Detektion und Abwehr von Drohnen

Aktualisiert: Aug 29

Drohnen sind unbemannte Luftfahrzeuge (UAV - Unmanned Aerial Vehicle) und reichen in ihrer Größe von handtellergroßem Spielzeug bis zu Kriegswaffen in der Dimension traditioneller bemannter Kampfflugzeuge. Eine Drohne bietet ihrem Piloten enorme Möglichkeiten, aber genau diese können für die Ziele einer Beobachtung oder eines Angriffs enorm schädlich sein. Deshalb stellt sich natürlich die Frage, wie man Drohnen zuerst erkennen und gegebenenfalls abwehren kann.



Technologie der Drohnen

Detektion und Abwehr bestimmter Objekte bauen immer auf deren Eigenschaften auf. Diese sind daher der Ausgangspunkt von Überlegungen zur Detektion und Abwehr von Drohnen. Eine Drohne ist ein unbemanntes Luftfahrzeug und bedarf daher einer Steuerung, die ohne Pilot an Bord auskommt. Sie kann durch übertragene Funksignale erfolgen oder autonom durch einen Bordcomputer. Auch im zweiten Fall kann man aber von der Notwendigkeit einer Signalübertragung ausgehen, dann wird der Bordcomputer sich auf Navigationsdaten wie des satellitengestützten GPS verlassen müssen. Der Antrieb von Drohnen ist wie derjenige traditioneller Fluggeräte sehr verschieden. Drohnen in der Form eines Flächenflugzeuges können mit Propellerantrieb oder einem Jettriebwerk ausgerüstet werden. Hubschrauber kommen ebenfalls zum Einsatz, bei kleinen Drohnen üblicherweise mit elektrischem Antrieb.



Horrorszenarien für Drohneneinsätze mit möglichem Interesse an einer Drohnenabwehr

Die Verwendungsmöglichkeiten von traditionellen Luftfahrzeugen lassen sich auch mit Drohnen realisieren. Genau wie landgebundene Roboter bietet eine Drohne aber auch wesentlich weitergehende Verwendungen, da sie in für Menschen zu gefährlicher Umgebung problemlos betrieben werden kann.

Eine Drohne kann für eine Selbstzerstörung vorgesehen werden oder zumindest so eingesetzt werden, dass ein Rückflug nicht vorgesehen ist. Eine Drohne ist auch unempfindlich gegenüber Radioaktivität und Krankheitserreger. Es können auch viele unterschiedliche chemisch aggressive Substanzen damit befördert werden. Besonders für eine Abwehr sollten ganze Schwärme von Drohnen berücksichtigt werden. Dieser Einsatzmodus von Drohnen befindet sich noch im experimentellen Stadium, wird aber intensiv verfolgt und bietet enorme Möglichkeiten. Vergleichbar ist ein solcher Schwarm von kleinen Drohnen mit einem Wespenschwarm. Die Drohen sind für die Kommunikation untereinander ausgerüstet und verfolgen gemeinsam ein Ziel. Der Ausfall einiger oder sogar der meisten Drohnen kann dabei in Kauf genommen werden. Wie ein Wespenschwarm wird auch ein solcher Drohnenschwarm dem Ziel sehr stark zusetzen, auch wenn es jede einzelne Drohne problemlos abwehren kann.


Ganz allgemein lässt sich die Verwendung von Drohnen in Aufklärung und Aktion unterteilen. Beides sind Fälle für Drohnendetektion und Drohnenabwehr. Kameras an Bord können die verschiedensten Frequenzbereiche abdecken und für Aufklärung nutzen. Wärmebilder, Radar und das sichtbare Spektrum kommen alle infrage.

