möglich oder noch oder nicht mehr möglich ist.
- Die Erfindung betrifft außerdem ein Drohnenabwehrsystem gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 11 mit einer Gruppe aus Peripheriegeräten und einem zentralen Führungssystem. Um ein Drohnenabwehrsystem zu erhalten, mit dem eine Drohnenbekämpfung in flexibler Weise möglich ist, umfasst das Führungssystem erfindungsgemäß mehrere Peripherieanbinder und einen Nachrichtenkern, über das die Peripherieanbinder miteinander vernetzt sind, wobei jedes Peripheriegerät ausschließlich über einen ihm zugeordneten Peripherieanbinder mit dem Nachrichtenkern verbunden ist und die Peripherieanbinder gemeinsam ein zentrales Führungssystem der Peripheriegeräte bilden und jeweils dazu vorbereitet sind, ihr Peripheriegerät zu steuern.
- Vorteilhafterweise enthält die Gruppe aus Peripheriegeräten zumindest einen Sensor, einen vorzugsweise als Abfangflugkörper ausgestalteten Effektor und einen Leitstand. Der Nachrichtenkern ist zweckmäßigerweise in Form eines Datenleitungssystems ausgeführt.
- Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die teilweise in einigen abhängigen Ansprüchen zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Die Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden, insbesondere bei Rückbezügen von Ansprüchen, sodass ein einzelnes Merkmal eines abhängigen Anspruchs mit einem einzelnen, mehreren oder allen Merkmalen eines anderen abhängigen Anspruchs kombinierbar ist. Außerdem sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination sowohl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaften der entsprechenden Vorrichtungseinheit gegenständlich formuliert zu sehen und funktionale Vorrichtungsmerkmale auch als entsprechende Verfahrensmerkmale.
- Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
- Es zeigen:
- FIG 1
- ein Fußballstadion, das von einem Drohnenabwehrsystem geschützt wird und
- FIG 2
- das Drohnenabwehrsystem in einer schematischen Darstellung.
-
FIG 1 zeigt ein zu schützendes Objekt 2, das im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Fußballstadion ist. Eine auf das zu schützende Objekt 2 zufliegende Drohne 4 wird von einem Drohnenabwehrsystem 6 abgewehrt, das sich zum Teil in einem Gebäude 8 und zum Teil außerhalb des Gebäudes 8 befindet. Das Drohnenabwehrsystem 6 ist mit einer Mehrzahl von Effektoren 10 ausgestattet, die in diesem Ausführungsbeispiel Abfangflugkörper sind, wie inFIG 1 schematisch dargestellt ist. Möglich sind auch andere Effektoren, beispielsweise Laser oder andere Hochenergiesender, deren gerichtete Energie die Optik, den Empfänger oder eine andere Sensorik der Drohne 4 soweit stört, dass dieser ein ferngesteuerter und gerichteter Weiterflug unmöglich ist. - Weiter ist das Drohnenabwehrsystem 6 mit einer Anzahl von Sensoren 12, 14 ausgestattet, die am und/oder in der Umgebung des zu schützenden Objekts 2 positioniert sind. Weiter verfügt das Drohnenabwehrsystem 6 über einen Leitstand 16 im Gebäude 8, von dem ein Bediener aus Aktionen des Drohnenabwehrsystems 6 steuert. Die Effektoren 10, die Sensoren 12, 14 und der Leitstand 16 bilden eine Gruppe aus Peripheriegeräten des Drohnenabwehrsystems 6, die von einem zentralen Führungssystem des Drohnenabwehrsystems 6 gesteuert werden. Je nach Drohnenabwehrszenario können die Peripheriegeräte unterschiedlich gewählt werden, wobei die in den
Figuren 1 und 2 beschriebenen Peripheriegeräte nur beispielhaft gewählt sind zur Verdeutlichung besonders geeigneter Zusammenstellungen. Das zentrale Führungssystem des Drohnenabwehrsystems 6 wird im Folgenden anhand der Darstellung ausFIG 2 beschrieben. -
