„Sokféle tudást integrálunk a drónvadász rendszer kialakításakor”

A pilóta nélküli légi járművek felderítését megkönnyítő eszközfejlesztés nagyszabású projektjében vesznek részt a BME szakemberei.

„A több évtized alatt felhalmozódott műegyetemi tudás a drónokkal kapcsolatos kutatásaink új fejezetét segíti” – emelte ki a bme.hu kérdésére Seller Rudolf, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar (VIK) Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék adjunktusa, a közelmúltban az egyetem és a BHE Bonn Hungary Elektronikai Kft. által közösen elnyert pályázat projektvezetője, hozzátéve: „cél a rádiófrekvenciás spektrumban lévő, a jeldetektálást, az osztályozást és az iránymérési feladatot végrehajtó költséghatékony eszköz kifejlesztése, amely alkalmas az engedély nélkül használt kézirádiók, valamint a kooperatív és non-kooperatív drónok minden eddiginél pontosabb felderítésére. (A drónok felderítésének tématerületén fontos a hazai szereplők közti harmonikus együttműködés. A BME jelenleg is futó, „UAV (Unmanned Aerial Vehicle, személyzet nélküli légi jármű) eszközök detektálását, mozgási pályájának meghatározására és követésére alkalmas komplex szenzorrendszer kifejlesztése” című projektjéről a bme.hu korábban beszámolt – szerk.)

Seller Rudolf (j1)

A drón-iparág robbanásszerű fejlődésben van az egész világon, így Magyarországon is. Előrejelzések szerint a pilóta nélküli légi járművek repülési száma 2025-re akár napi huszonhétezer is lehet Magyarországon. Ennek következményeként a hazai drónpiac forgalma 2025-re elérheti a 70 milliárd forintot – jegyezte meg a kutató, beszámolva arról is: a kereskedelmi forgalomban kapható, vagy a beszerezhető funkcionális elemekből megépíthető pilóta nélküli légi járművek (Unmanned Aerial Vehicle, UAV, vagy „drón”) birtoklása nem, a repülésük viszont engedélyhez kötött, amit 2021. január elsejétől online, a felszállást megelőzően minimálisan 30 perccel kell igényelni. „Mindezt persze ellenőrizni szükséges a kritikus környezetben, tömegrendezvények, védendő infrastruktúrák esetén. Mindemellett a jóhiszemű felhasználók is véthetnek a szabályok ellen, és a rosszhiszeműek pedig abszolút fenyegetést jelenthetnek az ilyen eszközök alkalmazásával” – nyomatékosította a szakember, előbbire példaként említve a védett objektumok fotózását, filmezését, utóbbira a határon átnyúló csempészetet. „Jelenleg a megfelelő felderítő eszköz hiányában a védelmi feladattal megbízottak nem, vagy csak túl későn szereznek tudomást az illegális cselekményről, így nincs módjuk a szükséges ellenintézkedések megtételére. Így a hatóságoknak utólag már csak elvi esélye van az elkövetők kézre kerítésére” – hívta fel a figyelmet az adjunktus az időben történő felderítés fontosságára. Mindez indokolta azt, hogy a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból meghirdetett piacvezérelt kutatás-fejlesztési és innovációs projektek elindítását az NKFIH támogassa.

„A rádió iránymérési kutatások és a gyártás egyaránt több évtizedes múltra tekintenek vissza Magyarországon, és tanszékünknek oroszlánrésze volt az innovációs munkában” – hangsúlyozta Seller Rudolf, felidézve, hogy India a rádió iránymérő rendszerét hazánkból vásárolta és ezen rendszer fejlesztésében is meghatározó volt a BME VIK HVT. 2008-2009-ben pedig a BME Mobil Innovációs Központ és a BHE Kft. együttműködésben egy X-sávú adaptív – iránymérés funkcióval is rendelkező – antennarendszert fejlesztettek ki a vietnámi Academy of Military Science and Technology megbízásából. A közelmúltban megkezdődött iránymérési kutatás egyik újdonsága annak a döntési-osztályozási háttérnek a kimunkálása, amely képes a nagyszámú rádiós adásokból kiválogatni a drónokhoz és az azok irányítóihoz tartozókat. Mivel az újabb UAV eszközök általában a WiFi frekvenciasávokat használják, a kommunikáció felismerése kihívást jelent számukra a nagy rádióforgalommal terhelt városi környezetben. „Ez valódi döntéselméleti probléma, ahol meg kell tanítani az iránymérő rendszert a drónok és az irányításuk által kibocsátott jelek felismerésére, az egyéb rádiójelektől történő megkülönböztetésére. Ráadásul mindezt lehetőleg automatikusan, a gépi tanulás módszereit használva tegyék. További igény, hogy miután ezek az alkalmazások kiépültek, a hálózat szintjén is tudjanak fejlődni és osszák meg egymás között a megszerzett tudásukat” – ecsetelte a projektvezető, hozzátéve, a főállású oktatókkal és doktoranduszokkal együtt több mint egy tucatnyi műegyetemi szakember, valamint a konzorciális partnerek és érdeklődő hallgatók is részt vettek a Györfi László akadémikus által tartott, a kérdéskör elméleti megalapozását célzó előadássorozaton fél évig. Az oktatás egyébként is sokat profitál a projektből. A hallgatók nagy lelkesedéssel dolgoznak az aktuális, valós K+F tevékenységet, mérnöki együttműködést nyújtó témákon az önálló laboratóriumi, a szakdolgozat és a diplomatervezés keretében, több PhD hallgató pedig már kutatásokat folytat a tématerületen – jegyezte meg az adjunktus.