Drohnen können aber genauso Werkzeuge im weitesten Sinne an Bord führen und einsetzen. Im militärischen Bereich handelt es sich bei diesen Werkzeugen um Waffen verschiedenen Typs. Eine typische Anwendung für solche Systeme ist das Ausschalten von Terroristen in feindlich kontrolliertem Gebiet. Im Englischen hat sich dafür der Ausdruck "droning" eingebürgert, wenn die Zielperson mit einer drohnengestützten Lenkwaffe getötet wird.


Flugabwehrsysteme sind so alt wie die Luftfahrt selbst. Genau wie für Drohnen geht es zuerst um die Erkennung und dann die Bekämpfung von Luftfahrzeugen. Grundsätzlich lassen sich dieselben Eigenschaften von Drohnen wie von pilotengesteuerten Flugzeugen für diese Erkennung und Abwehr nutzen.

Zu den frühen Methoden der Detektion gehört das Hören auf das Triebwerksgeräusch. Klarerweise ist auch der visuelle Kontakt für alle weiteren Maßnahmen von großem Interesse. Es sollte klargestellt werden, dass es sich bei diesen so verschiedenen Methoden im Grunde genommen um dieselbe Idee handelt, nämlich die Detektion und Ortung der Quelle von bestimmten Wellen. Das sind in diesem Fall eben Schall- und elektromagnetische Wellen. Beide können vom Menschen direkt aufgenommen werden. Indirekt und nur über geeignete Messgeräte sind die Wärmesignatur eines Fluggeräts sowie seine Reflexion von Radarwellen erschließbar.



Was sind die Herausforderungen bei der Detektion von Drohnen im Vergleich zu traditionellen Luftfahrzeugen?

Ein DDS oder Drohnendetektionssystem ist mit wesentlich schwächeren Signalquellen konfrontiert, als das die traditionelle Flugsicherung und -abwehr zu leisten hat. Die geringe Größe ist ein zentrales Problem für die Drohnendetektion. Alle Signaturen wie visueller Kontakt, Wärmeabstrahlung und Radarreflexion erfordern im Fall einer Drohne wesentlich empfindlichere Signalverarbeitung als das traditionell erforderlich ist.



Wo ist Drohnendetektion und Drohnenabwehr zu leisten?

Allgemein zählen zu den Anwendungsgebieten alle Bereiche, die vor Beobachtung und vor Kontakt mit eingeflogenen Objekten irgendwelcher Art geschützt werden müssen. Typische Bereiche sind militärische Sperrgebiete, Gefängnishöfe und private Anwesen.

Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche für Drohnendetektion und Drohnenabwehr sind Flughäfen. Sie sind deshalb eine besondere Herausforderung, weil ein Zusammenstoß einer Drohne mit einem Luftfahrzeug katastrophale Folgen haben kann. Außerdem müssen im Bereich eines Flughafens zahlreiche zulässige fliegende Objekte von verbotenerweise betriebenen Drohnen unterschieden werden können.



Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere der Bereich eines Flughafens zur Drohnenabwehr mit verschiedenen Sensoren überwacht werden muss, wenn Drohnen mit hinreichender Zuverlässigkeit erkannt werden sollen. Welche Sensoren das sind und wie sie genau eingesetzt
Detektion und Abwehr von Drohnen

Relevante Eigenschaften von Drohnen für die Drohnendetektion und Drohnenabwehr

Wird eine Drohne ferngesteuert, müssen Steuer- und Videosignale übertragen werden, die dem Drohnenpiloten als Grundlage für seine Steuerung dienen. Diese Signale lassen sich stören. Die Aufklärungsergebnisse werden ebenfalls als Videosignal übertragen. Solche Signale sind also eine stabile Grundlage für die Drohnendetektion.