FIG 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Drohnenabwehrsystem 6, wie es in dem Ausführungsbeispiel ausFIG 1 verwendbar wäre. Es umfasst mehrere Sensoren 12, 14, die inFIG 2 nur beispielhaft dargestellt sind. Das gleiche gilt für die Effektoren 10, wobei diese nicht baugleich ausgeführt sein müssen, sondern auf verschiedene Drohnenabwehrszenarien spezialisiert sein können, wie inFIG 2 angedeutet ist. Zusätzlich zum Leitstand 16 ist ein Effektorentsicherungsmodul 18 vorhanden, das eine Safety Unit, ein Masterarm Safety Switch oder dergleichen sein kann. Die Effektoren 10, die Sensoren 12, 14, der Leitstand 16 und das Effektorentsicherungsmodul 18 gehören zu einer Gruppe von Peripheriegeräten, die von einem zentralen Führungssystem 30 gesteuert werden. Die Gruppe der Peripheriegeräte umfasst außerdem ein Softwaremodul 20 zur Datenfusion, ein Softwaremodul 22 zur Klassifikation und ein Softwaremodul 24 zur Lagebewertung - auch Datenfusionseinheit 20, Klassifikationseinheit 22 und Lagebewertungseinheit 24 genannt. Weiter enthält die Gruppe der Peripheriegeräte einen Erfolgsabschätzer 26 und eine Beweissicherungseinheit 28. - Zu jedem der Peripheriegeräte 10-28 ist jeweils ein Peripherieanbinder 10a-28a vorhanden. Die Peripherieanbinder 10a-28a bilden das zentrale Führungssystem 30, das zusätzlich einen zentralen Nachrichtenkern 32 aufweist. Je nach Ausführung des Drohnenabwehrsystems 6 ist es auch möglich, dass ein oder mehrere Peripheriegeräte direkt mit dem zentralen Nachrichtenkern 32 verbunden sind, ohne dass ein zugehöriges Peripheriegerät zwischengeschaltet wäre. Der zentrale Nachrichtenkern 32 ist eine Zone innerhalb des zentralen Führungssystems 30, in die alle Informationen hineingegeben werden, die zwischen den Peripheriegeräten 10-28 und/oder den zugehörigen Peripherieanbindern 10a-28a ausgetauscht werden. Bei dem in
FIG 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der zentrale Nachrichtenkern 32 lediglich ein Datenleitungssystem, beispielsweise einen Datenbus. Insofern ist der Bereich zwischen den Peripherieanbindern 10a-28a frei von Steuerungseinheiten der Peripheriegeräte 10-28, wobei ein Gerät zur reinen Nachrichtensendungssteuerung nicht als Steuerungseinheit verstanden wird. Es ist jedoch auch möglich, zentrale Datenverarbeitungseinheiten im Nachrichtenkern 32 zu platzieren, beispielsweise den Nachrichtenkern in zwei oder mehr Zonen zu unterteilen, die durch entsprechende Übersetzer oder Ähnliches voneinander getrennt sind. - Die Struktur des Drohnenabwehrsystems 6 ist dergestalt, dass die Peripheriegeräte 10-28 sternförmig an den zentralen Nachrichtenkern 32 angebunden sind, jeweils über einen nur einem Peripheriegerät 10-28 oder einer Art von Peripheriegeräten zugeordneten Peripherieanbinder 10a-28a. Eine datentechnische Verbindung zwischen den Peripheriegeräten 10-28 ohne einen oder mehrere zwischengeschaltete Peripherieanbinder 10a-28a ist nicht vorhanden. Informationen von einem Peripheriegerät 10-28 zu einem anderen müssen insofern stets durch den Nachrichtenkern 32 laufen, wobei zwischen Peripheriegerät 10-28 und Nachrichtenkern 32 der zugehörige Peripherieanbinder 10a-28a zwischengeschaltet ist. Auch die Peripherieanbinder 10a-28a kommunizieren ausschließlich über den Nachrichtenkern 32 miteinander. Da Nachrichten von einem Peripherieanbinder 10a-28a an einen anderen über einen Broadcast verteilt werden, sind die Informationen für alle Peripherieanbinder 10a-28a empfangbar.
