Drohnenschwarmabwehr mit Abfangschwärmen
Das ISL bietet eine PhD-Stelle an
Forschungsbereich: Angewandte Mathematik, Komplexe Systemmodellierung, Regelungstechnik
Drohnenschwarmabwehr mit Abfangschwärmen
Kontext
Jüngste Ereignisse haben ein kritisches Problem in modernen Verteidigungssystemen gezeigt: Traditionelle, teure Plattformen, die für die Abwehr einzelner Bedrohungen konzipiert wurden, können von einer großen Anzahl relativ einfacher und kostengünstiger unbemannter Luftfahrzeuge überwältigt werden. Um dieser Herausforderung zu begegnen, forscht das ISL derzeit an dem Konzept der Abwehrdrohen und schwarmbasierten Abwehrsystemen. Ein Schwarm ist in diesem Zusammenhang eine Gruppe von selbstorganisierenden und autonomen Drohnen, die eingesetzt werden, um ankommende Drohnenschwärme zu bekämpfen und zu neutralisieren.
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung neuer Ansätze zur Abwehr von Drohnenschwärmen mithilfe von abfangenden Schwärmen. Dabei spielen Aufgabenverteilung und Entscheidungsfindung eine zentrale Rolle, da die Drohnen diese Herausforderungen eigenständig und kooperativ bewältigen müssen. Bestehende Algorithmen setzen oft Vorkenntnisse über die Position der Ziele voraus, vernachlässigen dynamische Effekte oder die räumliche Verteilung der Ziele in Bezug auf Erledigungszeit und Machbarkeit. Ein zentrales Forschungsthema ist daher die Entwicklung neuer Algorithmen für die dynamische Zuweisung von Abfangdrohnen zu angreifenden Drohnen. Hinzu kommt die Herausforderung, dass eine dauerhafte Kommunikationsverbindung mit einer Bodenstation in vielen Szenarien unerwünscht ist, da dies das Risiko birgt, den gesamten Schwarm zu gefährden. Aus diesem Grund ist es wichtig, robuste, verteilte Algorithmen zu entwickeln, die einen autonomen Betrieb ermöglichen.
Das Projekt umfasst sowohl die prototypische Implementierung der entwickelten Abwehrmaßnahmen in Multiagentensimulationen, um deren Leistungsfähigkeit in unterschiedlichen Szenarien zu testen, als auch praktische Hardware-Tests zur Validierung. Der Doktorand wird die Forschungsergebnisse auf internationalen Konferenzen präsentieren und in begutachteten Fachzeitschriften veröffentlichen.
Gewünschtes Profil
- Master of Science in Mathematik, Ingenieurwissenschaften oder verwandten Fächern mit Erfahrung in der Modellierung komplexer Systeme, dynamischer Systeme oder Multiagentensysteme
- Fachkenntnisse in Bereichen wie Kontrolltheorie, Graphentheorie, Optimierung oder Algorithmen sind hilfreich
- Beherrschung von mindestens einer Programmiersprache wie Python oder C
- Ausgezeichnete Beherrschung der englischen Sprache in Wort und Schrift
- Fähigkeit, neue Lösungen vorzuschlagen, Zuverlässigkeit und Freude an der Zusammenarbeit in einem dynamischen Forschungsumfeld
Was wir bieten
- Ein Projekt in einem dynamischen und internationalen Forschungsumfeld
- Einzigartige multidisziplinäre Erfahrung
- Möglichkeit der anschließenden Promotion
- Zugang zu modernsten experimentellen Einrichtungen
Das Projekt wird am Deutsch-Französischen Forschungsinstitut Saint-Louis (ISL) durchgeführt.
Swarm countermeasures with intercepting swarms
ISL is offering a PhD Position
Research field: Applied mathematics, Complex systems modelling, Control
Swarm countermeasures with intercepting swarms
Context
Recent events have highlighted a critical problem in modern defence systems: traditional, high-cost platforms designed to counter individual threats can be overwhelmed by large numbers of relatively simple and inexpensive unmanned aerial vehicles (UAVs). To address this challenge, ISL is currently working on the concept of counter-UAVs (C-UAVs) and counter-swarms (c-swarms) as a promising strategy. A swarm in this context is a group of self-organizing and autonomous UAVs that are deployed to engage and neutralize incoming swarms of malicious UAVs (M-UAVs).
Objectives
The goal of this project is to develop new swarm countermeasures using intercepting c-swarms. In this context, task allocation and decision-making are important problems for swarms to solve. Existing algorithms often assume prior knowledge of task location, neglect dynamic effects, or fail to consider the spatial distribution of tasks on the completion time and feasibility. One main objective in this project is to develop new algorithms to dynamically assign multiple C-UAVs to multiple M-UAVs. Additionally, maintaining permanent communication links with an operator on the ground station is often undesired due to potential risks of losing the entire swarm. Thus, a second objective is to ensure robust, distributed operation of the algorithms. The project also includes the prototypical implementation of the countermeasures in multi-agent simulations to evaluate the performance under different scenarios, as well as the execution of hardware tests. The PhD candidate will present the research findings at international conferences and publish in peer-reviewed journals.
Candidate profile
- Master of science in mathematics, engineering, or related with experience in complex systems modelling, dynamical systems or multi-agent systems
- Expertise in areas like control theory, graph theory, optimization, or algorithms is helpful
- Proficient in at least one programming language like Python or C
- Excellent command in spoken and written English
- Ability to propose new solutions, reliability and enjoyment to collaborate in a dynamic research environment
What ISL offers to you
- A PhD project within a dynamic and international collaborative environment
- Unique multi-disciplinary experience
- Access to state-of-the-art experimental facilities
- Competitive salary
Localization
The project is carried out at the French-German Research Institute of Saint-Louis (ISL).
jan-hendrik.niemann@isl.eu or by phone at +33 (0)3 89 69 52 51.