Unser Produkt
Wavegrasp
Verteilte passive Erkennung und grobe Lokalisierung von Drohnen im Tiefflug.
Wavegrasp nutzt vernetzte akustische Sensorknoten, um Drohnen im Tiefflug zu erkennen und zu lokalisieren — ohne auf die Steuer-, Video- oder Telemetrieverbindung des Ziels angewiesen zu sein. Der aktuelle Prototyp leistet akustische Erfassung und Edge-Verarbeitung; die Architektur ist darauf ausgelegt, weitere Sensormodalitäten aufzunehmen.
Warum passiv
Die meisten Detektionssysteme setzen voraus, dass das Ziel sendet. Unseres nicht.
Funkbasierte Detektion ist hochwirksam, solange eine Drohne über Steuerverbindung, Video-Downlink oder Telemetriekanal sendet. Diese Emissionen sind strukturiert, aussagekräftig und häufig gut zu klassifizieren. Wo sie vorhanden sind, sind sie ein sinnvoller Ansatzpunkt.
Garantiert vorhanden sind sie nicht. Ein Fluggerät auf vorprogrammierter Route braucht keine aktive Steuerverbindung, und ein glasfasergeführtes System führt seinen Befehlsverkehr über eine Faserspule statt über die Luft. Passive Akustik ersetzt die funkbasierte Detektion nicht — sie ist unabhängig von ihr. Im motorisierten Flug bleiben Rotor- und Antriebsgeräusche beobachtbar, auch wenn nutzbare HF-Emissionen fehlen; abhängig von Entfernung, Hintergrundgeräusch und akustischer Umgebung.
Funkbasierte Detektion
Setzt detektierbare Emissionen des Fluggeräts oder seiner Kommunikationsverbindung voraus. Autonome und nicht funkgesteuerte Systeme liefern unter Umständen kein nutzbares HF-Signal.
✕ kein nutzbares Signal, wenn die Emission fehlt
Passive Akustik
Setzt akustische Emissionen voraus, die das Fluggerät im motorisierten Flug erzeugt. Kooperation oder Sendetätigkeit des Ziels sind nicht erforderlich.
✓ Sensorkanal bleibt verfügbar, wenn HF fehlt
Aktuelle Ausführung des akustischen Arrays
Der aktuelle Prototyp verwendet acht Mikrofone auf einem Teilkreis von 210 mm und erreicht damit eine nahezu gleichförmige azimutale Geometrie für die Richtungsschätzung.
Die Knotenarchitektur ist nicht an diese Geometrie gebunden. Array-Abstände und mechanische Konfiguration lassen sich an Einsatzanforderungen anpassen, und die Plattform lässt innerhalb derselben verteilten Architektur Raum für weitere Sensormodalitäten.
Richtungsschätzungen entstehen lokal am Knoten und gehen von dort in das verteilte Lokalisierungssystem ein.
Im Haus entwickelt
Vom akustischen Frontend bis zum Gehäuse — im Haus entworfen, integriert und validiert.
Die mechanische Plattform wurde um das akustische Array herum entwickelt, während Erfassungs- und Verarbeitungselektronik gezielt für synchronisierte Mehrkanalmessung ausgelegt wurden. Der vollständige Signalpfad ist Bestandteil des Knotens und nicht aus universellen Erfassungsmodulen zusammengesetzt.
Eigene Elektronik
Speziell entwickelte Erfassungs- und Verarbeitungshardware.
Synchronisiertes 8-Kanal-Array
Synchronisierte Mikrofonkanäle für richtungsabhängige akustische Verarbeitung.
Edge-Verarbeitung
Richtungsschätzung erfolgt lokal am Knoten.
Modulare mechanische Plattform
Mechanische Architektur, ausgelegt auf Array-Iterationen und zusätzliche Sensorkomponenten.
Von der Peilung zur Position
Ein Knoten schätzt die Richtung. Zwei synchronisierte Knoten ergeben eine Position.
Zwei Knoten Nachgewiesen
Jeder Knoten schätzt die Richtung derselben Quelle unabhängig. Zwei Peilungen von getrennten Standorten schneiden sich in einem Punkt — eine Peilung ist eine Linie, und erst eine zweite Beobachtung macht daraus einen Ort.
Fünf Knoten Zielkonfiguration
Die geplante Konfiguration für das eingesetzte Produkt. Weitere synchronisierte Knoten liefern zusätzliche Beobachtungen derselben Quelle und verbessern geometrische Abdeckung, Redundanz und Konditionierung der Lösung. Das Lokalisierungsprinzip bleibt unverändert.
Zwei-Knoten-Prototyp — gemessen gegen eingemessene Referenz
Ein Zwei-Knoten-Array bestimmte die Position einer Quelle an einem bekannten, per Maßband eingemessenen Ort auf unter 2° Azimut und einstellige Prozentwerte in der Entfernung genau. Sieben Versuche, 2,4 m Knotenabstand, kontrollierte Bedingungen. Das ist das nachgewiesene Ergebnis — keine Feld- oder Einsatzreichweitenangabe.
