DE102018122951A1

DE102018122951A1 - Signalstörvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Signalstörvorrichtung zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen

Info

Publication number: DE102018122951A1
Application number: DE102018122951.8A
Authority: DE
Inventors: Staffan Seth
Original assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-19
Also published as: EP3854013A1; WO2020058340A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Signalstörvorrichtung (1) und ein Verfahren zum Betrieb einer Signalstörvorrichtung zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen, mit eines Senders (5), wobei mittels des Senders (5) ein Störsignal (6*) gesendet wird.Die Signalstörvorrichtung (1) und das Verfahren sind dadurch verbessert, dass mittels eines Empfängers (4) ein Signal (6) zur Steuerung des unbemannten Luftfahrzeugs (3) empfangen und mittels einer Signalverstärkung als Störsignal (6*) genutzt wird, wobei das Störsignal (6*) nur gesendet wird, wenn auch ein Signal (6) empfangen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalstörvorrichtung zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen und ein Verfahren zum Betrieb einer Signalstörvorrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche.
Es ist bekannt, mittels Störsendern elektromagnetische Wellen auszusenden, die den Funkverkehr zwischen beispielsweise einer Drohne und einem Bediener stören. Bei Drohnen lässt sich mit solchen sogenannten Jammern sowohl die Videoübertragung unterbrechen als auch der Empfang von Steuerbefehlen. Wenn die Drohne keine Verbindung mehr zur Fernsteuerung herstellen kann, wird in der Drohne in der Regel ein Sicherheitsmodus aktiviert. Die Drohne versucht dann zum Startpunkt zurückzufliegen. Durch entsprechende Jammer können daher Drohnen zum Landen gezwungen werden. Ferner gibt es Drohnen, deren Motoren stoppen, sobald der Funkkontakt abreist. Andere Drohnen schweben auf der Stelle, bis ihr Akku leer ist.
Aus der JP 2017 072 324 ist eine Signalstörvorrichtung bekannt, bei der ein Störsignal im Frequenzband zwischen 2,4 und 2,5 GHz um ein bestimmtes Gebiet ausgesendet wird. Dieses Störsignal soll die Drohne dazu zwingen, in den Sicherheitsmodus umzuschalten und so die Drohne zum Rückflug zum Landeplatz und somit zur Landung zu zwingen. Die Signalübertragung des Störsignals ist immer aktiv.
Dies hat den Nachteil, dass das Störsignal auch aktiv ist, wenn keine Drohne nahe der zu schützenden Objekte oder des zu schützenden Gebiets vorhanden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsbildende Signalstörvorrichtung und das Verfahren zum Betrieb einer Signalstörvorrichtung zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen zu verbessern.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch eine Signalstörvorrichtung und einem Verfahren zum Betrieb einer Signalstörvorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst.
Demnach liegt bei einer Signalstörvorrichtung zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen, mit einem Sender, wobei mittels des Senders ein Störsignal sendbar ist, dann eine Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe vor, wenn die Signalstörvorrichtung einen Empfänger umfasst, wobei mittels des Empfängers ein Signal zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs empfangbar ist, wobei das Signal mittels einer Signalverstärkung als Störsignal nutzbar ist, wobei das Störsignal nur sendbar ist, wenn auch ein Signal empfangen wird.
Weiter liegt bei einem Verfahren zum Betrieb einer Signalstörvorrichtung zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen, mit einem Sender, wobei mittels des Senders ein Störsignal gesendet wird, dann eine Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe vor, wenn mittels eines Empfängers ein Signal zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs empfangen und mittels einer Signalverstärkung als Störsignal genutzt wird, wobei das Störsignal nur gesendet wird, wenn auch ein Signal empfangen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Empfänger als Empfangsantenne und/oder der Sender als Sendeantenne ausgeführt.
Es ist mindestens eine Empfangsantenne vorhanden, die dazu ausgelegt ist, Signale der Funkfernsteuerung des unbemannten Luftfahrzeugs zu empfangen. Mittels der Empfangsantenne wird ein Signal zur Steuerung des Luftfahrzeugs empfangen, welches mittels einer Signalverstärkung als ein Störsignal genutzt wird, wobei nur das Störsignal gesendet wird, wenn auch ein Signal empfangen wird. Wenn kein Signal empfangen wird, wird auch kein Störsignal gesendet. Die Signalstörvorrichtung arbeitet somit semiaktiv. Dadurch kann ein unnötiges dauerhaftes Aussenden von Störsignalen vermieden werden. Bevorzugt verstärkt die Signalstörvorrichtung automatisch bei Empfang ein Signal und sendet es als Störsignal aus. Sobald das Signal nicht mehr empfangen wird, wird automatisch auch kein Störsignal gesendet.
Die Signalverstärkung ist in einer vorteilhaften Ausführungsform mittels einer Reihenschaltung aus mindestens einem positiven Signalverstärker und mindestens einem negativen Signalverstärker gebildet, wobei die Reihenschaltung von dem empfangenen Signal durchlaufbar ist um das Störsignal zu bilden. Der zumindest eine positive Signalverstärker verstärkt das Signal, der zumindest eine negative Signalverstärker dämpft das Signal.
