CC BY
6
УДК 681.884
ТУ • о о •
Кореляцшнии пеленгатор малих лггальних
anapaTiB
Козерук С. О., Коржик О. В.
Нацншалышй тохшчшш ушворситот Укра'ши "Ки'шський иолггохшчшш шститут ¡Moiii 1горя СЛкорського"
E-mail: ekzrk&i.ua
Актуальшсть дос.тджувапо1 проблеми обумовлепа зросташшм шлькост! малих безшлотпих л1талышх апаратв. яш можуть пести загрозу як державпим так i приватпим штересам. Застосуваш1я радюлока-цп дозволяв виявити i локал!зувати об'ект па достатшй в!дсташ. але пристро! доспть дорог! в реал1зацп. Оптичш засобп мають суттевий педолш обмежеппя в!дсташ спостережеппя через погодш умови. Акустичш засобп впкорпстовують пасивш метода пелепгуваппя. забезпечують скритшсть спостережеппя. але мають певелику дальшсть впявлешш. Збглынешш в!дсташ впявлешш дозволить шдвшцити ефектившсть акустпчппх пелепгатор!в. Проапал1зувавши опублшоваш та власш експеримептальш результата досл1джеппя шумовпх характеристик малих л1талышх апаратав. була запропоповапа модель звукового випромшюваппя - широкосмуговий випадковий процес з деяким епергетичпим спектром. Враховуючи локальпе походжеппя шумового сигналу для виявлеппя та визпачешш кутово! коордапати малих л!талышх апаратав було догцлыго використати кореляццший метод пелепгуваппя. Зроблепо теоретичпе пор1впяшш характеристик виявлеппя та максимально! в!дсташ виявлешш корелягцйпого пеленгатору та квадратичного детектору. Встаповлепо. що виграш корелятора при виявлепш слабких шумовпх сигпал1в стаповить приблизпо 6дВ. Такий виграш дае можлшмсть збглынити максималь-пу в!дстапь виявлешш. Наведено результати патур1шх експеримептав пелепгуваппя квадрокоптеру Phantom 3 standard. Максимальна в!дстань виявлешш кореляцшпим приймачем була близька до прогпозовапо! та стаповила 90 м зам!сть 76 м отримапих квадратичш1м детектором. Кореляцшпий приймач мае перевагу перед квадратичпим завдяки можливост! виявлеппя при мепшому piBiii прийпя-того сигналу, тобто при мепших величинах параметра виявлешш. Р1вепь папруги завад па виход! кореляцшпого приймача у в1дсутпост! сигналу був па 8 дБ пижчий за ix р!вепь па виход! квадратичного детектору. Ця величина може бути ще бглыною за умови збглынеппя трнвалост часу штегруваппя i застосувашш просторово! обробки акустичпих хвиль. Результати роботи можуть бути використаш для прогпозуваппя максимально! в!дсташ виявлеппя малих безшлотпих л1талышх апаратв i створеппя акустичш1х пелепгатор1в шумових об'ектав.
Клюноаг слова: малий тталышй апарат: корелягцйпий пеленгатор: характеристики виявлеппя: максимальна в!дстань виявлеппя
DOI: 10.20535/RADAP.2019.79.41-47
Вступ
Мат лиалыи апарати (МЛА) використовуються у р1зних сферах доялыгоси суспшьства. наприклад для шспокщ1 йльського та лкного господарства. контролю за транспортними потоками, для транс-портуваппя невеликих ванталйв. МЛА все часташе з'являються поблизу аеропорпв. електростанщй. складов, ириватних садиб та можуть нести небез-пеку як державним. так 1 приватним штересам. Виявлешш МЛА [1] стае актуальною проблемою для вщлшення яко! застосовують методи радюло-кадо!, акустичнси локадо! 1 ввдеосиостереження. Де-тектування ускладнясться особливктю траектор1°1 польоту, а саме висотою, яка може змпиоватись ввд одиниць до десятшв метр1в, та динампоно руху, ввд зависания до ирискорення в довшьному наирямку.
