Simulering av jagande fas. Kredit:Brust et al.
Ett team av forskare vid universitetet i Luxemburg har utvecklat ett nytt genomförbart och effektivt försvarssystem för obemannade flygfarkoster (UAV). Deras system, beskrivs i en tidning som förpublicerats på arXiv, består av en försvars-UAV-svärm som kan självorganisera sin försvarsformation när den upptäcker en inkräktare, jagar den skadliga UAV:en som en nätverksansluten svärm.
Nyligen, ett antal kända företag, inklusive Amazon, Alibaba och Domino's, har testat användningen av UAV, allmänt känd som drönare, att leverera paket eller mat till människor runt om i världen. Flera stadsplanerare har nu börjat överväga drönare i sin design för smarta städer, till exempel genom att införliva så kallade UAV-flygzoner och UAV-motorvägar.
Dock, den utbredda användningen av drönare utgör ett antal säkerhetsrisker. Deras beteendedynamik och rörlighet bör därför övervakas på lämpligt sätt, för att upptäcka och omedelbart reagera på inkräktare, oseriösa drönare, och skadliga UAV.
"Under de kommande åren, tusentals drönare kommer att slå i luften för att uppfylla alla typer av tjänster som mat och paketleverans, övervakning och underhåll, "Matthias Brust, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Tech Xplore. "Nu, många städer arbetar med att upprätta utsedda flygzoner med drönare. Dock, utplaceringen av ett stort antal drönare kommer med risker och säkerhetsproblem, särskilt på grund av hastigheten, flexibilitet och autonomi för drönare. Vår forskning fokuserar på frågan om hur ett drönarförsvarssystem kan agera snabbt och autonomt mot grova eller illvilliga drönare som kommer in i flygzonen, och vidta lämpliga motåtgärder."
Simulering av bildningsfas. Kredit:Brust et al.
För att ta itu med säkerhetsproblemen i samband med UAV, Brust och hans kollegor utvecklade ett nytt försvarssystem som kan fånga upp och eskortera skadliga eller oseriösa drönare utanför flygzonen. Deras system består av en svärm av UAV:er som kan organisera sin försvarsformation automatiskt när de upptäcker en inkräktare, jagar det och neutraliserar hotet.
"Vi utvecklade en modulär och lokal algoritm, som körs på varje drönare för att göra det möjligt för den att fatta rätt beslut självständigt baserat på tillståndet för dess granndrönare – och bildar en så kallad "intelligent svärm" av drönare, ", förklarade Brust. "Efter den första utplaceringen och upptäckten av en inkräktare, försvarsdrönarna bildar ett självorganiserat nätverk och fångar upp inkräktaren genom att isolera den genom en lokal inkapslingsalgoritm från dess omgivning för att eskortera den ut ur flygzonen."
Forskarna utvecklade en ny autobalanserad klustringsprocess, vilket säkerställer att UAV-svärmen ordnar sig i en effektiv formation för att fånga upp och fånga oseriösa drönare. När den väl fångats, svärmen kan sedan säkert eskortera det skadliga fordonet utanför flygzonen.
"Den mest utmanande uppgiften var att utveckla en lokal algoritm som inte kräver en systemomfattande konsensus för att fungera, " sa Brust. "Dessutom, vi behövde se till att varje drönare kan växla till rätt fas av försvarsmanövrarna i rätt ögonblick. Vi närmade oss detta problem med en modulär design som skapar balanserade svärmomfattande avlyssningsstrukturer för fångst- och eskorteringsformationen."
Simulering av eskorteringsfas. Kredit:Brust et al.
Forskarna antog ett helt lokaliserat tillvägagångssätt, använder en modulär design som består av fem faser:distribution, klustring, bildning, jaga, och eskort. Tester med en prototyp UAV-simulator visade att systemet är genomförbart, motståndskraftig mot kommunikationsförluster, och presterar genomgående bra.
"I motsats till centraliserade metoder, lokala tillvägagångssätt är särskilt intressanta för praktiska tillämpningar, ", sa Brust. "Det föreslagna tillvägagångssättet är också mycket skalbart, vilket gör det till en mycket intressant kandidat för en mängd olika applikationer."
I framtiden, det innovativa försvarssystem som tagits fram av Brust och hans kollegor kan bidra till att förbättra säkerheten för UAV:er när de blir allmänt använda. Efter att ha genomfört inledande utvärderingar och simuleringar, forskarna är på väg att testa sitt försvarssystem i den verkliga världen.
"Efter den algoritmiska utvecklingen och valideringsstudien, vi håller nu på att distribuera drönarförsvarssystemet på riktiga drönare för fälttester, sa Brust.
© 2018 Tech Xplore
