Drohne mit Fadenkreuz vor der Sonne

Wissen: Drohnen-Abwehr-Systeme und ihre Funktion (cUAS)

Publiziert von Nils Waldmann

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Sobald Drohnen zu illegalen oder feindlichen Zwecken eingesetzt werden, sollen sogenannte Drohnen-Abwehr-Systeme abtrünnige Drohnen abfangen, abwehre oder umlenken. Wir geben euch einen Überblick über die unterschiedlichen Abwehrsysteme für Drohnen.

Das Thema Drohnen-Abwehr, im englischen häufig auch als Counter UAS (kurz cUAS) bezeichnet, gewinnt von Jahr zu Jahr mehr Aufmerksamkeit. Das liegt zum einen ganz grundsätzlich an der größeren Verbreitung von Drohnen, zum anderen wollen immer mehr Staaten, Institutionen und Unternehmen ihre Infrastruktur entsprechend schützen.

Wie bei allen Flugabwehrwaffen, sind auch professionelle Drohnen-Abwehr-Systeme dabei nicht einfach so frei käufliche, sondern unterliegen in den meisten Ländern strengen Auflagen in Bezug auf Erwerb und Verwendung. Im folgenden Artikel gehen wir auf die verschiedenen Technologien zur Abwehr von Drohnen ein und erklären die Wirkungsweise.

Drohnen abfangen

Die vermeintlich einleuchtendste Art und Weise, eine im Flug befindliche Drohne abzuwehren, ist das Abfangen des UAV. Unter diesem zunächst nicht allzu drastisch klingenden Begriff versteckt sich letztendlich nichts anderes, als das Abschießen oder eine andere Art der „Flugunterbrechung“. Im Englischen wird in diesem Kontext häufig von „neutralizing drone systems“ gesprochen.

Drohne mit Fadenkreuz vor der Sonne

Die Grundsätze dieser Wirkungsweise haben ihre Wurzeln dabei klar in der klassischen Flugabwehr, wie sie aus der militärischen Verwendung bekannt ist. Das Ziel ist simpel: Die feindliche Drohne wird vom Himmel entfernt und die Gefahr so gebannt. Das Abfangen kann dabei auf unterschiedliche Weise vonstattengehen.

Projektilsysteme

Effektiv und zerstörerisch gegen kleine und mittlere Drohnen sind natürlich sämtliche Projektilwaffen. Die Schwierigkeit besteht hier vor allem darin, eine sich am Himmel bewegende Drohne überhaupt zu treffen.

Für diesen Einsatzfall gibt es spezielle Ergänzungen für bestehende Schusswaffen, wie Sturmgewehre, die das Erfassen und Anvisieren von Drohnen automatisieren und einen menschlichen Schützen so unterstützen.

Bei einem Treffer wird das UAV in der Regel zerstört oder zumindest stark beschädigt, sodass es sofort zu einem Absturz kommt.

Laserwaffen

Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz eines Lasers, der mit hoher Energie für ein Schmelzen der Drohne am Himmel sorgt. Auch hier kommt es unweigerlich zur Zerstörung und mitunter auch zu einem Entzünden der Drohne noch in der Luft.

Die Vorteile von Laser-Abwehr-Systemen im Vergleich zu Schusswaffen sind die hohe Präzision und Reichweite, mit der sich Drohnen „deaktivieren“ lassen.

EMP-Waffen

Weiterhin sind Systeme erdacht worden, die EMP (elektromagnetische Impulse) nutzen, um Drohnen vom Himmel zu holen. Dabei wird ein EMP auf die Drohne gerichtet, der die elektrischen Komponenten an Bord zerstört und somit für einen Absturz sorgt.

Beim Abfangen mit EMP gibt es noch eine große Hürde zu überkommen: Derzeitige EMP-Waffen sind eher auf einen gesamten Bereich gerichtet, als auf ein einzelnes Gerät, wie eine Drohne. Der Kollateralschaden für den Einsatz eines herkömmlichen EMP-Einsatzes wäre also entsprechend groß, sodass bereits speziellen High-Power Microwave Systemen (HPM) entwickelt werden, die auch einzelne Ziele anvisieren und ausschalten können.

Entsprechende Anlagen sind aufgrund ihrer Komplexität bisher nur im rein militärischen Kontext bekannt.

Fangnetze

Die auf den ersten Blick etwas weniger zerstörerische Methode, ist der Einsatz von Fangnetzen aus sogenannten Netzkanonen. Dazu wird ein spezielles, feingliedriges Netz aus einer Kanone in den Himmel geschossen.