МЛА в польота випромпиоють звуков! хвиль характеристики яких залежать в1д його конструкдо!', умов та режтив польоту. Акустичш характеристики МЛА з трьома, чотирма та нпстьма електро-моторами приведен! в роботах [2.3]. У результат! експернменталышх дослщжень акустичпих характеристик квадрокоптеру [4.5] було встаповлепо ши-рокосмугову шумову складову i багатокомпонеитну rapMOiiifniy структуру випромпиовання в д1апазо-ni частот до 10 кГц. Значения амшптуди i фази rapMOiiiK змпиоються вииадково i при ввдсутносп руху квадрокоптера. Це поясшоеться розходжеи-ням режтпв роботи двигушв в процеа компенеащ! автоматикою МЛА вирового впливу. Автори запро-ионували розглядати акустичне випромпиовання як широкосмуговий випадковий процес з вщповщним
1Н ППР
Ус
Рис. 1. Схема корелящйного пеленгатора.
снергстичним спектром, а шформацшними параметрами вибрати його спектралыи косфшденти. В залежносп в1д вибрано! модат шуму випромпиова-ння для детектуваиия МЛА використовують р1зш способи. Для виявлення застосовують як прост акустичш детектори. так 1 акустичш мжрофонш си-стеми. У робота [6] для детектуваиия МЛА запропо-иоваио використати приймач побудоваиий по схем1 типового каналу виявлення (ТКВ). Наведеш в робота розрахунки прогнозування максимально! ввдеташ виявлення по задаиим характеристикам виявлення та вдамим акустичним характеристикам лиаючого аиарата 1 завади дають шдставу стверджувати про можливкть детектуваиия МЛА на вщеташ в декшь-ка сотень метр1в. Збшынити далыисть виявлення та точшеть локал1зацп дозволяють мшрофонш ма-сиви, яш дають можлившть реал1зувати алгоритми просторово!, часово! та частотно! обробки сигнал1в. У робой [7] для локал1зацп МЛА використовують мпфофонний масив 1з чотирьох мшрофошв в форм1 шрамвди. Кутов1 координата визначались по часу затримки хвиль прийиятих мшрофонами. Час за-тримки встаиовлювався по максимальному значению взаемно! корелящйно! функцп. Хоропп результата пелеигуваиия МЛА, за оцшкою автор1в [8], були досягнут дискретним лшшним масивом з 24 хйкро-фошв. Алгоритм обробки зводився до синтезування характеристики спрямованост з кутом розкриву 1° та огляду простору в сектор1 кутв +/ — 45°. Результат виводився на дисплей у вигляд1 траекторп руху об'скта в координатах: кут приходу хвил1 час. Недол1ком пристрою с застосування лпийки мь крофошв, налаштовано! на частоту 700 Гц, для просторово! обробки широкосмугового акустичного ви-иромпиовання в д1аиазош частот (450-3000) Гц. Цим поясиюсться наявшеть штерференцшних смуг па зображенш траекторп руху. В робот [9] представлено розультати виявлеиия одномоторного МЛА, з добре вираженою гармошйною структурою спектра випромпиовання. Застосування двох лшшних масив1в хйкрофошв, розташованих ортогонально та налаштованих на ирийом хвиль з частотою ниж-чою 500 Гц, дала змогу забезпечити круговий огляд
простору на ввдеташ до 2 км. Використавши некоге-рентну обробку декшькох гармошйних складових в смуз1 частот (100-200) Гц вдалось побудувати зобра-ження траекторп руху об'екту з високою кутовою роздшьною здатшетю 1 малим спотворенням.
Розробка пристрош пеленгування МЛА з зада-ними характеристиками виявлення 1 прогнозованою ввдетаншо виявлення представляв ирактичний ште-рес.
