Entwicklung eines bildbasierten Algorithmus zur Detektion und Verfolgung von unkooperativen unbemannten Luftfahrzeugen

Abstract

Der Einsatz von kleinen UAS (Unmanned Aircraft Systems) hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Auf der einen Seite bieten die UAS viele neue Möglichkeiten, auf der anderen Seite stellen sie eine Gefahr für Privatpersonen und Firmen dar, so dass heutzutage eine UAS-Verteidigung notwendig ist. Für derartige Szenarien haben sich für die Erfassung der UAS in den letzten Jahren bildbasierte Technologien durchgesetzt. Kein Algorithmus bietet jedoch eine zuverlässige Lösung, wenn bewegende Objekte gegen stark strukturierte Hintergründe detektiert und die Bilddaten mit einer mobilen Kamera aufgenommen werden. Diese Arbeit bietet einen neuen Detektions- und Trackingalgorithmus unter diesen Anforderungen. Zuerst wurde ein UAS-Abwehrszenario entworfen und daraus die Bedingungen für einen solchen Algorithmus abgeleitet. Nachfolgend wurde ein Algorithmus mit dem Schwerpunkt der Funktionalität unter diesen Anforderungen in acht Ausführungen entwickelt. Dieser Algorithmus wurde mittels acht Bildsequenzen aus realen Flugtests unter verschiedenen Bedingungen ausgewertet, sodass insgesamt 64 Kombinationen von Versionen und Sequenzen bei der Evaluation berücksichtigt wurden. Die Leistung des Algorithmus wurde anhand der Genauigkeit, der Erfolgsrate und der Detektionsreichweite bestimmt. Es wurden zwei Ausführungen des Algorithmus ermittelt, die eine Bildpositionsabweichung von weniger als 10 px aufwiesen, das UAS in bis zu 100% der Sequenzen erfassten und eine Detektionsreichweite von 148m erreichten.