- Jeder Peripherieanbinder 10a-28a steuert ausschließlich sein Peripheriegerät 10-28, wobei unter einem Peripheriegerät 10-28 in diesem Zusammenhang auch eine Gruppe gleicher Peripheriegeräte verstanden werden kann, wie beispielsweise durch die Sensoren 12, 14 angedeutet ist. Hier können mehrere Peripheriegeräte 12, 14 gemeinsam mit ihrem zugehörigen Peripherieanbinder 12a, 14a verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, stets nur ein Peripheriegerät 10-28 mit einem zugehörigen Peripherieanbinder 10a-28a datentechnisch zu verschalten, sodass jeder Peripherieanbinder 10a-28a stets nur einem Peripheriegerät 10-28 zugeordnet ist und dieses steuert. Die Peripherieanbinder 10a-28a dienen zum Steuern ihres Peripheriegeräts 10-28. Hierfür empfangen sie Nachrichten von ihrem Peripheriegerät 10-28 und senden Steuerinformationen an ihr Peripheriegerät 10-28. Die vom Peripheriegerät 10-28 erhaltenen Informationen werden vom zugehörigen Peripherieanbinder 10a-28a auf generische Daten untersucht, also solche Daten, die ein anderes Peripheriegerät 10-28 zur Ausführung einer Funktion des Drohnenabwehrsystems 6 benötigt. Die entsprechenden Informationen aus dem Peripheriegerät 10-28 werden von dem Peripherieanbinder 10a-28a in ein generisches Datenformat gebracht und in den Nachrichtenkern 32 eingespielt. Der Peripherieanbinder 10a-28a, dessen Peripheriegerät 10-28 diese Information zur Ausführung einer Funktion des Drohnenabwehrsystems 6 benötigt, nimmt diese Information auf und wandelt sie gegebenenfalls in ein Datenformat um, das das zugehörige Peripheriegerät 10-28 verarbeiten kann. Eventuell werden vom Peripherieanbinder 10a-28a weitere Informationen hinzugefügt, die zur Steuerung des entsprechenden Peripheriegeräts 10-28 beitragen. Den Peripherieanbindern 10a-28a kommen somit die Funktionen eines Datenfilters, eines Übersetzers von einem peripheren Datenformat in ein generisches Datenformat und zurück und einer Steuereinheit zur Steuerung ihres Peripheriegeräts 10-28 zu.
- Soll ein Peripheriegerät 10-28 ausgetauscht und durch ein anderes ersetzt werden, so muss gegebenenfalls auch der zugehörige Peripherieanbinder 10a-28a entfernt und durch einen anderen ersetzt werden. Die übrigen Peripherieanbinder 10a-28a können unverändert weiter betrieben werden, da der ersetzte Peripherieanbinder 10a-28a, wie auch sein Vorgänger, ausschließlich generische Daten in den zentralen Nachrichtenkern 32 einspeist, die von einem anderen Peripherieanbinder 10a-28a aufgenommen und weiterverarbeitet werden. Hierdurch ist ein Austausch von Peripheriegeräten 10-28 und damit eine Modifikation des Drohnenabwehrsystems 6, beispielsweise an verschiedene Bedrohungsszenarien, verschiedene Drohnen 4 oder an verschiedene zu schützende Objekte 2, sehr einfach und kostengünstig möglich.
- Zum Schutz des zu schützenden Objekts 2 sind an und um dieses herum, wie zu
FIG 1 beschrieben, mehrere Peripheriegeräte 10-14 verteilt. Die weiteren Peripheriegeräte 16-28 sind beispielsweise in dem Gebäude 8 untergebracht, in dem auch der Leitstand 16 angeordnet ist. Auch das zentrale Führungssystem 30 mit den Peripherieanbindern 10a-28a ist in dem Gebäude. Nähert sich eine Drohne dem zu schützenden Objekt 2, so sendet dieses akustische und elektromagnetische Signale aus, die von einem oder mehreren der Sensoren 12, 14 empfangen werden. Die Sensoren 12 sind beispielsweise Primärsensoren, die mit einer Rundumsensorik ausgestattet sind, die also den Umraum um 360° überwachen. Die Primärsensoren 12 sind beispielsweise akustische Sensoren, deren Auswerteeinheit in der Lage ist, die Fluggeräusche einer Drohne 4 aus anderen Geräuschen herauszufiltern beziehungsweise zu erkennen und hierdurch ein Event, also eine anfliegende Drohne 4, als solches zu erkennen. Wird ein Event erkannt, so sendet der erkennende Sensor 12 dem Event