1 Застосування кореляцшного методу пеленгування
Проведет в роботах [2 5] доелвджеиия акусти-чних сигнатур МЛА дають можливкть розглядати звукове випромпповання як широкосмуговий випад-ковий ироцес з деяким енергетичним спектром. Вра-ховуючи локальие походжеиия шумового сигналу МЛА розглянемо задачу пеленгування, а саме:
детектуваиия сигналу у прийнятш акустичнш хвщп з заданими ймов1рностями виявлеиия 1 хибно! тривоги:
розрахунок кута приходу хвиль (КПХ) випромпповання МЛА.
Для вщлшення задач1 детектуваиия МЛА мо-жна скористатись типовим каналом виявлення (ТКВ). Але ТКВ [6] мае незначну ввдетань виявлення 1 не дае можливост визначити КПХ випромпиовання. В атмосфернш акустнщ [10] отримання шформацп про присутшсть об'екту випромпиован-ия ведеться по прийиятим звуковим хвилям з ви-користанням просторово!, часово! та спектрально! обробки. Для виршгсння поставлено! задач1 двома мшрофонами застосусмо корелящйннй метод пеленгування.
Нехай на входн мшрофошв (рис. 1), розташованих на вщеташ й один ввд одного, шд кутом а падае акустична плоска хвпля У зош розташування мшрофошв д1ють акустичш завади п(Ь), m(t). Завади ввдноситься до стащоиариих 1зотропних ироцеав
а
(1)
з нульовим математичним очжуванням. Шумовий сигнал, що вииромшюеться МЛ А, розглядаеться як стацюнарний ашзотронний процес з нульовим математичним очжуванням i диспераею of. Шумовий сигнал i завади статистично незалежш. Прийнят! мжрофонами хви.ш y(t),z(t) е випадковими проце-сами заиисаними у виглядп
y{t)= 8(t) + n(t), z(t) = s(t - tq) + m(t).
В1дносна часова затримка tq визначаеться но максимуму взаемнси корелящйнсн функци (ВКФ) Ryz (т) мЬк прийнятими хвилями ( ) на деякому часовому промЬкку сиостереження Т: т
Ryz(т) = ^J [s{t) + n(t)][s(t - tq + r)+m(t + r)]dt = 0
= Rss(r - Tq) + Rsm(r) + Rns(r - TQ) + Rnm.(r),
(2)
де Rss(r - ro) ~ кореляцшна функщя (КФ) Bxi-дного сигналу i3 затримкою то; RSm(j), Rnsij -То), Rnm(r) - ВКФ процеав, як1 ддать на входи
ириймач1в, иаближаються до нуля гз збшыненням часу сиостереження Т. КФ шумового сигналу визначаеться сшвв1дношенням:
_2 sm{2<KAf {т - то))
Rss(r - Tq) = а;
2wAf (т - то)
о
де а;
сов(2^/о(т - т0)),
(3)
N3 - сиектральна густина по-тужност! шумового сигналу; fо, А{ - центральна
частота та ефективна смуга спектру випромшювання.
Реашзащю алгоритму корелящйноТ обробки (2) забезнечуе корелящйний пеленгатор (КП), побудо-ваний за схемою, зображеною на рис. 1. Прийнят! мжрофонами (М1, М2) звуков! коливання транс-формуються в електричш, проходять через смугов! фшьтри (СФ1,СФ2) налаштоваш на смугу частот випромшювання МЛ А. На виход! СФ електричш коливання у(1), можна розглядати як стащо-
нарт нормальш продеси з нульовим математичним
2 2 2 2 очжуванням 1 диспераями: а^ = а^, а^, =
~ завад, сигналу та сумшл в!дпов1дно. Один 1з процеав, пройшовши по ланцюгу затримки (ЛЗ), подаеться на вх!д перемножувача (ПР). На шший вх!д перемножувача надходить другий процес. Результат перемножения надходить в штегратор (1Н). На виход! останнього формуються низькочастотш напруги ип(Т), и8П(Т) для ситуацш вщсутносл та наявност! сигналу на вход! приймача в!дпов1дно. Прийняття р!шення про присутшсть сигналу визначаеться умовою изп(Т) > ио та реал!зуеться в иристро! прийняття рипення (ППР). Значения По розраховуеться по заданому значению ймов1рност! хибно*1 тривоги ^ та середпьоквадратичпому значению иа напруги и8П0 па виход! штегратора:
ио = иа • Ф-1(1 - ^),
де Ф 1(1) - функщя обернена штегралу ймсшрно-стей Ф(1).
