Peculiarities of detecting small-size unmanned aerial vehicles using the radioacoustic location method

Authors

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2025.3.222.13

Keywords:

radio-acoustic location, small UAVs, acoustic emission, acoustic field, atmospheric dielectric permittivity, higher-order diffraction, coherent summation, wavefronts

Abstract

The article states that modern technical means for detecting low-observable small-sized unmanned aerial vehicles (sUAVs) in some cases do not provide adequate responsiveness and reliability. One of the promising directions for improving the efficiency of detecting low-observable sUAVs is the use of electromagnetic wave scattering on acoustic disturbances generated by these vehicles in the surrounding air environment. The article examines the characteristics of the acoustic field of sUAVs. Acoustic radiation from sUAVs has a number of specific features that must be considered when developing a radio-acoustic location system. The acoustic emission spectrum of sUAVs contains harmonics of the rotor rotation frequency and blade-passing frequency. Its spatial directivity is complex and, during maneuvering, affects both the intensity and shape of the acoustic signal spectrum. The operating frequency band of the location system should cover the range in which effective resonant scattering of electromagnetic waves is ensured. To reduce the size of highly directional antennas, the radar frequency is selected in such a way that the Bragg conditions are satisfied using higher-order diffraction. When receiving a signal scattered on inhomogeneities caused by the acoustic emission of sUAVs, the signal at the receiver input is the result of the interference of electromagnetic waves reflected from acoustic waves moving in opposite directions. The parameters of the envelope of this signal depend on the speed of sound, the frequency of the acoustic emission, and the ratio of the powers of signals formed in the sections before and after the sUAV within the antenna’s radiation pattern. The method of simulation modeling was used to study the features of higher-order diffraction of electromagnetic waves on the acoustic emission of sUAVs. It was found that the main part of the energy of the scattered signal is formed by acoustic oscillations in the immediate vicinity of the sUAV, whereas the contribution of oscillations at longer distances is negligible due to their attenuation. Maximum values of the reflection coefficient are achieved only when using antennas with a beamwidth of less than 4–6°, which provides spatial selection of the wavefront segments of the acoustic emission that enable coherent summation of the scattered signals. Deviation of the radar antenna from the direction toward the sUAV disrupts the conditions for coherent summation of the scattered signals from the wavefronts of the sUAV’s acoustic field.

References

Медведєв, В.К., Коренівська, І.С., Хажанець, Ю.А., Салов, А.О. Безпілотні літальні апарати та їхній вплив на перебіг російсько-української війни // Наука і оборона. 2023. №2. С. 52–59.

Чому оптоволоконні безпілотники можуть схилити шальки терезів у війні між Україною та Росією. URL: https://vgi.com.ua/en/ukraine-russian-war-fiber-optics/?utm_source=chatgpt.com.

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. New York. 2019. Vol. 78, Issue 9. P. 771–781.

Олейников В.М., Зубков О.В., Карташов В.М., Коритцев I.В., Бабкин С.I., Шейко С.O. Дослідження ефективності виявлення і розпізнавання малорозмірних безпілотних літальних апаратів по їх акустичному ви-промінюванню // Радіотехніка. 2018. Вип. 195. С. 209–217.

Карташов В.М., Олейніков В.Н., Рябуха В.П., Бабкін С.И., Воронін В.В., Капуста А.И., Селєзнев И.С Методи комплексної обробки та інтерпретації радіолокаційних, акустичних, оптичних і інфрачервоних сигналів безпілотних літальних апаратів // Радіотехніка. 2020. Вип. 202. С. 173–182.

Карташов В.М., Олейніков В.М., Шейко С.О., Бабкін С.І., Коритцев І.В.., Зубков О.В. Особливості виявлення та розпізнавання малих безпілотних літальних апаратів // Радіотехніка. 2018. Вип. 195. С. 235–243.

Карташов В.М., Посошенко В.О., Воронін В.В., Колесник В.І., Капуста А.І., Рибников М.В., Першин Є.В. Методи виявлення-розпізнавання радіолокаційних, акустичних, оптичних і інфрачервоних сигналів безпі-лотних літальних апаратів // Радіотехніка. 2021. Вип. 205. С. 138–153.

Пат. 127007 Україна, МПК G 01 S 13/00 G 01 S 17/00. Радіоакустичний спосіб виявлення мало-помітних безпілотних літальних апаратів / В.В. Семенець та ін. № a 202004704 ; заявл. 24.07.2020 ; опубл. 08.03.2023 ; Бюл. № 10. 9 с.

Карташов В.М., Харченко О.І., Посошенко В.О., Колісник В.І., Єгоров А.Б., Тимошенко Л.П., Капус-та А.І. Виявлення безпілотних літальних апаратів з використанням розсіювання радіохвиль на акустичних обу-реннях середовища, що створюються літальними апаратами // Радіотехніка. 2021. Вип. 206. С. 122–130.

Карташов В.М., Посошенко В.О., Колісник В.І. та ін. Виявлення радіолокаційних сигналів, розсіяних на акустичних збуреннях, створюваних БПЛА // Радіотехніка. 2021. Вип. 207. С. 113–122.

Карташов В.М., Посошенко В.О., Колісник К.В., Колісник В.І., Бобнєв Р.О., Капуста А.И. Алгоритм оцінювання розподілу енергії радіолокаційних сигналів, які розсіюються на акустичних збуреннях, створених МБПЛА // Радіотехніка. 2022. Вип. 211. С. 16–25.

Борн М., Вольф Е. Основи оптики. 1973. 719 с.

Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. 1985. 196 с.

Дистанционные методы и средства исследования процессов в атмосфере Земли ; под ред. Б.Л. Канце-ва, Е.Г. Прошкина, М.Ф. Лагутина. Разд. 2. Радиоакустическое зондирование пограничного слоя атмосферы. Харьков : Коллегиум, 2002. С. 44–98.

Прошкин Б. Г. Определение основных метеорологических величин в пограничном слое атмосферы методом радиоакустического зондирования // Радиотехника. 1996. Вип. 100. С. 196–204.

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 // Радио-техника. 2017. Вип. 191. С. 181–187.

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.

Published

2025-09-18

How to Cite

Oleinikov, V. (2025). Peculiarities of detecting small-size unmanned aerial vehicles using the radioacoustic location method. Radiotekhnika, (222), 145–154. https://doi.org/10.30837/rt.2025.3.222.13

Issue

Section

Articles