Algorithm for estimating the energy distribution of radar signals scattering on acoustic disturbances created by UAVs

Authors

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2022.4.211.07

Keywords:

UAV detection, radar signals, assessment of energy distribution, observation interval, order statistics, central chi-square distribution, non-central chi-square distribution, variation series, evaluation algorithm, acoustic disturbances

Abstract

The task of estimating the energy distribution over the observation interval of radar signals scattered on atmospheric inhomogeneities, arising as a result of UAV operation, is considered. The solution to this problem is necessary to improve detection algorithms, to classify the detected UAVs according to additional informational features, to improve the resolution when detecting several devices located at the same range during the group application of UAVs, to clarify the time parameters of the evolution of the movement of UAVs in time and space. A similar problem arises due to the need to process useful radar signals with a low signal-to-noise ratio in order to achieve the maximum possible range of reliable UAV detection. Because of this, it becomes impossible to estimate directly the energy of useful signals by the method of comparison with reference physical quantities due to a large measurement error. Therefore, an evaluation algorithm is proposed, based on the methods of the theory of ordinal statistics, which provide, instead of comparing numerical realizations with a certain standard, to form a variational series from them under the condition of a priori knowledge of the distribution function of these realizations. At the same time, the fact is used that for certain distributions of a random variable, among which there are normal and all limited ones, the variance of the estimate in the form of a mathematical expectation of certain ordinal statistics is significantly less than the variance of a direct measurement at a low signal-to-noise ratio. In order to save time and computing resources during real-time processing of received signals, it is proposed to use pre-calculated arrays of numerical values of mathematical expectation and dispersion of ordinal statistics for various parameters of the density distribution of a random variable.

References

Карташов В.М., Олейников В.Н., Шейко С.А. и др. Особенности обнаружения и распознавания малых беспилотных летательных аппаратов // Радиотехника. 2018. Вып. 195. С.235 – 243.

Карташов В.М., Олейников В.Н., Воронин В.В. и др. Методы комплексной обработки и интерпрета-ции радиолокационных, акустических, оптических и инфракрасных сигналов беспилотных летательных аппаратов // Радиотехника. 2020. Вып. 202. С. 173 – 182.

Карташов В.М., Олейников В.Н., Шейко С.А. и др. Информационные характеристики звукового из-лучения малых беспилотных летательных аппаратов // Радиотехника. 2017. Вып. 191. С. 181 – 187.

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

Карташов В.М., Харченко О.И., Посошенко В.А. и др. Обнаружение беспилотных летательных аппаратов с ипользованием рассеяния радиоволн на акустических возмущениях среды, создаваемых летательным аппаратом // Радіотехніка. 2021. Вип. 206.

Moses А. Radar-based detection and identification for minia ture air vehicles / A. Moses, M.J.Rutherford, K.P. Valavanis // IEEE International Conference on Control Applications.

Даник Ю.Г., Пулеко І.В., Бугайов М.В. Виявлення безпілотник літальних апаратів на основі аналізу акустичних та радіолокаційних сигналів // Вісник ЖДТУ. 2014. № 4 (71). С.71 – 80.

Карташов В.М., Посошенко В.О., Воронин В.В. и др. Методы обнаружения-распознавания радиолокационных, акустических, оптических и инфракрасных сигналов беспилотных летательных аппаратов // Радиотехника. 2021. Вып. 205. С.138 – 153.

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

Карташов В.М. Функции рассеяния сигналов систем зондирования атмосферы // Радиотехника. Харьков. 2001. Вып. 118. С.61 – 65.

Карташов В.М., Посошенко В.А., Колесник В.И. и др. Обнаружение радиолокационных сигналов, рассеянных на акустических возмущениях, создаваемых БПЛА // Радиотехника. 2021. Вып. 207. С. 113 – 122.

Урковиц. Обнаружение неизвестных детерминированных сигналов по энергии // ТИИЭР. 1967. Т.55 №4. С. 50 – 59.

Ефимов А.Н., Кутеев В.М. Безэталонные измерения и идентификация методами теории порядковых статистик // Автоматика и телемеханика. 1978. №12. С.30 – 35.

Дейвид Г. Порядковые статистики. Москва : Наука, 1973. 335с.

Боярский Э.А. Порядковые статистики. Москва : Статистика, 1972. 281с.

Королюк В.С., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. Москва : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1985. 640 с.

Published

2022-12-30

How to Cite

Kartashov, V., Pososhenko, V., Kolesnik, K., Kolesnik, V., Bobnev, R., & Kapusta, A. (2022). Algorithm for estimating the energy distribution of radar signals scattering on acoustic disturbances created by UAVs. Radiotekhnika, 4(211), 93–100. https://doi.org/10.30837/rt.2022.4.211.07

Issue

Section

Articles