омшюючи час затримки в Ло знаходять максимум вихщно*1 напруги usn (t), визначають го i розраховують КПХ:
ТоС
а
arc sm
d
(4)
де с - швидкють звуку у noBiTpi.
Имов1ршсть виявлеипя D для КП розраховують
як функщю вщношення дисперси сигналу до дис-2 2
nepciï завади q1 = % = ^ па виход! СФ i3 смугою
п m
частот пропускания ргвною ефективн!й смуз! сигналу. Скористаемось для розрахунку D виразом отриманим в [11]:
D = Ф(
2ql^AfT Ф-1(1 - F)
(5)
По (5) були розраховаш характеристики выявления (ХВ) КП для сигналу випромшювання МЛА з характеристиками взятими з роботи [6], а саме: ефективна смуга частот випромшювання А{ = 1230 Гц в д1апазои! (170- 1400) Гц. Параметри налаштуван-ня приймач!в М = А{Т\ смуга частот СФ А{ = 1230 Гц; час штегрування Т = 0.1 с та 1 с. На рис. приведено графжи ХВ приймач!в побудованих по
» Т Г Т"Т • / Г г тт\
схем1 КII 1 квадратичного детектора (КД) [о] для
задано! ймов!рност! хибноУ тривоги ¥ = 10-3.
(б)
Рис. 2. Характеристики виявлення приймач!в: а) корелящйний пеленгатор; б) квадратичний детектор.
Il0piBiii0i04ii ХВ для КП i КД можпа оцшити виграш корелятора при виявленш слабких шумовых сигнатв приблизно в 6 дБ. Такий виграш дае мо-жливкть збшыпити максимальиу ввдстань виявлен-ня (MBB). Наведена в [6] оцшка MBB квадратичним детектором з заданими ймов1рностями D = 0.90 i F = 10-3, параметром виявлення (ПВ) q2 = qi2 = 0.13 та р1зницею р1вшв випромшювання i завади L = 26 дБ, становпла приблизно 60 м. Застосування КП з тими ж ХВ, характеристиками випромпиовача i завад дае можлившть отримати qi2 = 0.06. При цьому MBB зростае до 80 м.
Правило прийняття pinieiiira в1зьмемо з [6]:
Usn(T) > (1 + qj)Un(T),
розумпочи шд Un(T) наиругу на виход1 штегра-тора за ввдсутноста сигналу.
2 Експеримент
мшрофошв. Середне значения piBira випромпиова-ння квадрокоптеру в режим1 зависания визначено по кривш КП (рис. ,а) i стаповило приблизно Ls = 58дБ. Розрахованпй по записам акустичних шум1в ссреднш piBeiib завад в смуз1 випромпповання був Ln = 46 дБ. Часова затримка (рис. ,б) змшювалась шд час зльоту i стабЫзувалась в рожихй зависания. Пеленг розрахованпй по ( ) блпзькпй до a = 0°, що ввдповщав режиму зависания МЛ А.
а
i 50
Був проведений натурний експернмент по визна-ченшо максимально! дальноста виявлеиия квадрокоптеру Phantom 3 standard [12] КД та КП з однакови-ми налаштуваннями. Внпробування проводились в поль в теплу вологу погоду з температурою повиря 20°С. Ввдчувались пориви виру, шуми дерев та рух транспорту по автомапстрат на вщеташ приблизно 1 км.