Kleine Gewichte im und am Netz sorgen dafür, dass sich Distanzen von etwa 20 Metern überbrücken lassen. Die Wirkweise des Netzes ist ebenfalls mechanisch. Sobald die Drohne getroffen wird, verwickeln sich die Propeller im Netz und es kommt zu einem Absturz. Im Vergleich zu den anderen Abfangsystemen findet aber nicht schon eine Zerstörung beim Kontakt zwischen Drohne und „Projektil“ statt. Eine Beschädigung der Drohne beim Aufschlagen auf dem Boden ist natürlich auch hier nicht ausgeschlossen bzw. sehr wahrscheinlich.

Es gibt auch Drohnen, die mit einer Netzkanone ausgestattet sind, um andere Drohnen abzufangen. Solche Systeme werden auch als „Drone-killing Drone“ bezeichnet.

Insgesamt sind Abfangsysteme für Drohnen also immer dann das Mittel der Wahl, wenn kurzer Prozess gemacht werden soll. Der größte, dabei entstehende Nachteil: Projektile können auch Kollateralschaden anrichten. Außerdem kommt es im Regelfall zu einem unkontrollierten Absturz der ausgeschalteten Drohne, der am Boden ebenfalls Folgeschäden an Infrastruktur oder Personen anrichten kann.

Drohen abwehren

Eine weniger invasive Möglichkeit von Anti-Drohnen-Waffen ist das Abwehren von unerwünschten UAVs. Mit dieser Art von System wird darauf abgezielt, die Kommunikation zwischen dem Piloten der Drohne (also dem Controller) und der Drohne zu stören oder anderweitig die Sensoren der Drohne zu manipulieren.

Das Ziel ist hierbei schnell erklärt: Die Drohne wird durch die meist hohe Reichweite dieser Systeme am Eindringen in einen schützenswerten Bereich gehindert. Anders als beim Abfangen gibt es bei der Abwehr in der Regel keinen physischen Kontakt zwischen Abwehrsystem und Drohne.

Im Englischen wird diese Technologie häufig auch als „Fend off system“ oder „Drone fend-off“ bezeichnet.

RF Jammers (Störsender)

Die einfachste Art zur Abwehr von Drohnen ist der Einsatz von speziellen Störsendern, auch als Jammer oder RF Jammer bekannt. Diese Geräte fluten einen bestimmten Frequenzbereich mit starken Funksignalen und sorgen so für eine Störung der Kommunikation zwischen Pilot und Drohne.

In der Konsequenz reagiert die Drohne entsprechend ihrer Voreinstellungen für den Fall eines Signalverlustes. Bei Consumer-Modellen ist das im Normalfall ein RTH-Manöver, also das Zurückfliegen zum Startpunkt. Es ist aber auch möglich, dass die Drohne an der aktuellen Position landet oder einfach an Ort und Stelle schwebt.

Kommt es zu einem der letzteren Fälle, hängt es stark von der Position ab, ob weitere Gefahren von der abgewehrten Drohne ausgehen. Die unkontrollierte, automatische Landung auf einer viel befahrenen Straße, kann beispielsweise zu Kollateralschaden führen, obwohl die Drohne selbst nicht durch das Abwehr-System beschädigt wurde.

Drohnen-Störsender gibt es in gerichteter und ungerichteter Ausführung. Außerdem sind fest montierte Module oder tragbare Handsender verfügbar. Gerichtete Störsender haben den Vorteil, dass sich häufig eine deutlich höhere Reichweite im Vergleich zu ungerichteten Waffen aufweisen.

Damit wird auch eine wichtige Nebenwirkung von Jammer etwas abgemildert: Bei gerichteten Störsendern fällt das Lahmlegen aller anderen Geräte im gleichen Frequenzbereich (WLAN, Mobilfunk, etc.) beschränkter bzw. nur auf eine Richtung fokussiert auf. Diese Querwirkung muss beim Einsatz in urbanen Gebieten zwingend beachtet werden, um keinen großflächigen Schaden durch ungewollte Interferenzen zu verursachen.

GNSS Spoofing

Eine weitere bekannte Methode, die aber deutlich weniger verbreitet ist, ist das GNSS Spoofing. GNSS steht für „Globales Navigationssatellitensystem“ und umfasst Positionierungsdienste, wie GPS oder Galileo.

Beim GNSS Spoofing wird von einem Anti-Drohnen-System ein manipuliertes Satellitensignal ausgesandt, sodass die Drohne einen falschen Standort vorgespielt bekommt. GNSS Spoofing kann dabei auf zwei Arten verwendet werden.

Die erste Option fällt weiter in die Kategorie der Abwehr. Hierbei wird die Störung des GNSS-Signals verwendet, um automatisch fliegenden Drohnen am Abfliegen ihres definierten Flugpfades zu hindern. Die Reaktion bei Verlust eines validen GNSS-Signals ist hier häufig der Missionsabbruch, wenn die Drohne nicht auf ein alternatives System zur Positionsbestimmung umschalten kann.

