Detection of unmanned aerial vehicle using radio wave scatter on acoustic disturbances of the environment created by aircraft

Authors

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2021.3.206.11

Keywords:

unmanned aerial vehicle, detection, recognition, radar, acoustic wave, scattering, adio acoustic sounding

Abstract

Unmanned aerial vehicles (UAVs) have recently become widespread, because they are capable of performing a wide range of functions useful for mankind. At the same time, UAVs are a source of potential threats in a number of areas of human activity, namely, military, economic, and everyday life. Therefore, an urgent scientific and technical problem of detecting and observing UAVs has been formed recently to prevent them from performing unauthorized actions. The main means of UAV surveillance are radar (both active and passive), optical, infrared, acoustic stations, as well as complex systems in which joint processing of information obtained using these information channels is carried out. However, in general, the scientific and technical problem of monitoring UAVs, especially small UAVs, remains unresolved: the efficiency of UAV detection using all these methods remains insufficient, and the needs of practice are far from being fully satisfied with the available means.

This article is devoted to the analysis of currently known scientific and practical results aimed to assess the possibility of detecting UAVs by radio signals scattered by acoustic disturbances of the environment created by UAVs, and to formulate urgent scientific and technical problems in this aria of knowledge.

References

Кошкин Р.П. Беспилотные авиационные системы. Москва : Стратегические приоритеты, 2016. 676 с.

Макаренко С. И., Тимошенко А. В., Васильченко А. С. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Ч. 1. Беспилотный летательный аппарат как объект обнаружения и поражения // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 1. С. 109-146. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10105.

Вишневський С. Д., Бейліс Л. В., Климченко В. Й. Потенційні можливості РЛС РТВ з виявлення оперативно-тактичних та тактичних безпілотних літальних апаратів // Розвиток, бойове застосування та озброєння радіотехнічних військ. 2017. С. 92–98. DOI: 10.30748/nitps.2017.27.18.

Карташов В.М., Ситнік О.В. Радіотехнічні системи : навч. посібник. Харків : Сміт, 2009. 448 с.

Карташов В.М., Олейников В.Н., Шейко С.А., Бабкин С.И., Корытцев И.В., Зубков О.В. Особенности обнаружения и распознавания малых беспилотных летательных аппаратов // Радиотехника. 2018. Вып. 195. С. 235-243.

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

StrelkovaT., KartashovV., Lytyuga A.,Strelkov A. Theoretical Methods of Images Processing in Optoelectronic Systems. Chapter 16. // Biometrics: Concepts, Methodologies, Tools, and Applications; Oleg Sergiyenko and Julio C. Rodriguez-Quiñonez. (341p.), IGI Global, 2017; pp. 361-381.

Developing and Applying Optoelectronics in Machine Vision / O. Sergiyenko, J.C. Rodriguez-Quiñonez. IGI Global, 2016. 341p.

Koryttsev I., Sheiko S., Kartashov V., Zubkov O., Oleynikov V., Anohin M., Selieznov I. Practical Aspects of Range Determination and Tracking of Small Drones by Their Video Observation // 2020 International Scientific-Practical Conference. Problems of Infocommunications. Science and Technology. Kharkiv, Ukraine. October 6-9, 2020. 5 p.

Massey K., Gaeta R. Noise Measurements of Tactical UAVs. // Georgia Inst. of Technology / GTRI / ATAS, Atlanta. 16th AIAA / CEAS Aeroacoustics Conference. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2010, pр. 1–16.

Marino L.,Experimental analysis of UAV-propellers noise // 16th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. University «La Sapienza», Rome, Italy, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2010; pр. 1–14.

Sinibaldi G., Marino L. Experimental analysis on the noise of the propellers for small UAV. // Applied Acoustics, 74 (2013); pp. 79–88.

N. Intaratep W. Alexander N., Devenport W. J., Grace S. M., Dropkin A. Experimental Study of Quadcopter Acoustics and Performance at Static Thrust Conditions // Aeroacoustics Conferences 30 May – 1 June, 2016, Lyon, France, 22nd AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference; pp. 1–6.

Карташов В.М., Олейников В.Н., Шейко С.А., Бабкин С.И., Корытцев И.В., Зубков О.В., Анохин М.А. Информационные характеристики звукового излучения малых беспилотных летательных аппаратов // Радиотехника. 2017. Вып. 191. С. 181-187.

Kartashov V.M., Tikhonov V.A., Voronin V.V. and Tymoshenko L.P. Complex model of random signal in problems of acoustic sounding of atmosphere // Telecommunications and Radio Engineering. 2016. V. 75, Iss. 20. pp.1885–1892. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v75.i20.80.

Mezei J., Molnár A. Drone sound detection by correlation // Proceedings of the 2016 IEEE 11th International Symposium on Applied Computational Intelligence and Informatics (SACI); Timisoara, Romania. 12–14 May 2016; pp. 509–518. DOI: 10.1109/SACI.2016.7507430.

Bernardini A., Mangiatordi F., Pallotti E., Capodiferro L. Drone detection by acoustic signature identification. Electron. Imaging. 2017;2017:60–64. doi: 10.2352/ISSN.2470-1173.2017.10.IMAWM-168. DOI: https://doi.org/10.2352/ISSN.2470-1173.2017.10.IMAWM-168.

