Виявлення-розпізнавання безпілотних літальних апаратів з використанням складовою моделі авторегресії їх акустичного випромінювання

Ключові слова: акустичний сигнал, модель авторегресії, спектральна щільність потужності, виявлення, розпізнавання, безпілотний літальний апарат

Анотація

При вирішенні актуального завдання виявлення за власним акустичному випромінюванню (АВ) безпілотних літальних апаратів (БПЛА), що представляють потенційну загрозу для різних областей діяльності людини, виникає необхідність виділення його сигналу серед всіх інших акустичних шумів. Застосування для цієї мети широко поширеною на практиці моделі авторегресії утруднено необхідністю використовувати значні порядки моделі, оскільки відмітні ознаки акустичного сигналу БПЛА, що відрізняють його від інших сигналів, розташовані в низькочастотної області спектра. У статті запропоновано використання складовою моделі авторегресії, яка адекватно описує кореляційні властивості сигналу на значних часових інтервалах, і забезпечує підвищення спектрального дозволу в області низьких частот. Проведено експериментальні дослідження з використанням запропонованої математичної моделі, які показали істотні відмінності спектральної щільності потужності (СЩП) АВ БПЛА від СЩП шумів різних джерел, що дозволило підвищити якісні характеристики рішення задачі виявлення-розпізнавання БПЛА. Запропоновано спрощена процедура визначення частот піків СЩП довготривалої моделі авторегресії без обчислення спектра, яку доцільно використовувати при роботі в реальному масштабі часу.

Біографії авторів

В. А. Тихонов, Харківський національний університет радіоелектроніки

Професор кафедри медіаінженерії та інформаційних радіоелектронних систем, доктор фізико-математичних наук

В. М. Карташов, Харківський національний університет радіоелектроніки

Завідувач кафедри медіаінженерії та інформаційних радіоелектронних систем, доктор технічних наук, професор

В. М. Олейніков , Харківський національний університет радіоелектроніки

Професор кафедри медіаінженерії та інформаційних радіоелектронних систем , кандидат технічних наук, доцент

В. І. Леонідов , Харківський національний університет радіоелектроніки

Провідний науковий співробітник кафедри біомедичної інженерії, кандидат технічних наук

Л. П. Тимошенко , Харківський національний університет радіоелектроніки

Професор кафедри медіаінженерії та інформаційних радіоелектронних систем , кандидат технічних наук, доцент

І. С. Селезньов, Харківський національний університет радіоелектроніки

Інженер та аспірант кафедри медіаінженерії та інформаційних радіоелектронних систем

М. В. Рибников , Харківський національний університет радіоелектроніки

студент кафедри медіаінженерії та інформаційних радіоелектронних систем

Посилання

Перечень ссылок

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

Kartashov V.M., Oleynikov V.N, Sheyko S.A., Babkin S.I., Koryttsev I.V., Zubkov O.V. Peculiarities of small unmanned aerial vehicles detection and recognition. Telecommunications and Radio Engineering (English translation of Elektrosvyaz and Radiotekhnika). Volume 78, Issue 9, 2019, Pages 771-781.

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 Radiotekhnika), V.77 (10), 2018, pp. 915-924.

Даник Ю.В., Бугаєв М.В. Аналіз ефективності виявлення тактичних безпілотних літальних апаратів за пасивними та активними засобами спостереження // Збірник наукових праць ЖВІ ДУТ. Інформаційні системи. Випуск 10. - 2015. - С.5-20.

Мошков П.А., Беляев И.В., Остриков Н.Н. Экспериментальное исследование акустических характеристик беспилотного летательного аппарата в заглушенной камере АК-2 // XI Интерн. научная конф. по беспилотной авиации "ГидроавиаСалон-2016", Геленджик, 23-24 сентября 2016 года. Тез. док. - М. : ЦАГИ, 2016. - С. 45.

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. - P. 1-14.

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.

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, Pages 392-396.

Pham T. TTCP AG-6: Acousting detection and tracking of UAVs / T.Pham, N.Srour // U.S. Army Research Laboratory. Proc. of SPIE. - 2004. - Vol. 54. - P. 24–29.