zugeordnete Daten an seinen Peripherieanbinder 12a. Dieser erhält insofern von einem oder mehreren Primärsensoren 12 Daten über den Event. Eventuell ist der Sensor 12 bereits von sich aus in der Lage, Richtungsdaten vom Event zu extrahieren. Andernfalls kommt diese Aufgabe dem Peripherieanbinder 12a zu, der Richtungsdaten zum Event aus Eventdaten mehrerer den Event erkennenden Sensoren 12 ermittelt. In jedem Fall werden die Richtungsdaten in den Nachrichtenkern 32 eingegeben. Eingegeben werden nur generische Daten, die insofern auf zumindest einen anderen Peripherieanbinder 10a-28a angepasst sind. Weitere Daten von dem oder den Primärsensoren werden vom zugehörigen Peripherieanbinder 12a herausgefiltert und dem Nachrichtenkern 32 vorenthalten. Die generische Information wird an alle übrigen Peripherieanbinder 10a-28a als Broadcast gesendet. - Diese Primärinformation ist wichtig für zumindest einen Sekundärsensor 14, der sich anhand der Richtungsinformation auf das Ziel beziehungsweise die anfliegende Drohne 4 ausrichtet und diese erfasst, beispielsweise optisch und/oder per Radarstrahlung. Anhand der Daten des oder der Sekundärsensoren 14 liegen nun dreidimensionale Informationen zum Event vor, nämlich die Richtung und die Entfernung der Drohne 4. Zudem liegen hochauflösende optische Bilder vor, auf denen die Drohne 4 abgebildet ist. Diese Sekundärdaten werden dem zugehörigen Peripherieanbinder 14a übermittelt, dieser extrahiert die generische Information aus den Daten und stellt diese in den Nachrichtenkern 32.
- Die Primärinformation und/oder die Sekundärinformation im Nachrichtenkern 32 sind für die Klassifikationseinheit 22 und die Datenfusionseinheit 20 von Bedeutung. Die Klassifikationseinheit 22 nimmt anhand der Daten, beispielsweise den hochauflösenden Bildern und/oder der dreidimensionalen Richtungsinformation, eine Klassifikation des Events vor. Die Klassifikation ist im einfachsten Fall binär und beschränkt sich auf "Bedrohung" oder "Nichtbedrohung". Zweckmäßigerweise umfasst die Klassifikation jedoch auch eine Drohnenart, beispielsweise ein Bautyp oder im Idealfall sogar ein Fabrikat.
- Die Datenfusionseinheit 20 erzeugt aus den optischen Daten und/oder den Radardaten eine Spur beziehungsweise einen Track des Ziels 4. Hierdurch kann eine Flugrichtung und Fluggeschwindigkeit ermittelt werden. Zudem erzeugt die Einheit 20 durch eine Prädikation einen vermutlichen zukünftigen Track. Üblicherweise werden für solche Datenfusionen die Daten von mehreren optischen Sensoren 12, 14 und/oder Radarsensoren 14 verwendet und durch die Softwarekomponente fusioniert. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn mehrere Sekundärsensoren 14 und eventuell auch mehrere Primärsensoren 12 vorhanden sind, um das Ziel 4 gut erfassen zu können.
- Die geflogene Spur des Ziels 4 wird wiederum von der Klassifikationseinheit 22 verarbeitet, da aus Flughöhe, Fluggeschwindigkeit und/oder Flugagilität auf den Typ des Ziels 4 rückgeschlossen werden kann. Hierdurch kann die Klassifikation anhand der optischen Daten erleichtert werden, beziehungsweise es kann eine Vorauswahl getroffen werden.
- Wie auch bei den Sensoren 12, 14 sorgen die zugehörigen Peripherieanbinder 20a, 22a sowohl für eine Hin- und Herübersetzung der Daten von und zum Nachrichtenkern 32 als auch für ein Herausfiltern der generischen Daten aus den gesamten vorhandenen peripheren Daten und das Ergänzen von generischen Daten mit weiteren Daten, die das zugehörige Peripheriegerät 20, 22 eventuell zur Weiterverarbeitung der Daten benötigt. Die für ihr Peripheriegerät 10-28 notwendigen oder sinnvollen Daten werden aus dem Pool der im Nachrichtenkern 32 insgesamt vorhandenen Daten vom jeweiligen Peripherieanbinder 10a-28a herausgefiltert und eventuell übersetzt und ergänzt an das jeweilige Peripheriegerät 10-28 ausgegeben.