Mittels der Empfangsantenne wird insbesondere seitlich ein zu schützendes Objekt überwacht. Die Empfangsantenne überwacht insbesondere einen Winkel zwischen dem Horizont und einem bestimmten bodennahen Elevationswinkel. Der Elevationswinkel ist bevorzugt kleiner 45°, insbesondere kleiner 30°. Wenn nun mit der Empfangsantenne ein entsprechendes Sendesignal empfangen wird, so wird das empfangene Signal in geänderter Form mit einem erhöhten Rauschanteil wieder vorzugsweise unter der gleichen Frequenz über eine Sendeantenne ausgesendet.
Demzufolge wird das Störsignal vorzugsweise dadurch gebildet, dass das Rauschen maximiert wird. Dabei ist vorzugsweise das empfangene Signal von der Signalverstärkung derart verstärkbar, dass dessen Rauschanteil erhöht ist, um als Störsignal nutzbar zu sein.
Vorzugsweise wird das empfangene Signal mindestens einmal verstärkt und/oder mindestens einmal gedämpft, wobei der Rauschanteil erhöht wird, um das Störsignal zu bilden.
Vorzugsweise ist die Signalverstärkung mittels eines analogen Signalverstärkers, insbesondere mittels einer analogen Verstärkerschaltung ausgeführt. Es findet somit keine Analog/Digitalumwandlung statt. Da keine Abtastung des Signals erforderlich ist, ergibt sich auch keine Verzögerung bei der Aussendung des Störsignals. Das System ist sehr kostengünstig, da auf hochwertige A/D und D/A-Wandler verzichtet werden kann.
Weiter weist das Störsignal bevorzugt die gleiche Frequenz wie das empfangene Signal auf.
Vorzugsweise tritt im Endeffekt keine Änderung in der Signalamplitude auf, es wird nur der Rauschanteil im Signal erhöht. Hierzu wird der Verfahrensschritt des Verstärkens und des Dämpfens so oft nacheinander durchgeführt, bis der Rauschanteil im Signal ausreichend erhöht ist. Dieses so gebildete Signal wird sodann über eine Sendeantenne ausgestrahlt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Störsignal kurze Sendeunterbrechungen auf. Diese Unterbrechungen können vorteilhafterweise in periodischen Abständen erfolgen. Durch diese Unterbrechungen kann eine Rückkopplung mit dem Empfangssignal vermieden werden. Dabei wird das Störsignal bevorzugt als pulsweitenmoduliertes Signal gesendet.
Die Empfangsantenne und die Sendeantenne arbeiten vorzugsweise in einem Band, dass zur Fernsteuerung von unbemannten Luftfahrzeugen verwendet wird, insbesondere im 2,4 GHz und 5,8 GHz Band. Es ist denkbar, dass die Empfangsantenne und die Sendeantenne ausschließlich im 2,4 GHz und/oder im 5,8 GHz Band Signale empfangen und senden. Insbesondere ist es vorteilhaft zwei Empfangs- und zwei Sendeantennen zu verwenden, welche jeweils unterschiedliche Frequenzbänder abdecken, beispielsweise die Frequenzbänder 2,4 GHz und 5,8 GHz.
Die Empfangsantenne und die Sendeantenne sind vorzugsweise durch zwei separate Antennen gebildet.
Die Empfangsantenne und/oder die Sendeantenne decken insbesondere die vollständige oder fast vollständige Hemisphäre um das zu schützende Objekt ab. Wenn nun ein unbemanntes Luftfahrzeug das zu schützende Objekt attackiert, ist ab einer gewissen Distanz zwischen dem Luftfahrzeug und der Funkfernbedienung bzw. der entsprechenden Bodenstation der Abstand zur Störantenne so, dass das Luftfahrzeug näher an der Sendeantenne ist und das Störsignal überwiegt und somit das Luftfahrzeug in den Sicherheitsmodus übergeht.
Dieses System kann rund um die Uhr arbeiten und ist vollständig automatisiert. Das System ist stabil gegenüber Frequenzsprüngen und der Verwendung von redundanten Frequenzen, da die Frequenz des ausgestrahlten Störsignals jeweils der Frequenz des empfangenen Sendesignals folgt. Es kann eine unbegrenzte Anzahl von unbemannten Luftfahrzeugen mit dieser Anordnung gleichzeitig gestört werden.
Es ist denkbar mittels eines Sensors die Umgebung zu überwachen und das unbemannte Luftfahrzeug zu detektieren, wobei die Sendeantenne in Abhängigkeit der Richtung des Luftfahrzeugs manuell oder automatisch ausgerichtet wird. Hierdurch ist es möglich Luftfahrzeuge zu erkennen, und beispielsweise die Sendeantenne auf das Luftfahrzeug auszurichten, um ein stärkeres Störsignal an das Luftfahrzeug senden zu können. Als Sensoren können optische Sensoren verwendet werden. Die Sensoren können mit der Signalstörvorrichtung gekoppelt werden oder Teil der Signalstörvorrichtung sein. Dementsprechend ist bevorzugt mittels Sensoren die Richtung des unbemannten Luftfahrzeugs bestimmbar, wobei die Sendeantenne in Abhängigkeit der Richtung des Luftfahrzeugs ausrichtbar ist.
Die Anordnung benötigt keine regelmäßige Wartung. Eine Störung von anderen elektronischen Bauteilen kann dadurch minimiert werden, dass die Sendeantenne entsprechend ausgerichtet wird. Es ist weiter sehr vorteilhaft, die Empfangsantenne auf einer erhöhten Lage zu positionieren. Hierdurch kann der seitliche Abdeckungsbereich der Empfangsantenne erhöht werden.
Hierdurch kann ein beispielsweise ein Drohnenschutzschild für feststehende Objekte oder auch für mobile Einheiten gebildet werden, wobei die Anordnung keinerlei Eingaben eines Benutzers außer dem Ein-und Ausschalten benötigt.
Da das ausgestrahlte Signal nur eine geringe Leistung hat, ist es einfacher eine entsprechende Benutzungslizenz zu erhalten. Die geringe Leistung ermöglicht es zudem, dass die Vorrichtung bzw. die Störantenne Batteriebetrieben ist. Die Leistung kann bspw. weniger als ein Watt betragen.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die Signalstörvorrichtung zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen, auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 ein zu schützendes Objekt, ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV), beispielsweise eine Drohne, und eine Störsenderanordnung.