Zelnio A.M. Detection of small aircraft using an acoustic array. Thesis. B.S. – Electrical Engineering, Wright State University, 2007. - 55 p.

A. Bernardini, F. Mangiatordi, E.Pallotti, L. Capodiferro; F. Ugo Bordoni. Drone detection by acoustic signature identification. - Electronic Imaging, Imaging and Multimedia Analytics in a Web and Mobile World. 2017. - pp. 60-64.

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 (English translation of Elektrosvyaz and Radiotekhnika) Volume 78, Issue 9, 2019, Pages 759-770.

Олейников В.Н., О.В. Зубков О.В., Карташов В.М., Корытцев И.В., Бабкин С.И., Шейко С.А., Селезнев И.С. Экспериментальная оценка эффективности алгоритмов определения направления беспилотных летательных аппаратов на основе акустического излучения// Радиотехника. Всеукр. межв. научн.- техн. сб. - 199. - 2019, p. 29-37.

Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов: Пер. с англ. - М. : Мир, 1974. - Вып.1. - 406 с.

Шпилевский Э.К. Оптимальная классификация наблюдений случайных процессов // Статистический проблемы управления. - Вильнюс: ИМиК АН ЛССР. - 1971. - № 1. - С. 61–75.

Шпилевский Э.К. Принципы динамической классификации стохастических процессов и систем // Статистические проблемы управления. - Вильнюс: ИМиК АН ЛССР. - 1973. - № 28. - 139 с.

Атамукас М.С., Гродинкас Г. Динамическое распознавание в технической диагностике электродвигателей~// Статистические проблемы управления. - Вильнюс: ИМиК АН ЛССР. - 1982. - № 56. - С. 65–92.

Конюхов В., Шепель В., Шпилевский Э.К. Распознавание состояния авиационного ГТД методом динамической классификации процессов, протекающих в двигателе //Статистические проблемы управления. - Вильнюс ИМиК АН ЛССР. - 1982. - № 56. - С. 112–121.

Конюхов В., Малинаускас З., Шепель В. Обнаружение быстро развивающихся неисправностей авиационных газотурбинных двигателей //Статистические проблемы управления. - Вильнюс: ИМиК АН ЛССР. - 1983. - № 61. - С. 29–35.

Омельченко В.А., Безрук В.М., Коваленко Н.П. Распознавание заданных радиосигналов при наличии неизвестных сигналов на авторегрессионной основе // Радиотехника. - 2001. - № 123. - С. 195–199.

Дробахин О.О. Автоматизация процесса распознавания сигналов дефектоскопа на основе модели линейного предсказания // Дефектоскопия. - 1985. - № 10. - С. 64–67.

Рамишвили Г.С. Автоматическое распознавание говорящего по голосу. - М. : Радио и связь, 1981. - 224 с.

Rabiner L.R, Levinson S.E. Isolated and Connected Word Recognition – Theory and Selected Applications // IEEE Transactions on Communications. - 1981. - Vol. Com–29, № 5. - P. 621–659.

Ли У. Методы автоматического распознавания речи: Пер. с англ. - М. : Мир, 1983. - 328 с.

Шпилевский Э.К. Опознавание динамических систем в обстановке помех // Автоматика и телемеханика. - 1974. - № 12. - С. 60–71.

Тихонов В.А., Нетребенко К.В. Параметрическая оценка спектров третьего порядка смеси негауссова сигнала и гауссовой коррелированной помехи // Радиоэлектроника (Изв. вузов). - 2005. - №2. - С. 35–43.

Тихонов В.А., Нетребенко К.В. Оценивание спектра негауссова сигнала на фоне гауссова белого шума с помощью кумулянтных функций // Радиоэлектроника и информатика. - 2004. - №4. - С. 10–14.

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

Тихонов В.А., Филь И.О. Модель составных векторних случайных процессов в задаче распознавания сигналов //Радиотехника. Всеукр.межвед.науч.-техн. Сб. - Вып. 178/2014. - С. 93-96.