Liu H., Wei Z., Chen Y., Pan J., Lin L., Ren Y. Drone detection based on an audio-assisted camera array // Proceedings of the 2017 IEEE Third International Conference on Multimedia Big Data (BigMM); Laguna Hills, CA, USA. 19–21 April 2017; pp. 402–406. DOI: 10.1109/BigMM.2017.57.

Park S., Shin S., Kim Y., Matson E.T., Lee K., Kolodzy P.J., Slater J.C., Scherreik M., Sam M., Gallagher J.C., et al. Combination of radar and audio sensors for identification of rotor-type unmanned aerial vehicles (uavs) // Proceedings of the 2015 IEEE SENSORS; Busan, Korea. 1–4 November 2015; pp. 1–4. DOI: 10.1109/ICSENS.2015.7370533.

Vasilchenko A., Kartashov V.M. Analysis of influence exerted by longitudinal Doppler effect upon output signal of sodar antenna array // Telecommunications and Radio Engineering, Volume 66, Issue 9; pp. 841–847. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v66.i9.50.

Zelnio A.M. Detection of small aircraft using an acoustic array // Electrical Engineering, Wright State University, 2007. 55 p.

Kozeruk S.A., Korzhyk A.V. Identification of small aircraft by acoustic radiation // Visnyk NTUU KPI. Series Radiotekhnika Radiobuduvannia. 2019. Iss. 76. pp. 15–20. DOI: https://doi.org/10.20535/RADAP.2018.80.30-46.

Sadasivan S., Gurubasavaraj M., Sekar S.R. Acoustis siqnature of an unmanned air vehicle – exploitation for aircraft localisation and parameter estimation // Eronautical DEF SCI J. 2001. Vol. 51, №3. pр. 279–283.

Тихонов В.А., Карташов В.М., Олейников В.М., Леонидов В.И., Тимошенко Л.П., Селезнев И.С., Рыбников Н.В. Обнаружение-распознавание беспилотных летательных аппаратов с использованием составной модели авторегрессии их акустического излучения // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка. Радіоапаратобудування. 2020. Вип. №81, С. 38–46. DOI: https://doi.org/10.20535/RADAP.2020.81.38-46.

Oleynikov V., Zubkov O., Kartashov V., Koryttsev I., Sheiko S., Babkin S. Experimental estimation of direction finding to unmanned air vehicles algorithms efficiency by their acoustic emission // 2019 International Scientific-Practical Conference «Problems of Infocommunications – Science and Technology, PIC S and T 2019 – Proceeding», 2019; pp.175–178. DOI: 10.1109/PICST47496.2019.9061337.

Kartashov V.M., Oleynikov V.N, Zubkov O.V., Korytsev I.V., Babkin S. I., Sheiko S.A., Kolendovskaya M.M. Spatial-temporal Processing of acoustic Signals of Unmanned Aerial Vehicles // Telecommunications and Radio Engineering, V. 79, №9. 2020, pp.769–780. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v79.i9.40.

Обухов А.М. О рассеянии звука в турбулентном потоке // Доклады АН СССР. 1941. Т.30, №7. С.611 – 614.

Каллистратова М.А. Экспериментальное исследование рассеяния звуковых волн в атмосфере // Атмосферная турбулентность. Москва : Изд. АН СССР, 1961. С.203 – 258.

Татарский В.И. Теория флуктуационных явлений при распространении волн в турбулентной атмо-сфере. Москва : Изд. АН СССР, 1959. 331 с.

Татарский В.И Распространение волн в турбулентной атмосфере. Москва : Наука, 1967. 548 с.

Marschall J.M., Peterson A.M., Barnes A.A. Combined radar acoustic sounding system // Appl. Opt. 1972. Vol.2, №1. P. 108 – 112.

Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. Москва : Наука, 1981. 207 с.

Дистанционные методы и средства исследования процессов в атмосфере Земли ; под ред. Б.Л. Кащеева, Е.Г. Прошкина, М.Ф. Лагутина. Харьков : Бизнес Информ, 2002. 426 с.

Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферы. Новосибирск: Наука, 1986. 167 с.

Калистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. Москва : Наука, 1985. 200 с.

Карташов В.М., Куля Д.Н., Кушнир М.В., Толстых Е.Г. Выбор модели изменения скорости звука для оптимального линейного фильтра систем радиоакустического зондирования атмосферы // Радиотехника. 2013. №173. С. 63–78.

Карташов В.М. и др. Обработка сигналов в радиоэлектронных системах дистанционного мониторинга атмосферы. Харьков : ХНУРЭ, 2014. 312 с.

Карташов В.М. Модели и методы обработки сигналов систем радиоакустического и акустического зондирования атмосферы. Харьков : ХНУРЭ, 2011. 234 с.

Published

2021-09-24

How to Cite

Kartashov, V. ., Kharchenko, O. ., Pososhenko, V. ., Kolesnik, V. ., Yegorov, A. ., Tymoshenko, L. ., & Kapusta, A. . (2021). Detection of unmanned aerial vehicle using radio wave scatter on acoustic disturbances of the environment created by aircraft. Radiotekhnika, 3(206), 122–130. https://doi.org/10.30837/rt.2021.3.206.11

Issue

Section

Articles