Experimental evaluation of efficiency of algorithms for direction finding of unmanned aerial vehicles by acoustic radiation

Authors

  • В.Н. Олейников
  • О.В. Зубков
  • В.М. Карташов
  • И.В. Корытцев
  • С.И. Бабкин
  • С.А. Шейко
  • И.С. Селезнев

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2019.4.199.03

Keywords:

bearing, acoustic, radiation, unmanned, correlation, Bartlett, Capon.

Abstract

The results of an experimental evaluation of Bartlett, Capon algorithms and cross-correlation function method effectiveness for direction finding of unmanned aerial vehicles are presented. Full-scale studies were carried out using a harmonic signal and acoustic radiation of a prototype of a propeller-driven UAV group indoors and in open space, as well as in real-world conditions of flight modes and UAV hovering. The acoustic emission spectrum of the electric propeller-motor group of modern UAVs includes narrow-band tonal and broadband noise-like components with predominant propeller radiation. The use of algorithms for determining the direction of arrival of acoustic radiation from the spatial spectrum by the methods of Bartlett and Capon involves the use of narrow-band signals. It is shown that to work with UAV acoustic radiation, the MB, MK, and cross-correlation function algorithms require some adaptation (including the use of high-pass filters). The Capon method has a significantly higher resolution than the classic Bartlett method, and a lower level of side lobes. The presence of significant reflections from local objects leads to the appearance of abnormal bearing estimates for the acoustic signal source of the propeller-driven UAV group. The results of determining the bearing of the source of acoustic radiation in a wide frequency band in open space show good agreement with the specified values of the bearing when applying the method of mutual correlation function. To increase the efficiency of the mutual correlation function algorithm when processing UAV acoustic signals, it is necessary to reduce the influence of low-frequency interference caused by anthropogenic and natural acoustic noise.

References

Карташов В.М., Корытцев И.В., Олейников В.Н. и др. Алгоритмы пеленгации беспилотных летательных аппаратов по их акустическому излучению // Радиотехника. 2019. Вып.196. С. 22-31.

Capon J. High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis. // Proceedings of the IEEE, vol. 57, No. 8, pp. 1408-1418.

Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. Москва : Радио и связь, 1989. 440 с.

Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. Москва : Мир, 1990. 584 с.

Москалец Н.В. Сравнительная оценка методов определения направления прихода сигналов на основе выборочной корреляционной матрицы // Вісник Нац. техн ін-ту «ХПІ» : зб. наук. пр. Сер.: Механіко-технологічні системи та комплекси. Харків : НТУ «ХПІ», 2017. №16 (1238). С. 53-61.

Сафонова А.В. Эффективность алгоритма оценивания угловых координат источника радиосигнала при различных методах обработки входных реализаций // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2015. №2. С. 54-60.

Петров В.П., Шауэрман А.К. Спектральные способы оценки направления источников сигналов в адаптивных антенных решётках // Вестник СибГУТИ. 2011. №2. С. 53-62.

Косяков В.М., Свиридов М.А. Сравнительная оценка методов спектрального анализа по совокупности показателей эффективности // Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. № 4. С. 23-27.

Макаров Е.С. Анализ углового сверхразрешения источников электромагнитного поля в многоканальных системах с малой апертурой. Воронеж, 2009. 167 с.

Кошкин Р.П. Беспилотные авиационные системы. Москва : Изд-во «Стратегические приоритеты», 2016. 676 с.

Kartashov V.M., Oleynikov V.N., Sheiko S.A., Babkin S.I., Korytsev I.V., Zubkov O.V., Anokhin M.A. In-formation characteristics of sound radiation of small unmanned aerial vehicles // Telecommunications and Radio Engineering. 2018. Vol.77, Issue 10. P. 915-924.

Гордієнко Ю.А., Бугайов М.В., Солонець О.І., Солопій І.А. Особливості акустичних сигналів безпілотних літальних апаратів // Наука і техніка Повітряних Сил Збройних Сил України. 2016. № 1(22).

С. 32-35.

Oleynikov V. N., Zubkov O. V., Kartashov V. M., Korytsev I. V., Babkin S. I., Sheiko S. A. Investigation of detection and recognition efficiency of small unmanned aerial vehicles on their acoustic radiation // Telecommunications and Radio Engineering. 2019. Vol. 78, Issue 9. P. 759-770.

Kartashov V., Oleynikov V., Koryttsev I., Zubkov O., Babkin S., Sheiko S. Processing and Recognition of Small Unmanned Vehicles Sound Signals International Scientific-Practical Conference on Problems of Infocommunications Science and Technology, PIC S and T 2018 – Proceedings 31 January 2019. P. 392-396.

Kartashov V. M., Oleynikov V. N., Sheyko S. A., Babkin S. I., Korytsev I. V., Zubkov O. V. Peculiarities of small unmanned aerial vehicles detection and recognition // Telecommunications and Radio Engineering. 2019. Vol. 78, Issue 9, 2019. P. 771-781.

How to Cite

Олейников, В., Зубков, О., Карташов, В., Корытцев, И., Бабкин, С., Шейко, С., & Селезнев, И. (2019). Experimental evaluation of efficiency of algorithms for direction finding of unmanned aerial vehicles by acoustic radiation. Radiotekhnika, 4(199), 29–37. https://doi.org/10.30837/rt.2019.4.199.03

Issue

Section

Articles