Hüter der Low-Altitude-Wirtschaft: Typen, Anwendungen und Merkmale von Sicherheitsradaren

Das explosive Wachstum der Low-Altitude-Wirtschaft, die Drohnenlogistik, Urban Air Mobility (UAM) und Notfallmaßnahmen umfasst, hat den Himmel mit neuen Möglichkeiten und erheblichen Sicherheitsherausforderungen bevölkert. Dazu gehören unbemannte Flugobjekte, Kollisionsrisiken und böswillige Aktivitäten. Der Aufbau eines zuverlässigen Überwachungsnetzwerks in geringer Höhe ist von größter Bedeutung, und Radar dient als Eckpfeiler dieses Systems. Hier sind die wichtigsten Arten von Radaren, die für die Sicherheit in geringer Höhe entwickelt wurden, zusammen mit ihren Kernanwendungen und -merkmalen.

Um den Erkennungsschwierigkeiten zu begegnen, die durch "niedrige, langsame und kleine" (LSS)-Ziele entstehen, haben sich spezialisierte Radare als Hauptverteidigungslinie etabliert und gehen über die Fähigkeiten traditioneller Systeme hinaus.

1. Phased-Array-Radar (aktive Detektion)
   Anwendungen:
   • Schutz städtischer kritischer Bereiche: Kernsicherheit für Regierungsgebäude, Kernkraftwerke und Freigabezonen von Flughäfen.
   • Sicherheit für Großveranstaltungen: Bietet großflächige, dauerhafte Drohnenüberwachung für Sportveranstaltungen, internationale Gipfeltreffen usw.
   • Rückgrat für UAS-Verkehrsmanagement (UTM): Fungiert als primärer Sensor zur Überwachung von Drohnen auf Hauptrouten.
   Hauptmerkmale:
   • Agiler Strahl, Multi-Target-Tracking: Elektronisches Scannen ermöglicht die gleichzeitige Überwachung und Verfolgung von Hunderten von Zielen und wirkt so effektiv der Drohnenschwarmtaktik entgegen.
   • Hohe Datenaktualisierungsrate: Erfasst die hochdynamischen Manöver von Drohnen und liefert schnelle Trajektorienaktualisierungen und ausreichend Reaktionszeit.
   • Multi-Funktions-Integration: Kann Such-, Verfolgungs- und Identifizierungsaufgaben gleichzeitig innerhalb eines einzigen, hochintegrierten Systems ausführen.
2. Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) (aktive Detektion)
   Anwendungen:
   • Drohnen-Selbstwahrnehmung und Hindernisvermeidung: In Drohnen für autonome Navigation integriert.
   • Perimetersicherheit für kritische Infrastruktur: Nahbereichsüberwachung für Einrichtungen wie Gefängnisse und Umspannwerke.
   • Fahrzeug-UAV-Koordination: Wird zur Drohnenlandeführung und Fahrzeugumgebungserkennung verwendet.
   Hauptmerkmale:
   • Keine Bereichsblindzone, genaue Bereichs- und Geschwindigkeitsmessung: Ideal für hochpräzise Nahbereichserkennung, wodurch mehrere eng beieinander liegende Ziele effektiv aufgelöst werden.
   • Geringer Stromverbrauch, kompakte Größe, kostengünstig: Geeignet für den großflächigen Einsatz und die Integration auf mobilen Plattformen oder kleinen Drohnen.
   • Hohe Auflösung: Erreicht eine feine Bereichsauflösung durch Breitbandsignale und unterstützt so die detaillierte Zielidentifizierung.
3. Radar mit verteilter Apertur (aktive Detektion)
   Anwendungen:
   • Überwachung in komplexem Gelände und urbanen Schluchten: Mehrere Knoten eliminieren tote Winkel, die durch Wolkenkratzer und Berge verursacht werden.
   • Kostengünstige großflächige Abdeckung: Verwendet mehrere kostengünstige kleine Radare, um ein einzelnes großes, teures Radar zu ersetzen.
   Hauptmerkmale:
   • Minimierte tote Winkel: Sensoren bieten mehrere Blickwinkel und ermöglichen so die kollaborative 3D-Erkennung.
   • Erhöhte Belastbarkeit: Das System bleibt auch dann teilweise funktionsfähig, wenn einzelne Knoten gestört oder zerstört werden.
   • Verbesserte Genauigkeit durch Datenfusion: Datenfusion von mehreren Knoten ergibt eine präzisere Zielortung.
4. Spektrum-Detektionsradar (passives Abhören)
   Anwendungen:
   • Identifizierung von Verbraucherdrohnen: Erkennt und ortet Ziele, indem es Kommunikationssignale zwischen der Drohne und ihrer Steuerung abfängt.
   • Erkennung von funklosen Bedrohungen: Ergänzt das aktive Radar durch die Erkennung von Systemen, die keine Signale aussenden.
   Hauptmerkmale:
   • Hohe Tarnung: Als passiver Sensor ist er nicht nachweisbar, ideal für verdeckte Überwachung.
   • Drohnenmodellidentifizierung: Kann die spezifische Marke und das Modell einer Drohne identifizieren, indem es ihren eindeutigen Signal-Fingerabdruck mit einer Datenbank analysiert.
   • Geringere Kosten: Im Allgemeinen kostengünstiger als Hochleistungs-Aktivradare.
5.                      

