Determining the location of small unmanned aerial vehicles by acoustic radiation

Authors

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2022.3.210.09

Keywords:

acoustic radiation, cross correlation, angular coordinates, triangulation, microphone array, localization, passive sodar, quadrocopter, Doppler effect

Abstract

The features of the acoustic method for determining the location of the UAV using microphone arrays are considered: classical methods, super-resolution methods and the method of the difference in the arrival time of acoustic oscillations. A description of a sodar with a minimum number of microphones is given. The factors influencing the magnitude of the error in determining the coordinates of the UAV are analyzed. Estimates of the instrumental location error and errors caused by the Doppler effect were obtained by simulation modeling for a given configuration of the sodar microphone array. Using the considered sodar, the coordinates of a moving UAV were measured in open areas. Processing of field measurement results shows that the absolute values of errors in determining the coordinates of the UAV obtained using sodar at a distance of up to 100 m in 95% of cases do not exceed 3 m and in determining the height of no more than 1 m. Measurements of the azimuth and elevation angle are quite accurate at the same time high resolution.

References

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 on Problems of Infocommunications – Science and Technology. 2019. P.175 – 178.

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.

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

Kartashov V. Oleynikov O. Zubkov, S. Sheiko. Optical detection of unmanned air vehicles on a video stream in a real-time // The Fourth International Conferenceon Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo’2019). Odessa, Ukraine. 2019. 4 p.

Карташов В.М., Олейников В.Н., Колендовская М.М., Тимошенко Л.П., Капуста А.И., Рыбников Н.В. Комплексирование изображений при обнаружении беспилотных летательных аппаратов // Радіотехніка. 2020. Вип. 201. С. 120 – 129.

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

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, Iss. 9. P.759 – 770.

Kartashov V., Oleynikov V., Koryttsev I., Sheyko S., Zubkov O., Babkin S., Selieznov I. Use of Acoustic Signature for Detection, Recognition and Direction Finding of Small Unmanned Aerial Vehicles // 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). 2020. 4 р.

Kartashov V.M., Oleynikov V.N., Sheyko S.A., Babkin S.I., Koryttsev I.V., Zubkov O.V., Anokhin M.A. Information characteristics of sound radiation of small unmanned aerial vehicles // Telecommunications and Radio Engi¬neering. 2018. Vol.77, Iss. 10. pp. 915 – 924.

Олейников В.Н., Шейко С.А., Бабкин С.И. Исследование характеристик акустического излучения малых беспилотных летательных аппаратов// Сб. науч. трудов VI Междунар. радиоэлектронного форума “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития (МРФ-2017)” Междунар. науч. конф. “Радиолокация. Спутниковая навигация. Радиомониторинг”. 24-26 октября 2017 г. Харьков, Украина. Харьков : Точка. С.107 – 111.

Kartashov,V.,Oleynikov,V.,Koryttsev,I.,Zubkov,O.,Babkin,S.,Sheiko,S. Processing and recognition of small unmanned vehicles’ sound signals. // 2018 International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T), Kharkiv, 2018, Р. 1 – 5.

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

Kartashov V.M., Oleynikov V.N, Sheyko S.A., Babkin S.I., Koryttsev I.V., Zubkov O.V., Anokhin M.A. Information characteristics of sound radiation of small unmanned aerial vehicles // Telecommunications and Radio Engineering (English translation of Elektrosvyaz and Radiotekhika). 2018. Vol. 77(10). Р. 915 – 924.

Oleynikov V.N., Kartashov V.M., Babkin,S. I., Zubkov O.V., Korytsev I.V., Sheiko S.A., Seleznov I.S. Structure and Parameter Unmanned Aerial Vehicles Sound Fields // Telecommunications and Radio Engineering. New York. 2020. Vol. 79, №17. P.1539 – 1550.

Алмазов В.Б. Методы пассивной радиолокации. Харьков : Изд-во Военной инженерной радиотехнической академии противовоздушной обороны имени Л.А. Говорова, 1974. 85 с.

В.М. Карташов, И.В. Корытцев, В.Н. Олейников, О.В. Зубков, С.И. Бабкин, С.А. Шейко, Н.А. Левский, И.С. Селезнев. Алгоритмы пеленгации беспилотных летательных аппаратов по их акустическому излучению // Радиотехника. Вып.196. 2019. С. 22 – 31.

Олейников В.Н., Зубков О.В., Карташов В.М., Корытцев И.В., Бабкин С.И., Шейко С.А., Селезнев И.С. Экспериментальная оценка эффективности аглоритмов пеленгования беспилотных летательных аппаратов по акустическому излучению // Радиотехника. 2019. Вып. 199. С. 29 – 37.

M. Benyamin and G. H. Goldman. Acoustic detection and tracking of a Class I UAS with a small tetrahedral microphone array. Adelphi, MD, 2014 [Online]. Available: http://www.arl.army.mil/arlreports/2014/ARL-TR-7086.pdf.

Xianyu Chang A. Surveillance System for Drone Localization and Tracking Using Acoustic Arrays / Xianyu Chang, Chaoqun Yang, Zhiguo Shi // Published Computer Science. 2018 IEEE 10th Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop (SAM) 2018. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8448409 (дата обращения: 22.10.2020) .

Sedunov A. et al. Stevens drone detection acoustic system and experiments in acoustics UAV tracking // 2019 IEEE International Symposium on Technologies for Homeland Security (HST). IEEE, 2019. 1 – 7.

Alexander Sedunov. Passive acoustic localization of small aircraft / Alexander Sedunov, Alexander Sutin, Hady Salloum, Nikolay Sedunov // 166th Meeting of the Acoustical Society of America, San Francisco, CA, 02-06 December 2013, Signal Processing in Acoustics: Paper 2pSP2. URL: https://www.researchgate.net/publication/258249414_Passive_acoustic_localization_of_small_aircraft .

Johnson D.H., Dudgeon D.E. Array signal processing: concepts and techniques. 1st ed. Signal processing series. Prentice – Hall, Upper Saddle River, NJ, 1993.

Detection and tracking of drones using advanced acoustic cameras Joël Busset, Florian Perrodin, Peter Wellig, Beat Ott, Kurt Heutschi, Torben Rühl, Thomas Nussbaumer Proceedings Volume 9647, Unmanned/Unattended Sensors and Sensor Networks XI; and Advanced Free-Space Optical Communication Techniques and Applications; 96470F (2015)

Published

2022-09-28

How to Cite

Oleynikov, V. ., Kartashov, V. ., Sheiko, S. ., Zubkov, O. ., & Oleynikova, E. . (2022). Determining the location of small unmanned aerial vehicles by acoustic radiation. Radiotekhnika, 3(210), 113–127. https://doi.org/10.30837/rt.2022.3.210.09

Issue

Section

Articles