- Aus den im Nachrichtenkern 32 vorhandenen Daten zum Event bildet die Lagebewertungseinheit 24 eine Lagebewertung. Hierfür werden insbesondere die Klassifikation aus der Klassifikationseinheit 22 und die vermutlich zukünftig geflogene Spur der Drohne 4 aus der Datenfusionseinheit 20 verwendet. Weiter verwendet wird die Lage und die Art des zu schützenden Objekts 2. Die Lagebewertung wird wiederum über den Peripherieanbinder 24a in den Nachrichtenkern 32 eingegeben und steht dort dem Leitstand 16 beziehungsweise dessen Peripherieanbinder 16a zur Verfügung zur Weitergabe an den Leitstand 16. Auf einem Bildschirm 34 des Leitstands 16 wird einem Bediener die Lagebewertung ausgegeben. Der Bediener sieht beispielsweise die Lage des zu schützenden Objekts 2 in einer geografischen Karte, beispielsweise einem Stadtplan, und die vergangene und zukünftige Spur der anfliegenden Drohne 4. Zudem wird zweckmäßigerweise die Klassifikation und ein Bedrohungspotential an den Bediener ausgegeben. Weiter kann die Lagebewertung eine Abwehrmöglichkeit der Effektoren 10 beinhalten. Die Abwehrmöglichkeit enthält die Information, ob einer der Effektoren 10 in der Lage ist, die Drohne 4 abzufangen und wenn ja, zweckmäßigerweise wo und in welcher Weise. Beispielsweise wird ein Begegnungspunkt eines Effektors 10 mit der anfliegenden Drohne bei einem fiktiven sofortigen Start des Effektors 10 dem Bediener auf dem Bildschirm 34 angezeigt. Der Bediener kann aus diesen beispielsweise optischen Informationen erkennen, wie lange ihm Zeit verbleibt für eine Entscheidung zum Beginnen einer Drohnenabwehraktion.
- Ob ein Effektor 10 in der Lage ist, die anfliegende Drohne 4 abzuwehren, hängt unter anderem auch von dem Typ des Effektors 10 ab. Ein Laser kann beispielsweise nicht um die Ecke leuchten, wenn die Drohne hinter einem Gebäude oder einem anderen Gegenstand fliegt. Ein Abfangflugkörper ist beispielsweise nicht schnell genug, um die Drohne 4 rechtzeitig erreichen zu können, oder die Drohne 4 ist noch zu weit weg und somit außerhalb der Flugreichweite des Abfangflugkörpers. Zur Bestimmung der Abwehrfähigkeit der Effektoren 10 sind diese mit sogenannten Workern 38 verbunden, die beispielsweise signaltechnisch zwischen dem Effektor 10 und dem zugehörigen Peripherieanbinder 10a angeordnet sind. Aus Informationen zur Trajektorie des Ziels 4 und/oder der Lagebewertung bestimmen die Worker 38 die aktuelle und insbesondere auch zukünftige Wirkmöglichkeiten für ihren Effektor 10. Diese werden über den jeweiligen Peripherieanbinder 10a als generische Information an den Nachrichtenkern 32 gegeben und insbesondere vom Leitstand 16 aufgegriffen und beispielsweise auf dem Bildschirm 34 dem Bediener angezeigt. Dieser bekommt nun die Information, welcher Effektor 10 wann und welche Handlungsfähigkeit beziehungsweise Wirkmöglichkeit hat beziehungsweise voraussichtlich haben wird.
- Weiter liegen als generische Daten im Nachrichtenkern 32 vor: die Komponentenstati, also ob die Sensoren 12, 14 aktiv sind, ob die Effektoren 10 gesichert oder entsichert sind, welche Sensoren 12, 14 und Effektoren 10 vorhanden sind, ob das Effektorentsicherungsmodul 18 zum Entsichern des Effektors 10 bereit ist und dergleichen.