Ein einzelnes Array liefert an jeder Stelle entlang einer Peilung dieselbe Messung; eine Position entsteht erst, wenn ein zweites Array von einem anderen Standort seine eigene Beobachtung beisteuert. Der Schritt von einem auf zwei Knoten ist der Punkt, an dem das verteilte Problem gelöst werden muss. Jenseits von zwei ist es Vervielfältigung — derselbe Knoten, dieselbe Schnittstelle, derselbe Solver.
Eine gemeinsame Zeitbasis über getrennte Knoten — im Haus entwickelt und gebaut
Zwei Peilungen schneiden sich nur dann am richtigen Punkt, wenn sie dieselbe Quelle im selben Moment beschreiben — und diese Garantie muss aus der Hardware kommen. Es ist der Teil eines verteilten Sensorsystems, der in einer Skizze unsichtbar bleibt und darüber entscheidet, ob die Skizze stimmt.
Diese Platinen wurden im Haus dafür entwickelt. Sie führen Erfassungstakt und Datenverbindung zwischen den Knoten als LVDS über gewöhnliche RJ45-Verkabelung — eine differentielle Kabelverbindung, die das Timing über 15–20 m zwischen getrennt versorgten Knoten hält.
Der Takt läuft über das Kabel, damit braucht das Netz weder Funk noch GNSS, um kohärent zu bleiben. Verteilte Systeme, die über die Luft oder über Satellitenzeit synchronisieren, erben alles, was mit diesen Signalen geschieht — Störung, Spoofing oder schlicht keine freie Sicht zum Himmel. Dieses System hält seine eigene Zeit auf seiner eigenen Verkabelung.
Die aktuelle Zwei-Knoten-Umsetzung nutzt diese Architektur direkt. Weitere Knoten erweitern dieselbe Schnittstelle, statt ein anderes Messprinzip zu erfordern. Die Platine wird derzeit weiterentwickelt.
Gemessene Leistung
Richtungsschätzung validiert gegen kontrollierte Referenzwerte und eine RTK-GPS-verfolgte Drohne.
Der aktuelle Prototyp wurde in zwei unabhängigen Tests bewertet: 197 kontrollierte Richtungsmessungen und ein Drohnenüberflug im Freien, referenziert gegen RTK-GPS.
Beide erfolgten im Nahbereich. Sie validieren die Richtungsschätzung auf realer Hardware — nicht die Detektionsreichweite. Leistung auf größere Entfernung und Robustheit unter wechselnden Feldbedingungen sind Gegenstand der nächsten Feldkampagne.
- 1.44°Mittlerer absoluter Peilfehler197 kontrollierte Messungen · Median 0,3°Eine Quelle an vier eingemessenen Himmelsrichtungen, wiederholt gemessen. Belegt Genauigkeit und Streuung des Schätzers gegen einen bekannten Winkel.
- 2.3°Medianer PeilfehlerRTK-GPS-verfolgter Überflug im Freien · NahbereichEin bewegtes Fluggerät im Freien, referenziert gegen sein eigenes RTK-GPS-Log. Belegt, dass der Schätzer ein reales Ziel über eine sich ändernde Peilung verfolgt.
Dies validiert die Richtungsschätzung im Nahbereich. Es belegt keine maximale Detektionsreichweite.
Wie gemessen wurde
Die Schrägentfernung betrug beim Überflug 3,2–6,2 m bei 3,1 m Höhe — ein Geometrietest der Peilverfolgung im Nahbereich, kein Reichweitenergebnis. Bedingungen: 20 km/h Wind mit Böen bis 46 km/h. 51 Schätzfenster über 26 s überlappender GPS-Abdeckung; 44 von 51 innerhalb von 10°. Die Reichweitencharakterisierung ist für die nächste Feldkampagne vorgesehen.
Zwei Konstanten wurden einmalig gegen das GPS-Log bestimmt und über alle Fenster hinweg festgehalten: die Drehung des Arrays gegenüber der Kompassnordrichtung (+160°, in der Einsatzkonfiguration vom bordeigenen Digitalkompass geliefert) und ein Versatz von −4 s, der eine konstante Latenz zwischen der Zeitbasis der Audioaufnahme und der des Flugprotokolls ausgleicht. Die hier angegebene Genauigkeit ist damit die Genauigkeit der relativen Peilungsverfolgung; die absolute Kompassgenauigkeit hängt von der Nordreferenz des Knotens ab.
Sieben weitere Schätzfenster liegen nach dem Ende der GPS-Abdeckung und werden ausgeschlossen, statt sie gegen extrapolierte Referenzwerte zu bewerten.