Втирювалышй комплекс мав два мшрофони, звукову карту та ПК. Мшрофони булп встановле-ni на BiicoTi 1.5 м над землею покритою травою. Акустпчна база становила 2 м. Перед проведениям експеримеиту приймалыи капали були катброваш еталошшм джерелом звуку. Звукова карта дозволяла вести запис i3 частотою дискретизацй' 48 кГц аудю фашпв з двох мшрофошв на ПК.
Експеримент проводився в декшька еташв. На першому в1вся запис акустичних завад. На другому записывались сумарш шуми квадрокоптеру i завад в рожихй зльоту та зависания над мшрофо-нами. Треба зауважити, що квадрокоптер рискав у вертикальному та горизонтальному напрямку ввд заданого положения шд вплнвом виру. При цьому були чутш 3Miini режиму роботи електричних двигушв. У подалыпому проводились записи pi3iinx режтпв польоту квадрокоптеру.
Обробка запис1в аудю фашпв була роатзова-иа на ПК i3 застосуванням б1блютеки ирограм MATLAB. Запис розбивався на окрем1 сегментп триватстю 1 с, з перекриттям в 0.5 с, яш в подаль-шому оброблялись алгоритмами КД i КП. Результата розрахуншв piBira звукового тиску виводились у вигляд1 графшв.
На рис. 3 наведеш Kpiroi piBira звукового тиску та в1дносно1 часово! затримки т0 в режим1 типп (0 -2.5) с, зльоту (2.5-7) с та зависания квадрокоптеру на вщеташ приблизно rs = 6м по nopMani до бази
-КД -КП
6 8 Час, c
(а)
j 04
К
5 х
6 0.2 и
п
А 1
л J
1
/s л I
V
0 2 4 6 8 10 12 14
Час, с
(б)
Рис. 3. Режим зльоту та зависания квадрокоптеру: а)оцшка р1вня звуку на виходо канатв обробки КД 1 КП: б) вщносна часова затримка.
По отриманим ексиериментально р1вням випро-мшювання Ра \ завад Ъп, задании ймов1рпостям Б = 0.90 1 Р = 10-3 та знайденпм ПВ (рис. 2 а,б) ql2 = 0.13 1 q12 = 0.06 була розрахована МВВ [ ] квадрокоптеру приймачами КД 1 КП:
100.05 (Ь,-Ьп)
г =-;--г,.
8
Прогноз МВВ квадрокоптеру приймачами КД 1 КП становив 67 м 1 98 м ввдповвдно.
Правилыисть прогнозу було псрсв1рено по результатам обробки запиав польоту МЛ А. Квадрокоптер летав на мшрофони ор1ентуючись по норма-
65
60
55
45
40
35
0
2
4
0.8
0.6
0
0.2
«ш до акустичнсм бази. Горизонтальна вщстань до мшця старту була визначсна вихйрювалыгою рулеткою 1 становила 100м. висота польоту визначалась навшащйним приладом квадрокоптеру 1 становила приблизно 30 м. Горизонтальна швидшеть руху шдтримувалась по можливоста постаигою. близько 3 м/с.
Обробка результате велась по алгоритму, засто-сованому для запийв зльоту 1 зависания квадрокоптеру. Результата розрахуншв р1вня звукового тиску крив1 проходу, виводились у вигляд1 гра-фтв. Момент виявлення визначався часом, для якого виконувалось правило виявлеиия. Горизонтальна вщетань внявлення ощшовалась як р1зниця мЬк початковою та пройденою. Пройдена вщетань дор1вшовала горизонталыий швидкоста помноженш на триватсть польоту до прийняття ршення про виявлення. Щлм того аудю записи ирослуховувались 1 давалась суб'ективна оцшка виявлеиия.
3 Обговорення
Графши результате розрахунку р1вня звуку на виход1 канал1в обробки КД 1 КП. по м1р1 набли-ження квадрокоптеру. наведено на рис. 4. По ой ординат вщкладено оцшку р1вня звуку, а по ой абсцис час польоту.