Was nun die Drohnenabwehr betrifft, bieten sich mehrere Ansätze dafür. Die Videosignale lassen sich soweit stören, dass die Drohne nicht mehr gesteuert werden kann. Subtiler ist ein sogenannter Man-in-the-Middle-Angriff. Kann die Verschlüsselung der Signale ausgehebelt werden oder ist gar keine vorhanden, können auch falsche Signale an den Drohnenpiloten übermittelt werden. Autonome Drohnen brauchen zwar keine Steuersignale von außen, sie müssen aber trotzdem ihre Position erkennen können. Dafür dient in vielen Fällen das satellitengestützte GPS-System. Dessen Signal lässt sich stören und auch spoofen, was wiederum auf eine man-in-the-middle-Attacke hinausläuft. Es bedeutet, dass der Drohnenpilot seine Drohne an einem falschen Ort vermutet. Schließlich sollte noch eine ganz einfache, aber oft sehr effektive Möglichkeit der Drohnenabwehr erwähnt werden. Da viele Drohnen eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweisen, können sie von Greifvögeln abgefangen werden. Es wurden erfolgreiche Experimente mit Adlern durchgeführt, die zu diesem Zweck abgerichtet worden sind.



Erfahrungen mit der Drohnenabwehr Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere der Bereich eines Flughafens mit verschiedenen Sensoren überwacht werden muss, wenn Drohnen mit hinreichender Zuverlässigkeit erkannt werden sollen. Welche Sensoren das sind und wie sie genau eingesetzt werden, muss auf die besondere Lage und Situation des jeweiligen Flughafens abgestimmt werden. Die Funksignale einer Drohne sind für eine Drohnendetektion gut geeignet. Diese Signale müssen allerdings erst erfolgreich aus den zahlreichen anderen Funksignalen im Flughafenbereich herausgefiltert werden. Die erste Herausforderung beim Jamming von Steuersignalen für Drohnen besteht darin, andere und gewollte Funksignale nicht zu stören. Es gibt bereits Möglichkeiten, mit einem solchen Jamming eine Drohne kontrolliert zu übernehmen und sicher zu landen. Angriffe auf Drohnen mit Schrotbeschuss oder mit Lasern sind möglich, aber nur dann, wenn ein unkontrollierter Absturz der Drohne in Kauf genommen werden kann. Neben Greifvögeln sind auch Angriffsdrohnen zur Drohnenabwehr eingesetzt worden, die über die illegale Drohne ein Netz werfen.


Deutsche Flugsicherung testet verschiedene Drohnendetektionssysteme (DDS)

2020 hat die Deutsche Flugsicherung DFS eine Machbarkeitsstudie an den Flughäfen Frankfurt und München durchgeführt. Es wurden sechs verschiedene Drohnendetektionssysteme (DDS) getestet. Das Ergebnis des Testprojekts: Eine Universallösung, die gleichermaßen an allen Flughäfen umgesetzt werden kann, gibt es nicht. Topografien, Gebäudestrukturen und die Vegetation in der Umgebung machen jeden Flughafen einzigartig. Die Lösung wird eine Mischung aus verschiedenen Sensortechnologien sein, die mit ihren individuellen Stärken ihre jeweiligen Schwächen untereinander ausgleichen.