Unabhängig vom Typ weisen professionelle Sicherheitsradare in geringer Höhe gemeinsame technologische Merkmale auf, um die wichtigsten Herausforderungen zu meistern:

• Überlegene LSS-Zielerkennung Verwendet Hochfrequenzbänder (z. B. Ku-, Ka-, W-Band) und fortschrittliche Signalverarbeitungsalgorithmen, um schwache Drohnensignale aus starkem städtischem Clutter zu extrahieren.
• Genaue Klassifizierung und Identifizierung Verwendet Mikro-Doppler-Signaturanalyse um Drohnen von Vögeln zu unterscheiden und Drohnentypen (z. B. Quadrocopter, Hexacopter) durch Analyse periodischer Modulationen im Radarrücklauf zu identifizieren, die durch Rotorblätter verursacht werden.
• Multi-Sensor-Fusion Radar arbeitet selten allein. Es fungiert typischerweise als Sensor-Hub, integriert mit elektrooptischen/infraroten (EO/IR)-Systemen und HF-Sensoren. Dies erzeugt einen effizienten "Radar-Erkennung, EO/IR-Bestätigungs"-Zyklus zur Überprüfung und für forensische Beweise.
• Hohe Auflösung und Clutter-Beständigkeit Entwickelt, um in komplexen städtischen Umgebungen zuverlässig zu arbeiten, mit robuster Beständigkeit gegen Clutter-Interferenzen, wobei adaptive Strahlformung und intelligente Filtertechniken genutzt werden.

Die Sicherung der Low-Altitude-Wirtschaft beruht nicht auf einem einzigen Radartyp, sondern erfordert ein mehrschichtiges, kollaboratives Sensornetzwerk:

• Großflächige Schicht: Ein Backbone-Überwachungsnetzwerk, das von Phased-Array-Radaren und verteilten Radarnetzwerken für Frühwarnung und Situationsbewusstsein gebildet wird.
• Kritische Zonenschicht: Einsatz von Hochleistungs-FMCW-Radaren und Spektrum-Detektionssystemen an Schlüsselstandorten wie Flughäfen und kritischer Infrastruktur für eine nahtlose, hochpräzise Überwachung.
• Plattformschicht: FMCW-Radare in die Drohnen selbst integriert, um eine autonome Hindernisvermeidung zu ermöglichen und Kollisionen an der Quelle zu verhindern.

Durch die intelligente Kombination verschiedener Radartypen mit anderen Sensoren können wir ein unsichtbares, intelligentes und zuverlässiges Sicherheitsnetz für die aufstrebende Low-Altitude-Wirtschaft weben und sicherstellen, dass ihr enormes sozioökonomisches Potenzial sicher und nachhaltig realisiert wird.