Systemarchitektur
Eine modulare Sensorarchitektur, aufgebaut auf synchronisierter Erfassung, lokaler Verarbeitung und verteiltem Betrieb.
Akustisches Frontend
Synchronisierte MEMS-Mehrkanalerfassung liefert die Eingangsdaten für die Richtungsverarbeitung. Die Array-Geometrie lässt sich an Einsatz- und Integrationsanforderungen anpassen.
Edge-Verarbeitung
Signalaufbereitung, Detektion, Konfidenzschätzung und Richtungsverarbeitung erfolgen lokal an jedem Knoten.
Verteilte Verbindung
Eine gemeinsame Zeitreferenz und eine kabelgebundene Knoten-zu-Knoten-Datenschnittstelle erlauben es räumlich getrennten Knoten, Messungen in dasselbe Lokalisierungssystem einzubringen.
Umgebungskontext
Bewegungs- und Vibrationserfassung kennzeichnet mechanisch gestörte Messintervalle für die Qualitätsgewichtung. Temperatur- und Feuchtemessung unterstützt die Umgebungskompensation akustischer Messungen.
Sensorerweiterung
Die Knotenarchitektur unterstützt weitere Sensormodalitäten, darunter optische und entfernungsmessende Sensoren, und behält die passive Akustik als primäre großflächige Hinweisebene bei.
Spezifikation des aktuellen Prototyps
Revision 2 im gebauten und getesteten Zustand. Dies sind die Bauteile der aktuellen Hardware, keine Vorgaben der oben beschriebenen Architektur — eine spätere Revision kann jedes davon ändern.
- Akustik 8 × digitale MEMS-Mikrofone (Infineon IM72D128) auf einem Teilkreis von 210 mm, gemeinsamer Takt, samplegenaue synchrone Erfassung
- Verarbeitung Edge-Controller der ESP32-P4-Klasse; TDOA- bzw. Richtungsschätzung; Spektral- und Detektionsverarbeitung auf dem Gerät
- Knotenkopplung Im Haus entwickelte Takt- und Datenverteilerplatinen — LVDS über RJ45, validiert über eine 15-m-Kabelstrecke ohne beobachtete Datenfehler
- Umgebung 6-Achsen-IMU für Bewegung und Vibration; Temperatur- und Feuchtemessung zur Schallgeschwindigkeitskompensation
Entwicklungsstand
- Eigene Sensorhardware — drei eigene Leiterplattenentwürfe im Haus entwickelt, bestückt und in Betrieb genommen: Erfassungsplatine, Mikrofonträger sowie Takt- und Datenverteilung
- Richtungsschätzung mit einem Knoten — validiert gegen kontrollierte Referenzwerte und eine RTK-GPS-verfolgte Drohne
- Synchronisierter Mehrknotenbetrieb — zwei räumlich getrennte Knoten über eine 15 m lange Takt- und Datenkabelstrecke, ohne beobachtete Datenfehler im validierten Test
- Verteilte Lokalisierung — Positionsbestimmung als Machbarkeitsnachweis gegen gemessene Referenzwerte gezeigt
- Feldkampagne im Freien — Charakterisierung der Leistung über Entfernung, Zieltypen, Wind und Hintergrundgeräusch
- Reichweitencharakterisierung — belastbare Reichweitenbereiche unter definierten akustischen Umgebungen ermitteln
- Skalierung auf mehrere Knoten — die validierte Synchronisationsarchitektur in Richtung Zielkonfiguration erweitern
- Knoten der nächsten Generation — mechanische Verfeinerung und zusätzliche Sensorik
Ausgelegt für umkämpfte und komplexe Umgebungen
Lagebild für Drohnen im Tiefflug
Eine ergänzende Sensorebene für Ziele, die sich allein über Emissionen der Steuerverbindung schwer charakterisieren lassen.
Perimeterüberwachung
Verteilte passive Sensorik rund um Anlagen und Infrastruktur.
Sensorfusion
Akustische Peilinformation als Eingangsgröße für Kamera-, Entfernungs- oder andere Sensorsysteme.
Wer das baut
Jeder Teil davon (Schaltplan, Platinenlayout, Firmware und Signalverarbeitung) wurde im eigenen Haus entworfen und gebaut, nicht zugekauft und nicht ausgelagert. Die Physik und die mathematische Modellierung dahinter kommen aus dem wissenschaftlichen Rechnen. Die Praxis steckt in den Platinen oben: Layout, Beschaffung, Bestückung, Inbetriebnahme und das Überarbeiten einer Platine auf Basis dessen, was die Tests tatsächlich zeigten, bis hinunter zu 0,35 mm Pitch.
Mehr dazu, wer das hier baut →Prüfen Sie passive Sensorik für ein System oder einen Einsatz?
Wir entwickeln und validieren die Plattform derzeit gemeinsam mit Partnern, die an akustischer Detektion, verteilter Lokalisierung und Sensorintegration interessiert sind.
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