DJI Geofencing - DJI hat eigenes System zur Drohnenabwehr

Sicherheit hat bei DJI oberste Priorität, vor allem weil die europäische Drohnenbranche neue Möglichkeiten für den Einsatz von Drohnen auf eine spannende und produktive Art und Weise entwickelt. Die Einführung modernster Sicherheitsfunktionen in vielen Ländern wird der breiten Öffentlichkeit und den Drohnenpiloten gleichermaßen helfen. Profi-Drohnenpiloten, die Millionen von sicheren, verantwortungsvollen und für die Gesellschaft nützlichen Drohnenbefliegungen absolviert haben, sollten keine unnötigen Beschränkungen auferlegt werden. Bereits 2013 entwickelte DJI erstmals die sogenannten „No-Fly Zones“ für seine Drohnen und führte drei Jahre später das GEO-System mit Live-Updates und neuen „No-Fly Zones“ für Gefängnisse und Kernkraftwerke ein, bot aber gleichzeitig die Flexibilität zur Systemfreischaltung für autorisierte Drohnenpiloten. Mit der Einführung beider Systeme erkannte man, dass die überwiegende Mehrheit der Drohnenpiloten sicher und verantwortungsbewusst fliegen möchte und einen benutzerfreundlichen Leitfaden wünscht, der ihnen hilft, den Luftraum besser zu verstehen. DJIs Geofencing verwendet GPS und andere Navigationssatellitensignale, um automatisch zu verhindern, dass Drohnen in der Nähe von sensiblen Orten wie Flughäfen, Gefängnissen, Kernkraftwerken und Großveranstaltungen fliegen. An bestimmten Orten kann eine DJI-Drohne ohne vorherige Genehmigung nicht in einem Sicherheitsgebiet abheben oder in dieses eindringen. Drohnenpiloten mit verifizierten DJI Konten können einige Bereiche freischalten lassen, wenn sie berechtigte Gründe und die notwendigen Genehmigungen vorweisen. Für die Freischaltung kritischer Bereiche sind zusätzliche Schritte von DJI erforderlich. Im Jahr 2019 stellte DJI, sein verbessertes Geospatial Environment Online (GEO) 2.0 System in ganz Europa vor. Es wird in insgesamt 32 europäischen Ländern eingesetzt. GEO 2.0 wendet die strengsten Geofencing-Beschränkungen auf ein 1,2 Kilometer breites Rechteck bei jeder Start- und Landebahn sowie dreidimensionale Flugpfade an deren Enden für ankommende und startende Flugzeugen an. Flexiblere Geofencing-Beschränkungen gelten für ein ovales Gebiet innerhalb von 6 Kilometern von jeder Start- und Landebahn.


Die folgende Grafik zeigt, wie GEO 2.0 detaillierte, risikobasierte Daten auf den jeweiligen Luftraum an Flughäfen anwendet. Es werden drei Risikogruppen unterschieden: hohes, mittleres und geringes Risiko:
Die folgende Grafik zeigt, wie GEO 2.0 detaillierte, risikobasierte Daten auf den jeweiligen Luftraum an Flughäfen anwendet. Es werden drei Risikogruppen unterschieden: hohes, mittleres und geringes Risiko:

Durch die sogenannte Bow Tie Form werden mehr Seitenbereiche der Start- und Landebahnen für autorisierte Drohneneinsätze sowie für Arbeiten in geringer Flughöhe, die mehr als 3 km von der Start- und Landebahn entfernt liegen, ermöglicht. Gleichzeitig wird der Schutz in den Gebieten, in denen Flugzeuge tatsächlich fliegen, erhöht. DJIs eingeführte Begrenzungen um die Start- und Landebahnen von Flughäfen basieren auf dem Standard der internationalen Zivilluftfahrt-Organisation (Annex 14) für Luftsicherheit. DJI hat sich mit Luftfahrtunternehmen beraten, um die Geofencing-Funktionen in der Nähe von Flughafeneinrichtungen zu verbessern. DJIs Kategorisierung von Flughäfen basiert auf Flughafentypen, Passagierzahlen, Flugbetrieb und anderen Faktoren, die die Sensibilität des Luftraums um einen bestimmten Standort beeinflussen. Mit diesen Parametern aus der Luftfahrt hat DJI seine Geofencing-Sicherheitsfunktion an ein breiteres Verständnis des Luftraum- und Flughafenrisikos angepasst. DJI Drohnen können dadurch weltweit eingesetzt werden. Während DJIs GEO-System Drohnennutzern relevante Informationen zur Verfügung stellt, die ihnen dabei helfen zu entscheiden, wo und wann sicher geflogen werden kann, ist jeder Drohnenpilot dafür verantwortlich, dass der Einsatz der Drohne gemäß den geltenden Vorschriften sicher durchgeführt wird. Dies unterscheidet sich oft von Pilot zu Pilot.

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