Neue Radarverfahren zur Drohnenerkennung an einer NATO-Forschungskampagne getestet
armasuisse Wissenschaft und Technologie konnte im Rahmen der NATO-Übung TIE’23 wertvolle Testdaten mit ihrem Sensornetzwerk «miniCODIR» gewinnen. Der Fokus der Messungen lag dabei auf die Erkennung und Klassifikation von Drohnen und Drohnenschwärmen in herausfordernden Szenarien. Insbesondere wurden Abwürfe von Nutzlasten, wie zum Beispiel von Granaten, simuliert.
Roland Oechslin und Alexander Stettler, Fachbereich Sensorik, und Peter Wellig, Fachbereich Forschungsmanagement und Operations Research, Kompetenzbereich Wissenschaft und Technologie
Der internationale Wissensaustausch und die Zusammenarbeit im Rahmen der NATO Science & Technology Organization (STO) erweitern die Erkenntnisse kontinuierlich. Die gewonnenen Erkenntnisse fliessen in aktuelle Beschaffungsvorhaben zur Drohnenabwehr ein und leisten somit einen Beitrag zur Sicherheit der Schweiz.
Im September hat die Technical Interoperability Excercise 2023, kurz TIE'23, in den Niederlanden stattgefunden. Dabei wurden C-UAV (Counter Unmanned Aerial Vehicles) Sensoren, Effektoren und C2-Systeme von rund 50 Herstellern im Verbund getestet. Der Fokus lag dabei auf der Interoperabilität, also der Zusammenarbeit und dem Zusammenspiel von Systemen unterschiedlicher Hersteller.
C-UAV
Der Begriff «Drohne» ist die umgangssprachliche Bezeichnung für ein unbemanntes Luftfahrzeug (englisch: UAV - Unmanned aerial vehicle). Darunter fallen kleine handelsübliche Drohnen aus dem Hobby-Bereich, aber auch grosse militärische Drohnen.
Während der Aufbauphase der Übung in der Kalenderwoche 37 durfte die SET-307 Forschungsgruppe der NATO STO die Infrastruktur der TIE'23 nutzen. Insbesondere standen Drohnen und Piloten zur Verfügung, um mit ihren Experimentalradarsystemem anspruchsvolle Szenarien zu vermessen und dabei wichtige Daten und Erfahrungen für Forschung und Entwicklung zu gewinnen.
SET-307
Das Sensors and Electronics Technology (SET)-Panel steuert eine Reihe von Forschungsgruppen zu militärrelevanten Themen in Sensorik und Kommunikation. Eine solche Gruppe besteht aus Expertinnen und Experten aus Akademie, militärischen Forschungseinrichtungen und Industrie. Die Gruppe SET-307 befasst sich mit neuartigen Radarverfahren für Drohnendetektion und -klassifikation in komplexen Umgebungen.
armasuisse W+T arbeitet in der Gruppe SET-307 mit und hat die Möglichkeit genutzt, mit ihrem Sensornetzwerk «miniCODIR» Daten von Drohnenflügen und Drohnenschwärmen in unterschiedlichen Konfigurationen aufzuzeichnen. Insbesondere wurden Abwürfe von Nutzlasten, wie zum Beispiel von Granaten nachgestellt. Diese Messdaten werden in den kommenden Wochen mit unterschiedlichen Algorithmen ausgewertet. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Analyse von Modulationslinien.
Modulationslinien
Modulationslinien entstehen, wenn ein Radarsensor ein Objekt mit rotierenden Teilen erfasst. Das gestreute Radarsignal enthält eine periodische Modulation der Amplitude, d.h. eine regelmässige Schwankung, die mit geeigneten Algorithmen sichtbar gemacht werden kann. Auf diese Weise können beispielsweise Helikopter und Flugzeuge mit Propeller- oder Jet-Triebwerken charakterisiert und klassifiziert werden. Analog können beispielsweise Drohnen von Vögeln unterschieden werden.
Die Analyse der Modulationslinien soll nebst der Detektion auch eine Klassifikation von Drohnen zulassen. Folgende Forschungsfragen stehen dabei im Zentrum:
- Können unterschiedliche Drohnentypen voneinander unterschieden und klassifiziert werden?
- Kann eine Drohne mit Last von einer ohne Last unterschieden werden, insbesondere in einem Schwarm?
- Kann der Abwurf einer Nutzlast detektiert werden?
- Können abrupte Manöver, beispielweise schnelle Richtungsänderungen, festgestellt und der Tracker damit unterstützt werden?
- Kann ein bistatisches Radargerät (Sender und Empfänger sind räumlich getrennt) bei der Drohnendetektion und -klassifikation einen Mehrwert gegenüber einem monostatischen System bringen?
Neben der Durchführung der Versuche im Rahmen der SET-307 Forschungsgruppe konnten wichtige Anregungen für zukünftige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten innerhalb von armasuisse W+T gewonnen werden: Die Interoperabilität zwischen den an der TIE'23 Übung beteiligten Systemen basiert im Wesentlichen auf dem neu entwickelten SAPIENT-Protokoll (aktuell in Erarbeitung zum NATO-Standard). Dieses erlaubt den relativ einfachen, herstellerunabhängigen Austausch von Daten zwischen Sensor-, Effektor- und C2-Systemen und lässt sich mit verhältnismässig geringem Aufwand in bestehende und neue Systeme integrieren.
Die vorliegenden Messungen an der TIE’23 sind als Weiterführung ähnlicher Aktivitäten wie etwa in Bure 2021 und in Norwegen 2022 zu sehen und werden über das Forschungsprogramm Aufklärung und Überwachung koordiniert. Dabei werden die Systeme und Algorithmen jeweils weiterentwickelt und an die aktuellen Fragenstellungen angepasst. Die Erkenntnisse fliessen in aktuelle Beschaffungsvorhaben zur Drohnenabwehr ein.
