Drohnendetektion per Schall: Joanneum Research zeigt Mikrofon-Array JR-IcoDome32

Futuristisch wirkt das halbkugelförmige Objekt am Stand des Grazer Instituts Joanneum Research auf der „DroneVation & Defence 2026”. Vor allem aber macht es eines klar: Mit Form und Größe des möglichen Endprodukts hat der Aufbau rein gar nichts zu tun. Er dient der Forschung an fortschrittlicher akustischer Drohnendetektion – also daran, Drohnen mithilfe von Mikrofon-Arrays und Künstlicher Intelligenz (KI) zu erkennen, zu orten und zu klassifizieren.

Einen Meter Durchmesser hat die Halbkugel des JR-IcoDome32 im aktuellen Zustand. Bestückt ist das Array mit 32 omnidirektionalen Mikrofonen: 26 sitzen auf der Halbkugel, 6 auf der Basisplatte.

So funktioniert die akustische Drohnendetektion

Mit GMM-basiertem Beamforming (Gaußsches Mischmodell) schätzt das Gerät im Frequenzbereich 300–2.300 Hertz, aus welcher Richtung mehrere Schallquellen kommen (Direction-of-Arrival, DOA). Vereinfacht gesagt: Die kalibrierten Mikrofone erfassen die Laufzeiten des Schalls, woraus sich die Richtung einer Quelle ableiten lässt. Werden die Signale der Mikrofone gezielt verzögert und überlagert, kann das Array elektronisch in bestimmte Richtungen „gelenkt” werden, und der Schall aus der jeweils gewünschten Richtung wird verstärkt.

Dank schneller Technik geschieht das mehr als zehnmal pro Sekunde, und zwar für bis zu 1.000 Raumrichtungen innerhalb des genannten Frequenzbands. Erkannte Schallgruppen werden mathematisch modelliert und zeitlich verfolgt. Anschließend werden die Signale extrahiert und an eine KI übergeben, die sie einordnet – etwa als „Multicopter-Geräusch”.

Reichweiten, Grenzen und das künftige Produkt

Akustik stößt allerdings an Grenzen. Im Freifeld lassen sich kleine Spielzeugdrohnen auf 100 bis 150 Meter erfassen, größere Kamera-Quadkopter auf höchstens 300 Meter. Bei einer großen Drohne mit Sicht aus der Ich-Perspektive (FPV, First-Person View), einem Hexa- oder Octokopter liegt die Grenze bei 500–600 Meter. Große Drohnen mit Verbrennungsmotor sind je nach Modell auf mehr als einen Kilometer zu erfassen. Von Vorteil ist, dass das System vollständig passiv arbeitet und daher nicht geortet werden kann. Mit dem heutigen Experimentalsystem wird das angestrebte Endprodukt keine Ähnlichkeit haben.

Verwendet werden sollen dann miniaturisierte MEMS-Mikrofone (Micro Electro Mechanical System) auf einer Leiterplatte, wie man sie etwa aus Mobiltelefonen kennt.

Im praktischen Betrieb soll die Signalübertragung möglichst wenig Bandbreite beanspruchen. Rohdaten werden deshalb nicht gestreamt; die komplette Signalverarbeitung läuft lokal am System, nach außen gehen nur Alarme und Ereignismeldungen.

Vorgesehen ist ein stationärer wie auch ein mobiler Einsatz. In mobilen Tests bewährte sich das Experimentalsystem bis zu einer Fahrgeschwindigkeit von 40 bis 50 Kilometer pro Stunde. Unterwegs schrumpft die Reichweite jedoch auf bis zu ein Drittel des stationären Werts.

Rund 100 Watt benötigt das Experimentalsystem an Strom. Beim Endprodukt mit MEMS-Mikrofonen und eingebauter Recheneinheit sollen es weniger als 50 Watt sein.