Weiterhin kann GNSS Spoofing auch dafür genutzt werden, um eine Drohne an der Rückkehr zum Home Point (RTH) zu hindern, um das UAV auf andere Weise zur Landung zu zwingen, um beispielsweise (relativ) zerstörungsfrei an die Daten im Speicher des Fluggerätes zu kommen.

Wie auch bei RF Jammern hat GNSS Spoofing jedoch einen großen Nachteil: Die Methode wirkt sich in räumlicher Nähe zum Abwehrsystem auf alle GNSS-Empfänger aus, sodass auch hier unerwünschte Nebeneffekte möglich sind und bedacht werden müssen.

Kontrolle von Drohnen übernehmen

Die dritte Art, mit abtrünnigen Drohnen umzugehen, ist die technisch anspruchsvollste, aber auch eleganteste Methode. Statt die Drohne vom Himmel zu holen oder ungesteuert abzuwehren, wird hierzu die Kontrolle über das UAV übernommen.

Der Vorteil dieser Methode liegt auf der Hand: Es gibt zum einen keinen unkontrollierten Absturz oder Rückflug, zum anderen wird das UAV selbst nicht zerstört und kann an einer beliebigen Stelle gelandet werden.

RF Takeover (Übernahme)

Entsprechende cUAS-Systeme analysieren die Kommunikation zwischen der Drohne und dem Piloten (Controller). Die Hersteller solcher cUAS-Systeme arbeiten stetig daran, ihre Datenbank mit unterstützten Protokollen zur Entschlüsslung der Kommunikationsverbindungen zu erweitern.

Sobald das System aktiv ist, geht Kontrolle über die Drohne vom eigentlichen Piloten auf das cUAS-System über. Ab diesem Moment hat das Drohnen-Abwehr-System die Möglichkeit, frei über das abtrünnige UAV zu verfügen. In der Regel wird dann ein Landeprotokoll eingeleitet, dass die Drohne an einer bestimmten Stelle sicher landet, um ggf. Daten aus dem Speicher zu gewinnen oder aber die „Gefahr“ aus der Luft einfach nur abzustellen, ohne Zerstörung anzurichten.

Großer Vorteil dieser Technologie: Sie bezieht sich auf ein konkretes UAV am Himmel und kann so auch zwischen „guten“ und „bösen“ Drohnen unterscheiden. Es lassen sich so also hochgenau Drohnen ins Visier nehmen, während andere Geräte und Drohnen in der Nähe nicht beeinträchtigt werden.

GNSS Spoofing

Auch das GNSS Spoofing kann zum Teil in die Kategorie der Steuerungsübernahme fallen. Sobald eine identifizierte Drohne automatisch, zum Beispiel auf Basis einer Waypoint-Mission, unterwegs ist, lässt sich GNSS Spoofing auch zur Manipulation des Flugpfades einsetzen.

Durch die gefälschten Koordinaten wird dem Fluggerät dann ein anderer Standort vorgetäuscht, sodass sich die Flugrichtung mit GNSS Spoofing beeinflussen lässt. In manchen Enterprise Drohnen werden aber bereits Schutzmechanismen gegen GNSS-Attacken integriert, die anhand verschiedener Sensordaten die Positionssignale auf Plausibilität prüfen.

Gemeinsame Basis: Identifizierung und Tracking

Nahezu alle Drohnen-Abwehr-Systeme haben zwei Technologien gemeinsam, die vor dem Abfangen, Abwehren oder der Übernahme der Kontrolle zum Einsatz kommen.

Als Erstes kommt eine Identifizierung der UAVs zum Tragen. Diese kann, je nach Hersteller, mithilfe der Analyse der Funkverbindung oder etwa durch Kamerasysteme erfolgen. Steht fest, dass es sich bei dem identifizierten UAV um eine unerwünschte Drohne handelt, kommt die nächste Stufe zum Zug: Tracking.

Das Tracking (Verfolgung) erlaubt das im Auge behalten identifizierter UAVs, um deren Aktionen und Manöver ggf. zunächst zu beobachten und um Flugpfade aufzuzeichnen. Zum Tracking gibt es ebenfalls Lösungen via Funklink, mit Kameras oder aber mit spezialisierten Radarsensoren.

Ein genaues Tracking ist vor allem bei Systemen zum Abfangen häufig essenziell, wenn die Drohne treffgenau mit Lasern oder ähnlichem neutralisiert werden soll.

Schlusswort

Wir hoffen, euch hat dieser Artikel zum Thema Drohnen-Abwehr-Systeme und die dazu verwendeten Technologien einen guten Überblick gegeben.

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Nils Waldmann

Hi, ich bin Nils! Ich bin leidenschaftlicher Modellbauer, Hobby-Fotograf, Akku-Liebhaber und RC-Pilot. Ich berichte hier über die neusten Entwicklungen in der Drohnen-Branche und kümmere mich um detaillierte Anleitungen, Guides und Testberichte.

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