ш
« 46
2 44
EL
■v
1
V
КД КП
10
15 Час, c
20
25
30
Рис. 4. Оцшочна крива р1вня звуку па виход1 каиа-«шв обробки КД 1 КП по хйр1 иаближеиня квадрокоптеру.
Нер1вном1рне наростання р1вня звуку поясшое-ться нсстабшыистю вииромпповання квадрокоптеру шд д1яо иорив1в виру та флуктуащяо акусти-чних завад. Правило виявлення встановимо виходя-чи з умови надшного фшеування виявлення. а саме перевищеиия р1вня завад па виход1 штегратор1в па 2дБ. Момент виявлення (рис. 4) становив ос 1 10с для КП 1 КД вщповщно. Горизонтальна вщетань виявлення ощшовалась вщиовщно в 85 м 1 70 м. МВБ квадрокоптеру для КП 1 КД. розрахована 1з гео-
метричних м1ркувань. дор1вшовала приблизно 90 м i 76 м. Треба зауважити. що прослуховування за-nuciB встановило ирисутшсть квадрокоптера на 5 с польоту.
Прогнозоваш MBB не сшвпадають з експери-
менталышми. Частково це поясшосться вщмпиистю
прийнятих в розрахунках i анал1з1 результата зна-
2
чень параметра виявлення q\ , частково не стащо-iiapnicTio акустичиих процейв в сксперимента.
Висновки
1. Для виявлення малих лиалышх аиарапв по акустичному випромпиованшо використаио корелящйшш пеленгатор. Наведено алгоритм розрахунку ХВ шумового сигналу КП в залежносп вщ па-раметр1в налаштування приймача. Для прикладу наведено графши ХВ для наперед задано! iraoBip-nocTi хибно! трпвогп F = 10-3 та двох налаштувань КП.
2. Проведено теоретичне nopiBiramra характеристик КД i КП. Встановлено впграш КП при вияв-ленш слабких шумових сигнал1в приблизно в 6дБ. який приводить до збшынення MBB.
3. Експсрименталыи дослщження пеленгування квадрокоптеру типу Phantom 3 standard корелящй-иим приймачем шдтвердили теоретичиий прогноз. MBB КП становила 90 м замшть 76 м. отримано! КД. КП мае перевагу завдяки можливосп внявлення при мощному piBiii прийиятого сигналу, тобто при меншнх величинах ПВ.
4. PiBOiib напругн завад на виход1 КП у вщеутно-CTi сигналу на 8 дБ нижчий за piBCiib на виход1 К Д. Ця величина може бути ще бшыною за умови збшьшення часу штегрування i введения иросторово! обробки акустичиих хвиль.
5. КП дае можливкть визначити кут приходу xBimi як в горизонталыий так i вертикалыий пло-щиш. У межах ексиерименту було визначено. КПХ в рожихй зависания на вщеташ 6 м по нормат до акустичнсм бази. Розрахований КПХ був близький до 0° та вщповщав режиму зависания МЛА.
6. Вщсутшсть нсобхщного обладиания для вщ-слщковування траекторИ польоту МЛА не дала можливосп встановнтн точно MBB i КПХ. Тому отримаш сксисрименталыи результати треба роз-глядати як наближеш.
Перелж посилань
1. DronoLabs. Available at: http://www.drone-detector. com
"2. Cabell R. Measured Noise from Small Unmanned Aerial Vehicles / R. Cabell. R. M. Swain. NoisoConlfi, Providence. Rhode Island. 871 p. Available at: https: //www.ingentaconnect.com/contentone/ince/incecp/ 2016/00000252/00000002/art00041#expand/collapse
0
5
3. Sadasivan S. Acoustic Signature of an Unmanned Air Vehicle Exploitation for Aircraft Localisation and Parameter Estimation / S.Sadasivan, M.Gurubasavaraj, S. RaviSekar // Eronautical DEF SCI .1. 2001. Vol 51, No 3. p. '279-283.