- Vom Leitstand 16 aus kann nun entschieden werden, ob eine Abwehr der Drohne 4 erfolgen soll oder nicht. Ein entsprechender Befehl kann vom Bediener über die Eingabeeinheit 36, beispielsweise eine Tastatur, in den Leitstand 16 eingegeben werden. Ist dies der Fall, so wird der entsprechende Feuerbefehl vom Bediener im Leitstand 16 eingegeben und dieser wird als generische Information in den Nachrichtenkern 32 eingespeist. In der Flugkörperabwehrtechnik ist das Vier-Augen-Prinzip von besonderer Bedeutung, sodass das Effektorentsicherungsmodul 18 vorhanden sein kann. Dieses kann aus einem einfachen Knopf beziehungsweise einem Hebel bestehen, der durch einen anderen Bediener betätigt werden muss zur zusätzlichen Entsicherung des oder der Effektoren 10. Zum Auslösen eines Effektors 10 müssen insofern beide Entsicherungsinformationen im Nachrichtenkern 32 vorliegen. Die Entscheidung, ob die Entsicherungsnachricht an einen Effektor 10 weitergegeben wird, kann von dem zugehörigen Peripherieanbinder 10a getroffen werden, der beispielsweise so programmiert ist, dass nur bei Vorliegen des doppelten Entsicherungsbefehls die entsprechende Entsicherungsinformation an den Worker 38 beziehungsweise den zugehörigen Effektor 10 ausgegeben wird. Je nach Ausführung des Effektorentsicherungsmoduls 18 kann auf einen zugehörigen Peripherieanbinder verzichtet werden, da das Signal vom Effektorentsicherungsmodul 18 sehr einfach sein kann und bereits als generische Information den Nachrichtenkern 32 eingegeben werden kann. Es reicht auch eine monodirektionale Datenübertragung von dem Effektorentsicherungsmodul 18 zum Nachrichtenkern 32, da das Modul 18 keine Informationen aus dem Nachrichtenkern 32 braucht, um seine Aufgabe zu erfüllen. Erfolgt eine Abwehr der Drohne 4, so ist eine weitere Komponente von Vorteil, nämlich der Erfolgsabschätzer 26. Dieser sammelt Sensordaten von einem oder mehreren Primärsensoren 12 und/oder Sekundärsensoren 14 und ermittelt daraus eine Abfangwirkung beziehungsweise einen Abfangerfolg. Diese können beispielsweise aus Bilddaten ermittelt werden, die als generische Daten im Nachrichtenkern 32 vorliegen und vom Erfolgsabschätzer 26 bearbeitet werden können. In einem einfachen Fall extrahiert der Erfolgsabschätzer 26 die für das Erkennen des Abwehrerfolgs sinnvollsten Bilder aus den Bildern der Sensoren 12, 14 und gibt diese als Erfolgsbilder in den Nachrichtenkern 32, sodass diese auf dem Leitstand 16 beziehungsweise dessen Bildschirm 34 angezeigt und vom Bediener betrachtet werden können. Auf diese Weise kann der Bediener die Wirkung des Effektors 10 beziehungsweise den Erfolg oder das Scheitern der Abwehr nachvollziehen.
- Ebenfalls sinnvoll ist die Komponente der Beweissicherungseinheit 28, deren Aufgabe beispielsweise die Datenspeicherung wesentlicher Nachrichten aus dem Nachrichtenkern 32 ist, wie die Erfolgsbilder vom Erfolgsabschätzer 26. Aber auch weitere Daten, wie das doppelte Vorliegen des Entsicherungsbefehls, die Bedrohungslage aus der Lagebewertungseinheit 24, die Spur des Ziels 4 und dergleichen werden von der Beweissicherungseinheit 28 gespeichert. Hierdurch kann eine Bedrohungslage und ein Abwehrszenario für nachfolgende Auswertungen oder eine Rechtfertigung gesichert werden. Zweckmäßigerweise speichert die Beweissicherungseinheit 28 sämtliche für eine Beweissicherung relevante Daten aus dem Nachrichtenkern 32 dauerhaft ab.
