ConvoyFence

Titel

Aktive Vibrationsisolationsplattform für mobile Drohnenidentifikationssysteme zum Schutz von Fahrzeugverbänden

Ziele

• Auslegung und Aufbau einer skalierbaren Mehrfreiheitsgradlattform zur Vibrationskompensation für mobile Drohnendetektion und -identifikation
• Integration und gemeinsame Regelung des Verfolgungs- und Identifikationssystems aus OptoFence II

Beschreibung

In den letzten Jahren haben Drohnen und andere Arten von unbemannten Flugobjekten (UAVs) sowohl im privaten wie auch im professionellen Sektor massiv an Bedeutung gewonnen. Die rechtzeitige und korrekte Identifizierung von UAVs ist insbesondere bei Großveranstaltungen für die öffentliche Sicherheit unabdingbar. Durch den technischen Fortschritt stellt die Erfassung, Verfolgung, Identifikation und gegebenenfalls Abwehr von UAVs moderne Drohnenabfangsysteme vor enorme Herausforderungen.
Optische Drohnenaufklärungssysteme sind auf Grund der starken Vergrößerungen sowie den hohen Verfolgungsgeschwindigkeiten, die zur Identifikation anfliegender Objekte notwendig sind, anfällig für Vibrationen und instabile Untergründe, insbesondere im mobilen Einsatz. Trotzdem sind sie das Rückgrat eines modernen, multispektralen Drohnenaufklärungssystems, da erst durch die zeitnahe Bereitstellung hochauflösender Abbildungen eine angemessene und schnelle Entscheidungsfindung zum Schutz eines Truppentransports oder Konvois möglich wird.
Es bedarf also einer universell einsetzbaren, technischen Lösung um optische Drohnenaufklärungssysteme, aber auch andere gerichtete Erfassungssysteme „mobil zu machen“ und den Schutz von Personen und Fahrzeugen auch in Bewegung sicherzustellen.

Das hier vorgeschlagene Projekt zielt auf die Entwicklung einer modularen Vibrationsisolationsplattform ab, welche den mobilen Einsatz von optischen Drohnenaufklärungssystemen ermöglicht. Durch ganzheitliches mechatronisches Systemdesign und modernste Regelungstechnik wird so die geforderte Entkopplung und Stabilisierung der Sensorsysteme auch während der Fahrt sichergestellt (Abb.1).

Aufbau der angepeilten mobilen Vibrationsisolierungsplattform zur Drohnenaufklärung für den Betrieb in Bewegung und Stillstand.

Wie in Abbildung 2 dargestellt, führt ein starr montiertes System im mobilen Einsatz zu einem beträchtlichen Winkelfehler des optischen Detektionssystems und eine korrekte UAV-Identifikation wird dadurch verunmöglicht. Durch eine zusätzliche passive Isolierung können zwar die Vibrationsamplituden gedämpft werden, dennoch ist eine Limitierung der Teleskopnachführung und der Bildstabilität gegeben.

Vergleich verschiedener Implementierungen für den fahrzeugmontierten Einsatz der optischen Plattform. Das aktive, vollintegrierte System ermöglicht so eine klare Abbildung des anfliegenden Objekts.

Erst durch eine aktive Vibrationsunterdrückung mittels einer aktuierten Plattform, Erfassung von Vibrationen mittels geeigneter Sensoren sowie fortschrittlicher Regelungsstrategie kann die notwendige Nachführgenauigkeit sowie Bildruhe erreicht werden. Ein Blockschaltbild der geplanten Regelungsstruktur zur Vibrationsisolierung ist in Abbildung 3 dargestellt. Erst die Kombination eines Feedback- sowie eines Feedforward Regelungskonzeptes ermöglicht eine vibrationsarme Umgebung im mobilen Einsatz für den Betrieb des Drohnenidentifikationssystems aus Optofence II.

Blockschaltbild eines prädiktiven Vibrationskompensationssystems mit 2-Freiheitsgrad Reglerstruktur und Einbindung vorhandener Fahrzeugsensoren.

Durch die enge Abstimmung der Plattform mit der Entwicklung eines Hochleistungsteleskopsystems zur Drohnenidentifikation aus dem komplementären Projekt „OptoFenceII“, wird direkt an die Projektergebnisse angeknüpft und ein insgesamt leistungsfähigeres, flexibles und vor allem mobiles Drohnenaufklärungssystem geschaffen (Abb.3).

Kombination des Teleskopsystems aus “Optofence II” mit der aktiven Vibrationsisolierungsplattform unter Einbindung von unterschiedlichen Sensorsystemen.

Anwendungen

• Aktive Vibrationsisolation in mobilen Szenarien
• Drohnenaufklärung (z.B. zum Schutz von Fahrzeugverbänden)
• Optische Kommunikation

Projektpartner

• ASA Astrosysteme GmbH
• Bundesministerium für Landesverteidigung

Funding

Das Projekt wird innerhalb des Verteidigungsforschungs–Förderprogramm FORTE durch das Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus (BMLRT) gefördert.