V.А. Тikhonov, К.V. Netrebenko, and I.О. Fil. Correlation Analysis of Compound Vector Random Processes// Telecommunications and Radio Engineering, Begell House Inc., New York City, USA, 2015, Vol. 74, #13, pp. 1167 – 1173.

Кармалита В.А. Цифровая обработка случайных колебаний. - М: Машиностроение, 1986. - 80 с.

Tykhonov V. A., Kudriavtseva N. V., Chmelar P. Factorization of speech signals parametric spectra using multiplicative linear prediction models. Proceedings Elmar. 57th International Symposium ELMAR-2015, Zadar, 28-30 September 2015.

{References

Koshkin R. P. (2016) Unmanned aircraft systems Moscow: Strategic Priorities, 676 p. (In Russ.)

Kartashov V. M., Oleynikov V. N., Sheyko S. A., Babkin S. I., Korytsev I. V. and Zubkov O. V. (2019) Peculiarities of small unmanned aerial vehicles detection and recognition. Telecommunications and Radio Engineering, Vol. 78, Iss. 9, pp. 771-781. DOI: 10.1615/telecomradeng.v78.i9.30

Kartashov V. M., Oleynikov V. N., Sheiko S. A., Babkin S. I., Korytsev I. V., Zubkov O. V. and Anokhin M. A. (2018) Information characteristics of sound radiation of small unmanned aerial vehicles. Telecommunications and Radio Engineering, Vol. 77, Iss. 10, pp. 915-924. DOI: 10.1615/telecomradeng.v77.i10.70

Danyk Yu. V. and Bugaev M. V. (2015) Analysis of the effectiveness of detection of tactical unmanned aerial vehicles by passive and active means of observation, Zbirnyk naukovykh prats' ZHVI DUT. Informatsiyni systemy''15 Iss. 10, pp. 5-20.

Moshkov P. A., Belyaev I. and Ostrikov N. N. (2016) Experimental study of acoustic characteristics of a pilotless aircraft in a drowned AK-2 chamber, HydroaviaSalon-2016 Moscow: TsAGI, p. 45.

Marino L. (2010) Experimental analysis of UAV-propellers noise, 16th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, University «La Sapienza», pp. 1-14.

Kozeruk S. O. and Korzhyk O. V. (2019) Detection Small Aircraft by Acoustic Radiation. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, Iss. 76, pp. 15-20. DOI: 10.20535/radap.2019.76.15-20

Kartashov V., Oleynikov V., Koryttsev I., Zubkov O., Babkin S. and Sheiko S. (2018) Processing and Recognition of Small Unmanned Vehicles Sound Signals. 2018 International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T), pp. 392-396. DOI: 10.1109/infocommst.2018.8632162

Pham T. and Srour N. (2004) TTCP AG-6: acoustic detection and tracking of UAVs. Proc. SPIE 5417, Unattended/Unmanned Ground, Ocean, and Air Sensor Technologies and Applications VI. DOI: 10.1117/12.548194

Zelnio A. M. (2007) Detection of small aircraft using an acoustic array Thesis. B.S., Wright State University, 55 p.

Bernardini A., Mangiatordi F., Pallotti E. and Capodiferro L. (2017) Drone detection by acoustic signature identification. Electronic Imaging, Vol. 2017, Iss. 10, pp. 60-64. DOI: 10.2352/issn.2470-1173.2017.10.imawm-168

Oleynikov V. N., Zubkov O. V., Kartashov V. M., Korytsev I. V., Babkin S. I. and Sheiko S. A. (2019) INVESTIGATION OF DETECTION AND RECOGNITION EFFICIENCY OF SMALL UNMANNED AERIAL VEHICLES ON THEIR ACOUSTIC RADIATION. Telecommunications and Radio Engineering, Vol. 78, Iss. 9, pp. 759-770. DOI: 10.1615/telecomradeng.v78.i9.20

Oleynikov V. N., Zubkov O. V., Kartashov V. M., Korytsev I. V., Babkin S. I., Sheiko S. A. and Seleznev I.S. (2019) Experimental evaluation of effectiveness of algorithms for direction findingof unmanned aerial vehicles based on acoustic radiation. Radiotekhnika Iss. 199, p. 29-37.