In 1 ist eine Signalstörvorrichtung 1 zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere hier von Drohnen gut zu erkennen. Die Signalstörvorrichtung 1 ist an oder in der Nähe eines zu schützenden Objektes 2 angeordnet. Wenn nun ein Luftfahrzeug 3 das Objekt 2 anfliegt wird mit einer Antennenanordnung ein Signal 6 einer Funkfernbedienung des Luftfahrzeugs erfasst. Eine Antennenkeule 4 einer Empfangsantenne (nicht näher dargestellt) ist schematisch angedeutet. Die Empfangsantenne ist dabei insbesondere seitlich ausgerichtet.
Das empfangene Signal 6 wird sodann mittels der Signalverarbeitung der Signalstörvorrichtung 1 mit einem erhöhten Rauschanteil versehen. Durch ein- oder mehrmaliges Verstärken und/oder Dämpfen des Signals 6 in einer analogen Verstärkerschaltung wird somit ein Störsignal 6* gebildet. Mittels einer Sendeantenne wird das Störsignal 6* nun ausgesandt. Die Antennenkeule 5 der Sendeantenne ist schematisch angedeutet. Die Antennenkeule 5 der Sendeantenne weist vorzugsweise eine größere Elevation zum Horizont als die Antennenkeule 4 der Empfangsantenne auf, wodurch eine grosse Abdeckung des Luftraums erreicht wird. Wenn kein Signal 6 empfangen wird, wird auch kein Störsignal 6* ausgesendet.
Bezugszeichenliste