A radartechnológia – tehát amikor a mérő által kibocsátott hullám visszaverődését (echo) vizsgálják – már a második világháború alatt és azt követően is a magyar kutatások homlokterében állt, amelyet Bay Zoltán világhírű holdradar-kísérlete is bizonyít. Ezeket az eszközöket rendkívül széleskörűen alkalmazzák ma is, a Műegyetem szakemberei polgári és katonai célokra készült, az ornitológiától a meteorológián át a reptéri biztonságig számos fejlesztésben vettek részt és a jelenlegi pályázat ún. non-kooperatív szenzorainak megalkotása is a radar működési elvére épül.

Fedélzeti SAR radarral készített kép

„Sokféle tudást integrálunk a kutatásainknál: drónfelderítő radarjaink kiindulópontját például a madármegfigyelő radarok képezik. Nemcsak az ornitológusok, hanem a repterek is használnak ilyeneket: Hollandiában például a kiterjedt csatornarendszer miatt nagytestű vízimadarak veszélyeztetik a repülőgépeket le- és felszállás közben, így ezen élőlények monitorozásának kultúrája igen fejlett. Újabban pedig a szélerőművek és a madarak együttélése miatt lett világszerte érdekes a téma” – vetette föl Seller Rudolf, hozzátéve, az említett madarak megfigyelése során gyűjtött mintákat és megismert elveket alkalmazzák a pilóta nélküli légi járművek felismeréséhez is. A rendszer segítségével, ha a radarképen mozgó tárgyat látnak, el kell dönteniük, hogy az madár, vagy drón, mindkét kategória akár lebeghet is egy helyben (szitáló vércse). Ugyanakkor például egy épülethomlokzaton lévő légkondicionáló hőcserélő ventilátora megzavarhatja a megfigyelőt, ezért gépi tanulásra van szükség ahhoz, hogy a rendszer megfelelő döntést tudjon hozni. Elsősorban az ún. mikro Doppler-hatás, azaz egy objektum belső mozgásai által keltett jelfluktuációs jelenség segíti a kutatókat a döntésben. Ennek mérésével számos jellemzője feltárható a megfigyelt objektumnak: a propellerek síkja, – ha a sík vertikális, merevszárnyú, ha horizontális, kopter-felépítésű szerkezet repül –, a propellerek hossza, fordulatszáma és darabszáma. Speciális esetekben akár a drón által szállított hasznos teher nagysága is meghatározható.

Sétáló ember mikro-Doppler spektrogramja (távolodik, megfordul, közeledik)

Drón mikro-Doppler spektrogramja (felpörgő propellerek)

A BME-n jelenleg futó két, drónokkal összefüggő K+F projekt jól kiegészíti egymást: a piaci KFI feladata az iránymérő és a radar szenzorok fejlesztése, míg a GINOP projekt a szenzorok fúzióját és a rendszerintegrációt tűzte ki célul. A piaci KFI projekt indulását megelőzően a BHE több alkalommal közreműködött hasonló programokban: a műegyetemi szakemberek így labor és terepi drón méréseket végezhettek telephelyükön, továbbá rendelkezésükre bocsátották a már meglévő drón szenzoraikat is.

„Szerencsés helyzet, hogy a piaci KFI-ben a szenzoron, a GINOP-os projekben pedig a rendszerintegráción dolgozunk együtt kollégáinkkal. Nagyon jól kiegészítjük egymást: fontos, hogy lássuk, mik az elvárások a felhasználók részéről, a rendszer integrációjához pedig az egyes szenzorok elvi és fizikai lehetőségeit kell ismernünk. Minden alkalmazás egészen más: például ugyanannak a börtönnek a felderítő és elhárító rendszerét egészen máshogyan kell felépíteni a városi vagy vidéki környezetben. Eltérőek a feladatok és a lehetőségek is. Az alkalmazandó szenzorfajtákat, darabszámukat és elhelyezési pozíciójukat minden egyes védendő objektum esetében egyedileg kell – mérnöki szempontból – optimálisan meghatároznunk. Az így kialakult szenzorhalmaznak a szenzorfúzió után megszülető egységes eredménye egy folyamatosan frissülő felderítési helyzetkép, amelynek alkalmasnak kell lennie az elhárítási rendszer vezérlésére. Az elhárító rendszer nem része jelen projektjeinknek. Megjegyzendő, hogy elhárítási területen a törvényi szabályozás a gyors ütemben megjelenő igények után kullog, jelenleg mindennemű elhárítás – rádió zavarás, kinetikus elhárítás, laser stb. – tilos. Ugyanakkor látszik a jogalkotói törekvés az uniós országokban is, hogy a jogi szabályozást – természetesen szigorú feltételek mellett – meg lehessen változtatni, hiszen még egy nem katonai célú eszköz is számos veszélyt okozhat repterek, erőművek vagy akár tömegrendezvények környéken, miközben az is könnyen belátható: teljesen más módon kell a kiiktatásukat végrehajtani ezekben az esetekben. A felvetett kérdéssel kutatócsoportunk jelenleg futó projektben még nem foglalkozik, de jól mutatja, hogy a jövőben a drónok még számos érdekes probléma megoldását tartogatják számunkra” – összegezte Seller Rudolf.

HA-GI
Fotó: Philip János