-
- 2
- Objekt
- 4
- Drohne
- 6
- Drohnenabwehrsystem
- 8
- Gebäude
- 10
- Effektor
- 10a-28a
- Peripherieanbinder
- 12
- Sensor
- 14
- Sensor
- 16
- Leitstand
- 18
- Effektorentsicherungsmodul
- 20
- Datenfusionseinheit
- 22
- Klassifikationseinheit
- 24
- Lagebewertungseinheit
- 26
- Erfolgsabschätzer
- 28
- Beweissicherungseinheit
- 30
- zentrales Führungssystem
- 32
- zentraler Nachrichtenkern
- 34
- Bildschirm
- 36
- Eingabeeinheit
- 38
- Worker
Claims (11)
- Verfahren zum Steuern eines Drohnenabwehrsystems (6), bei dem eine Gruppe aus Peripheriegeräten (10-28) umfassend einen Effektor (10), insbesondere umfassend einen Sensor (12, 14) und einen Leitstand (16), von mehreren Peripherieanbindern (10a-28a) gesteuert wird, die jeweils genau ein, nur dem jeweiligen Peripherieanbinder (10a-28a) zugeordnetes Peripheriegerät (10-28) steuern, gemeinsam ein zentrales Führungssystem (30) des Drohnenabwehrsystems (6) bilden und untereinander Daten zum Steuern der Peripheriegeräte (10-28) über einen Nachrichtenkern (32) austauschen,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein dem Effektor (10) zugeordneter Worker (38) aus Lagedaten aus dem Nachrichtenkern (32) eine Handlungsfähigkeit des Effektors (10) ermittelt und Daten zur Handlungsfähigkeit über den dem Effektor (10) zugeordneten Peripherieanbinder (10a) in den Nachrichtenkern (32) einspeist. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gruppe aus Peripheriegeräten (10-28) einen Primärsensor (12) und einen Sekundärsensor (14) umfasst und der Peripherieanbinder (14a) des Sekundärsensors (14) diesen anhand von Daten des Primärsensors (12) steuert. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gruppe aus Peripheriegeräten (10-28) eine Klassifikationseinheit (22) zur Klassifikation einer aufgespürten Drohne (4) umfasst, die ihre Klassifikationsdaten an ihren Peripherieanbinder (22a) übermittelt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gruppe aus Peripheriegeräten (10-28) eine Datenfusionseinheit (20) zur Datenfusion von Daten mehrerer Sensoren (12, 14) umfasst, die aus Daten mehrerer Sensoren (12, 14) eine Bewegungsspur einer Drohne (4) ermittelt und an ihren Peripherieanbinder (20a) übermittelt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Effektor (10) als Abfangflugkörper ausgeführt ist und der Peripherieanbinder (10a) des Abfangflugkörpers diesen ausschließlich anhand von Daten aus dem Nachrichtenkern (32) steuert, sodass der Abfangflugkörper hierdurch auf eine Drohne (4) zufliegt und deren Weiterflug beendet. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gruppe aus Peripheriegeräten (10-28) eine Lagebewertungseinheit (24) zur Lagebewertung eines zu schützenden Objekts (2) umfasst, dessen anhand einer aufgespürten Drohne (4) bestimmte Lagedaten über seinen Peripherieanbinder (24a) an einen Leitstand (16) übermittelt werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Effektorentsicherungsmodul (18) als weiteres Peripheriegerät vorhanden ist, das mittelbar über einen nur ihm zugeordneten Peripherieanbinder (18a) oder unmittelbar mit dem Nachrichtenkern (32) datentechnisch verbunden ist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Daten von einem Peripheriegerät (10-28) zu einem anderen Peripheriegerät (10-28) ausschließlich über die zugeordneten Peripherieanbinder (10a-28a) und den Nachrichtenkern (32) übertragen werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Peripherieanbinder (10a-28a) sich im Nachrichtenkern (32) per Broadcast miteinander austauschen. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Peripherieanbinder (10a-28a) Informationen von ihrem Peripheriegerät (10-28) in ein für alle Peripherieanbinder (10a-28a) verständliches Datenformat übersetzen. - Drohnenabwehrsystem (6) mit einer Gruppe aus Peripheriegeräten (10-28) umfassend einen Effektor (10), insbesondere umfassend einen Sensor (12, 14) und einen Leitstand (16), und einem zentralen Führungssystem (30) umfassend mehrere Peripherieanbinder (10a-28a) und einen Nachrichtenkern (32), über das die Peripherieanbinder (10a-28a) miteinander vernetzt sind, wobei jedes Peripheriegerät (10-28) ausschließlich über einen ihm zugeordneten Peripherieanbinder (10a-28a) mit dem Nachrichtenkern (32) verbunden ist und die Peripherieanbinder (10a-28a) gemeinsam das zentrale Führungssystem (30) der Peripheriegeräte (10-28) bilden und jeweils dazu vorbereitet sind, ihr Peripheriegerät (10-28) zu steuern,
gekennzeichnet durch
einen dem Effektor (10) zugeordneten Worker (38), der dazu eingerichtet ist, aus Lagedaten aus dem Nachrichtenkern (32) eine Handlungsfähigkeit des Effektors (10) zu ermitteln und Daten zur Handlungsfähigkeit über den dem Effektor (10) zugeordneten Peripherieanbinder (10a) in den Nachrichtenkern (32) einzuspeisen.
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