1: Störsenderanordnung
2: zu schützendes Objekt
3: Unbemanntes Luftfahrzeug (UAV)/Drohne
4: Antennenkeule der Empfangsantenne (Empfänger)
5: Antennenkeule der Sendeantenne (Sender)
6: empfangenes Signal einer Funkfernbedienung des Luftfahrzeugs
6*: ausgesendetes Störsignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017072324 [0003]

Claims

Signalstörvorrichtung (1) zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen, mit einem Sender (5), wobei mittels des Senders (5) ein Störsignal (6*) sendbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalstörvorrichtung einen Empfänger (4) umfasst, wobei mittels des Empfängers (4) ein Signal (6) zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs (3) empfangbar ist, wobei das Signal (6) mittels einer Signalverstärkung als Störsignal (6*) nutzbar ist, wobei das Störsignal (6*) nur sendbar ist, wenn auch ein Signal (6) empfangen wird.
Signalstörvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (4) als Empfangsantenne und/oder der Sender (5) als Sendeantenne ausgeführt ist.
Signalstörvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverstärkung mittels einer Reihenschaltung aus mindestens einem positiven Signalverstärker und mindestens einem negativen Signalverstärker gebildet ist, wobei diese Reihenschaltung von dem empfangenen Signal durchlaufbar ist, um das Störsignal (6*) zu bilden.
Signalstörvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal (6) mittels der Signalverstärkung derart verstärkbar ist, dass dessen Rauschanteil erhöht ist, um als Störsignal (6*) nutzbar zu sein.
Signalstörvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverstärkung mittels eines analogen Signalverstärkers, insbesondere mittels einer analogen Verstärkerschaltung ausgeführt ist.
Signalstörvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Störsignal (6*) die gleiche Frequenz wie das empfangene Signal (6) aufweist.
Signalstörvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Störsignal (6*) kurze Sendeunterbrechungen aufweist.
Signalstörvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Sensoren die Richtung des unbemannten Luftfahrzeugs (3) bestimmbar ist, wobei die Sendeantenne (5) in Abhängigkeit der Richtung des Luftfahrzeugs (3) ausrichtbar ist.
Verfahren zum Betrieb einer Signalstörvorrichtung (1) zur Abwehr von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV), insbesondere von Drohnen, mit einem Sender (5), wobei mittels des Senders (5) ein Störsignal (6*) gesendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Empfängers (4) ein Signal (6) zur Steuerung eines unbemannten Luftfahrzeugs (3) empfangen und mittels einer Signalverstärkung als Störsignal (6*) genutzt wird, wobei das Störsignal (6*) nur gesendet wird, wenn auch ein Signal (6) empfangen wird.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal (6) mindestens einmal verstärkt wird, wobei der Rauschanteil erhöht wird, um das Störsignal (6*) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene Signal (6) mindestens einmal gedämpft wird, wobei der Rauschanteil erhöht wird, um das Störsignal (6*) zu bilden.