Bereits vor sieben Jahren wurde das Paper „Low-Complexity Portable Passive Drone Surveillance via SDR-Based Signal Processing” im IEEE Magazin veröffentlicht. Drohnen korrekt zu detektieren scheint zunehmend wichtiger zu sein, als sie mit Störsendern zu jammen. Die Details des Problems haben wir hier erklärt. Doch wie genau kann ein Passiv-Radar bei der Drohnenabwehr in der Ukraine helfen?
Aktive Abwehr: Der Störsender und seine Grenzen
Wenn es darum geht, Drohnen direkt anzugreifen, kommen aktive Verteidigungssysteme zum Einsatz. Dazu gehören oft elektronische Störsender (Jammer), aber auch Laserwaffen oder sogar Raketen. Das Prinzip ist einfach: Eine Drohne, die in einen geschützten Bereich eindringt, wird schnell identifiziert und direkt gestört oder zerstört.
Allerdings birgt diese auffällige Methode auch Nachteile: Man macht sich dadurch selber Sichtbar und die Entwicklung und der Einsatz solcher Systeme sind sehr kostspielig. Zudem besteht das Risiko von Kollateralschäden.
Neben der direkten Abwehr spielt die Erkennung von Drohnen eine entscheidende Rolle. Hier kommt oft die Radartechnologie ins Spiel.
Aktives Radar
Der klassische „Aussender“ Beim aktiven Radaransatz handelt es sich um eine Methode, bei der ein speziell dafür entwickelter Sender Funkwellen aussendet, und ein Empfänger das von der Drohne reflektierte Signal empfängt und analysiert. Das reflektierte Signal kann einzigartige Merkmale aufweisen, die durch die fliegende Drohne verursacht werden, wie beispielsweise Doppler-Effekte, die Informationen über die Geschwindigkeit liefern. Ein großer Vorteil ist die bessere Erkennungsleistung. Allerdings sind die Kosten für Hardware, Software und den Betrieb vergleichsweise hoch, da ein maßgeschneiderter Sender erforderlich ist.
Passives Radar
Der „Zuhörer“ mit vielen Vorteilen Ganz anders funktioniert das passive Radar. Hierbei ist kein eigener, dedizierter Sender notwendig. Stattdessen lauscht der Empfänger auf elektromagnetische Wellen, die entweder von der Drohne selbst ausgesendet werden, oder die von einem „Drittanbieter“-Funksignal stammen und von der Drohne gestreut werden. Solche Drittanbieter-Signale können beispielsweise kommerzielle Rundfunksignale wie TV-Sender, Navigationssignale oder Mobilfunkstationen (wie Long Term Evolution, LTE) sein.
Die Vorteile des passiven Radars sind beträchtlich: Es ist kostengünstiger in Bezug auf Hardware, Software, Betrieb und Wartung. Es ist portabler und einfacher einzusetzen und zudem widerstandsfähiger gegen Abhören. Passive Verteidigungssysteme bergen zudem ein geringeres Risiko von Eigenschäden oder Kollateralschäden, da sie keine direkten Zerstörungsmaßnahmen ergreifen. Auch in rechtlicher und ethischer Hinsicht sind sie weniger umstritten.
Wie passives Radar im Detail funktioniert
Das Paper „Low-Complexity Portable Passive Drone Surveillance via SDR-Based Signal Processing“ bietet einen umfassenden Überblick über die passive Drohnenerkennung. Die Forscher haben einen tragbaren Prototyp entwickelt, der auf Software Defined Radio (SDR) basiert. Die Erkennung funktioniert in zwei Hauptszenarien:
- Wenn die Drohne ein Signal sendet: Viele kommerzielle Drohnen kommunizieren ständig mit ihrer Bodenkontrolle, sei es für Flugdaten (Telemetrie) oder für ein Echtzeit-Videobild (First Person View, FPV). Dieses FPV-Signal, oft basierend auf WLAN-Technologie (OFDM), kann zur Drohnenerkennung genutzt werden. Das System kann durch das Abhören dieser Kommunikation die Drohne erkennen und sogar deren Ankunftsrichtung (Angle of Arrival, AoA) bestimmen. Dabei werden sogenannte „zyklostationäre Signaturen“ des Signals analysiert, die durch die periodischen Eigenschaften des Signals entstehen.
- Wenn die Drohne kein Signal sendet: Manche Drohnen können auch autonom fliegen, etwa über GPS, ohne ständig Signale auszusenden. In diesem Fall muss sich die Erkennung darauf verlassen, die elektromagnetische Streuung und Reflexion der Drohne von bereits vorhandenen „Drittanbieter“-Funksignalen (wie Radio- oder Mobilfunksignale) zu erfassen und zu verarbeiten. Hierbei wird die sogenannte „Mikro-Doppler-Signatur“ der Drohne ausgenutzt. Diese entsteht durch kleinste Bewegungen des Hauptkörpers der Drohne und insbesondere durch die Rotation der Propeller. Da die Mikro-Doppler-Signatur für verschiedene Drohnentypen einzigartig ist – abhängig von der Konfiguration der Drohnenstruktur, der Anzahl und sogar dem Material der Propeller – kann sie zur Erkennung und Klassifizierung genutzt werden, oft in Verbindung mit maschinellem Lernen.
Ein konkretes Beispiel für den erfolgreichen Einsatz eines passiven LTE450-Radars zur Drohnendetektion wurde auf dem „Drone Day 2024“ vorgestellt. Ein Gemeinschaftsprojekt von 450connect, dem BDEW und dem Fraunhofer-Institut FKIE zeigte, dass das 450-MHz-Funknetz auch zur frühzeitigen Drohnenerkennung eingesetzt werden kann und dabei Vorteile bietet, wie Energie- und Kosteneffizienz. Experimentelle Tests konnten Drohnen bis zu einer Reichweite von 1.500 Metern mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit detektieren, insbesondere passive Drohnen, die keine eigenen Signale aussenden. Die Geschäftsführer von 450connect zeigen sich zufrieden mit den Testergebnissen und freuen sich auf die Fortsetzung der Projekt-Zusammenarbeit.
Eine sichere Zukunft durch kombinierte Strategien
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl aktive als auch passive Abwehrsysteme ihre Vor- und Nachteile haben. Während aktive Abwehr für Ziele mit hohem Risiko und hohem Wert geeignet ist, bietet die passive Abwehr eine kosteneffiziente Lösung für eine umfassende und langfristige Überwachung und Frühwarnung. Die beste Strategie ist daher oft eine Kombination aus aktiver und passiver Abwehr, um ein mehrschichtiges, integriertes Verteidigungssystem zu schaffen, das den sich entwickelnden Drohnenbedrohungen wirksam begegnen kann.