4. Карташов В. M. Миформациоииые характеристики звукового излучения малых бесиилотиых летательных аппаратов / В. М. Карташов, В. Н. Олейников, С. Л. Шейко, С. 11. Бабкин, 11. В. Корытцев, О. В. Зубков, М. Л. Анохин // Радиотехника. - 2017. - Выи. 191. -С. 181-187.
о. Massey К. Noise measurements of tactical UAVs // 16th AlAA/CEAS aeroacoustics conference. - p. 391.
6. Козерук С.О. Виявлеиия малих лггалышх аиараттв за акустичиим вииромшюваииям / С.О. Козерук, О.В. Коржик // BicuuK НТУУ "Kill". Сорш Радштехшка, Рад1оаиаратобудува1шя. 2019. №. 76. С. 15-20.
7. Finn A. Acoustic Sense & Avoid for UAV's / A. Finn, S. Franklin, // 2011 Seventh International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing. - 2011. - pp. 586-589.
8. Case E. E. Low-cost acoustic array for small UAV detection and tracking / E. E. Case, A. M. Zelnio, B. D. Rigling // Aerospace and Electronics Conference. - 2008. - Available at: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/ document/4806528
9. Pham T. Acoustic detection and tracking of small low-living threataircraft / T. Pham, L. Sim, // 23rd Army Science Conference. - 2002.
[6] Kozeruk S. O. and Korzhyk O. V. (2019) Detection Small Aircraft by Acoustic Radiation, Visnyk N'l'UU KP1 Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduuannia, Iss. 76, pp. 1520. DOl: 10.20535/RADAP.2019.76.15-20
[7] Finn A. and Franklin S. (2011) Acoustic sense. 2011 Seventh International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing. DOl: 10.1109/issnip.2011.6146555
[8] Case E.E., Zelnio A.M. and Rigling B.D. (2008) Low-Cost Acoustic Array for Small UAV Detection and Tracking. 2008 IEEE National Aerospace and Electronics Conference. DOl: 10.1109/naecon.2008.4806528
[9] Pham T. and Sim L. (2002) Acoustic Data Collection of Tactical Unmanned Air Vehicles (TUAVs). DOl: 10.21236/ada410088
[101 Damarla T. (2015) Battlefield Acoustics. DOl: 10.1007/978-3-319-16036-8
[11] Olshevskiy V.V. (1973) Statisticheskie metody v gi-drolokatsii [Statistical methods in sonar]. Leningrad, Sudostroenie, 184 p.
[12] Phantom 3 standard. Available at: https://www.dji.com/ phantom-3-standard/info/
Корреляционный пеленгатор малых летательных аппаратов
Козерук С. А., Коржик А. В.
10. Damarla Т. Battlelield Acoustics / Т. Damarla // Springer International Publishing 2015. 262p.
Введение. Малые летательные аппараты (МЛА) используются в различных сферах деятельности общества, например для инспекции сельского и лесного хозяйства, контроля за транспортными потоками, для транспортировки небольших грузов. МЛА все чаще появляются вблизи аэропортов, электростанций, складов, частных усадеб и могут представлять опасность как государственным, так и частным интересам. Обпаруже-12. Phantom 3 standard. Available at: https://www.dji.com/phaiiitfhM^A становится актуальной проблемой. Разработка
11.
Ольшевский В.В. Статистические методы в гидролокации / В.В. Ольшевский. - Л. : Судостроение, 1973. -184 с.
З-standard/info/
References
[1] DroneLabs. Available at: http://www.drone-detector.com
[2] Cabell R. and Swain R. M. (2016) Measured Noise from Small Unmanned Aerial Vehicles, NoiseConlft, Providence, Rhode Island, 871 p.