Boxing J. and Jenkins G. (1974) Analysis of time series Moskow, Mir, Iss. 1, 406 p.

Shpilevsky E. K. (1971) Optimal classification of observations of random processes, Statistical control problems No. 1, pp. 61–75.

Shpilevsky E. K. (1973) Principles of dynamic classification of stochastic processes and systems, Statistical control problems No. 28, 139 p.

Atamukas M. and Grodinkas G. (1982) Dynamic recognition in the technical diagnosis of electric motors, Statistical control problems No. 56, pp. 65–92.

Konyukhov V., Shepel V. and Shpilevsky E.K. (1982) Recognition of the state of an aircraft gas turbine engine by the method of dynamic classification of processes occurring in an engine, Statistical control problems No. 56, pp. 112–121.

Konyukhov V., Malinauskas Z. and Shepel V. (1983) Detection of rapidly developing malfunctions of aircraft gas turbine engines Statistical control problems No. 61, pp. 29–35.

Omelchenko V.A., Bezruk V.M. and Kovalenko N.P. (2001) Recognition of preset radio signals in the presence of unknown signals on an autoregressive basis // Radio Engineering No. 123, pp. 195-199.

Drobakhin O. O. (1985) Automation of the recognition process of flaw detector signals based on the linear prediction model Flaw detection, No. 10, pp. 64–67.

Ramishvili G. S. (1981) Automatic recognition of the speaker by voice, Moskow, Radio and communications, 224 p.

Rabiner L. and Levinson S. (1981) Isolated and Connected Word Recognition--Theory and Selected Applications. IEEE Transactions on Communications, Vol. 29, Iss. 5, pp. 621-659. DOI: 10.1109/tcom.1981.1095031

Lee W. (1983) Methods of automatic speech recognition Moskow, Mir, 328 p.

Shpilevsky E.K. (1974) Identification of dynamic systems in a jamming environment, Automation and Remote Control No. 12, pp. 60–71.

Tykhonov V.A., Kudriavtseva N.V., Netrebenko K.V. and Chmelar P. (2015) The non-Gaussian signals' spectra estimation against a background of Gaussian correlated interference. 2015 25th International Conference Radioelektronika (RADIOELEKTRONIKA), . DOI: 10.1109/radioelek.2015.7129067

Tikhonov V. A. and Netrebenko K. V. (2004) Spectrum estimation of a non-Gaussian signal against a background of Gaussian white noise using cumulant functions, Radioelectronics and Informatics No. 4, pp. 10-14.

Marpl S. L. (1990) Digital spectral analysis and its applications Moskow, Mir, 584 p.

Tikhonov V. A. and Fil I. O. (2014) A model of composite vector random processes in the signal recognition problem Radio engineering. Iss. 178, pp. 93-96.

Tikhonov V. A., Netrebenko K. V. and Fil I. (2015) CORRELATION ANALYSIS OF COMPOUND VECTOR RANDOM PROCESSES. Telecommunications and Radio Engineering, Vol. 74, Iss. 13, pp. 1167-1173. DOI: 10.1615/telecomradeng.v74.i13.40

Karmalita V.A. (1986) Digital random processing Moskow, Mechanical Engineering, 80 p.

Tykhonov V. A., Kudriavtseva N. V. and Chmelar P. (2015) Factorization of speech signals parametric spectra using multiplicative linear prediction models. 2015 57th International Symposium ELMAR (ELMAR). DOI: 10.1109/elmar.2015.7334504

Опубліковано
2020-06-30
Як цитувати
Тихонов, В. А., Карташов, В. М., Олейніков , В. М., Леонідов , В. І., Тимошенко , Л. П., Селезньов, І. С. і Рибников , М. В. (2020) «Виявлення-розпізнавання безпілотних літальних апаратів з використанням складовою моделі авторегресії їх акустичного випромінювання», Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, (81), с. 38-46. doi: 10.20535/RADAP.2020.81.38-46.
Номер
Розділ
Теорія та практика радіовимірювань