[3] Sadasivan S., Gurubasavaraj M. and Sekar S.R. (2001) Acoustic signature of an unmanned air vehicle exploitation for aircraft localisation and parameter estimation. Defence Science Journal, Vol. 51, Iss. 3, pp. 279-284. DOl: 10.14429/dsj.51.2238
[4] Kartashov V. M, Oleynikov V. N., Sheyko S. A., Babkin S. 1., Koryttsev 1. v., Zubkov O. V. and Anokhin M. A. (2017) Informatsionnye kharakteristiki zvukovogo izlucheniya malykh bespilotnykh letatel:nykh apparatov [Information Characteristics of the Sound Emission of Small Unmanned Aerial Vehicles]. Radiotekhnika, Iss. 191, pp. 181-187.
[5] Massey K. and Gaeta R. (2010) Noise Measurements of Tactical UAVs. 16 th AlAA/CEAS Aeroacoustics Conference. DOl: 10.2514/6.2010-3911
устройств пеленгования МЛА с заданными характеристиками обнаружения и прогнозируемым расстоянием обнаружения представляет практический интерес.
Теоретические результаты. Для обнаружения МЛА предлагается использовать метод корреляционного пеленгования. Акустическое излучение рассматривается как локализованный широкополосный шумовой процесс. Помеха акустический шум в районе применения средства обнаружения, рассматривается как изотропный нормальный процесс. Приведено сравнение характеристик обнаружения (ХО) для корреляционного пеленгатора (КП) и квадратичного детектора (КД). Рассчитанные параметры обнаружения (ПО) демонстрируют преимущество КП по обнаружению сигнала в 6 дБ, что приводит к увеличению дальности обнаружения МЛА.
Выводы. Для обнаружения МЛА по акустическому излучению использован корреляционный пеленгатор. Приведен алгоритм расчета ХО шумового сигнала КП в зависимости от параметров настройки приемника. Дано теоретическое сравнение характеристик обнаружения КД и КП. Установлен выигрыш КП при выявлении слабых шумовых сигналов примерно в 6 дБ, что приводит к увеличению дальности обнаружения. Экспериментальные исследования пеленгования квадроко-птера Phantom 3 standard корреляционным приемником
подтвердили теоретический прогноз. КП имеет преимущество по дальности обнаружения благодаря меньшему уровню принятого сигнала при тех же уровнях помехи.
Ключевые слова: малый летательный аппарат; корреляционный пеленгатор; характеристики обнаружения; максимальная дальность обнаружения
Correlation direction finder for small aircraft
Kozeruk S. 0., Korzhyk О. V.
Introduction. Small aircraft (SA), or drones, are used in various areas of society, for example, to inspect agriculture and forestry, monitor traffic, and transport small loads. SA are increasingly appearing near airports, power stations, warehouses, and private estates, and may pose a danger to both public and private interests. Detection of SA becomes an urgent problem. The development of SA direction finding devices with given detection characteristics and the predicted detection distance is of practical interest.
Theoretical results. For the detection of SA is proposed to use the method of correlation direction finding. Acoustic radiation of a drone is considered as a
localized broadband noise process. Interference - acoustic noise in the area of application of the detection means is considered as an isotropic normal process. A comparison of detection characteristics (DC) for the correlation direction finder (CDF) and quadratic detector (QD) is given. The calculated detection parameters demonstrate the advantage of the CDF in signal detection of 6 dB, which leads to an increase in the detection range of the SA.
Conclusions. For the detection of drones using acoustic radiation, a correlation direction finder was used. The algorithm for calculating the characteristics of the detection of the noise signal by a correlation direction finder depending on the receiver settings is given. A theoretical comparison of the characteristics of the CDF and QD is given. The gain of the correlation direction finder is established when detecting weak noise signals of approximately 6 dB, which leads to an increase in the detection range. Experimental studies of the direction finding quadcopter Phantom 3 standard correlation receiver confirmed the theoretical prediction.
Key words: small aircraft; correlation direction finder; detection characteristics; maximum detection range
