Overview of Detection and Localization Methods of Small Unmanned Aerial Vehicles

Authors

DOI:

https://doi.org/10.20535/RADAP.2021.87.46-55

Keywords:

drone, small unmanned aerial vehicle, UAV, detection, maximum detection range

Abstract

Unmanned aerial vehicles (UAV) or drones are widely used in many areas, but at the same time, the number of offenses with their use began to overgrow. Therefore, the problem of detecting drones is relevant. The study presented in the article aims to compare and critically analyze the main methods and means of detecting small unmanned aerial vehicles. The paper explored the potential of the following drone detection methods: optical, radar, and acoustic methods. The optical method has been found to involve high-resolution cameras during daylight hours but is too dependent on natural environmental factors such as rain or fog. In the dark, infrared optical devices are usually used to detect drones. The main disadvantages of this approach are the low maximum range of target detection and absorption of infrared radiation by the atmosphere, except for ''windows'' with the wavelengths limits of 3-4 and 8-12 mm. As a result of the above calculations, the range of target determination by the optical method is about 230 meters, and with the use of an IR receiver, 73 meters. The radar methods are divided into active and passive. Radar systems can operate at any time of the day and allow detecting low-flying aircraft at distances of up to several kilometers (9.3 km). By analyzing the spectrum of the RF signal, we can get the most detailed information about the target. The main disadvantage of radar methods is that all radars do not work in the near-field zone. It has been determined that acoustic sensors allow efficient detection of small unmanned aerial vehicles, despite the topography of the environment, but the results depend on the available acoustic background noise and interference. The effective target detection range is about 75 meters. The article compares the calculation results, based on experimental data, of the detection range of the small unmanned aerial vehicle «DJI Mini 2 Fly More Combo». In conclusion, the study specifies that the most effective approach is a combination of known methods for detecting UAVs, and recommendations are given regarding the construction of such systems. 

References

Перелік посилань

Dalamagkidis K. Classification of UAVs / K. Dalamagkidis // Handbook of Unmanned Aerial Vehicles. — 2015. — pp. 83-91.

Соловьев В. А. Проблемы обнаружения беспилотных летательных аппаратов оптикоэлектронными устройствами / В. А. Соловьев, А. В. Купреев, М. В. Жендарев, И. В. Якименко // Электронный математический и медикобиологический журнал. — 2011. — Т. 10, Вып. №3. — С. 1–13.

Даник Ю. Г. Аналіз ефективності виявлення тактичних безпілотних літальних апаратів пасивними та активними засобами спостереження / Ю. Г. Даник, М. В. Бугайов // зб. наук. пр. ''Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем''. — 2015. — Вип. №10. — С. 5-20.

Торопчин А. Я. Довідник з протиповітряної оборони / А. Я. Торопчин, І. О. Романенко, Ю. Г. Даник та ін. — К.: МО, 2003. — 366 с.

Лепіх Я. І. Оптико-електронні системи ближньої локації: монографія / Я. І. Лепіх, В. І. Сантоній, Л. М. Будіянська та інш. За редакцією Лепіха Я. І. — Од: Одес. нац. ун-т ім. І. І. Мечникова, 2019. — 294 с.

Сухаревський О. І. Розрахунок радіолокаційних характеристик моделі безпілотного літального апарату RQ-1 “PREDATOR”/ О. І. Сухаревський, В. О. Василець, Я. О. Белевщук, К. І. Ткачук // Системи обробки інформації. — 2012. — Вип. 5(103). — с. 68-72.

Михайлов А. А. Применение оборудования охранных телевизионных систем в условиях ограниченной видимости или других дестабилизирующих факторов / А.А. Михайлов, А. В. Котельников, Ю. В. Тарасова, М. В. Ванжа, А. А. Никитина, А. Г. Зайцева. — М.: НИЦ ''Охрана'', 2015. — 111 с.

Austin R. Unmanned aircraft systems: UAVS design, development and deployment / R. Austin. — Chichester, UK: John Wiley and Sons Ltd, 2010. — Р. 113–127.

Гришин Ю. П. Радиотехнические системы: учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / Ю. П. Гришин, В. П. Ипатов, Ю. М. Казаринов и др. — М.: Высшая школа, 1990. — 496 с.

Таблиця спектральних коефіцієнтів випромінювання. https://www.icsgroup.ru/upload/iconsult/301/Fluke_emissivity_factor.pdf.

Быстров Р. П. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Р. П. Быстров, Г. К. Загорин, А. В. Соколов, Л. В. Фёдорова. — М.: Радиотехника, 2008. — С. 318.

Ширман Я. Д. Теоретические основы радиолокации / Я. Д. — М. : Сов. радио, 1970. — 561 c.

Beel J. J. Anti-UAV Defense For Ground Forces and Hypervelocity Rocket Lethality Models / J. J. Beel. – Monterey, California : Naval Postgraduate School, 1992. — Р. 36–46.

Куприянов А. И. Радиоэлектронные системы в информационном конфликте / А. И. Куприянов, А. В. Сахаров. – М.: Вузовская книга, 2003. — 528 с.

Самохин В. Ф. Экспериментальное исследование источников шумности беспилотного летательного аппарата с винто-кольцевым движителем в толкающей компоновке / В. Ф. Самохин, С. П. Остроухов, П. А. Мошков // Электронный журнал «Труды МАИ». — 2012. — Вып. № 70. — С. 1–24.

Козерук С. О. Виявлення малих літальних апаратів за акустичним випромінюванням / С. О. Козерук, О. В. Коржик // Вiсник НТУУ ''КПI''. Серiя Радiотехнiка, Радiоапаратобудування. — 2019. — Вип.76. – с.15-20

Горбунов В. А. Эффективность обнаружения целей / В. А. Горбунов — М.: Военное издательство, 1979. — 160 c.

References

Dalamagkidis K. (2015). Classification of UAVs. Handbook of Unmanned Aerial Vehicles, pp 83-91. DOI:10.1007/978-90-481-9707-1-94.

Solovjov V. A., Kypreev A. V., Zhendarev M. V. and Yakimenko I. V.(2011). Detection problems pilotless flying machines optiko-electronic devices. Mathematical morphology. Electronic mathematical and biomedical journal, Vol. 10, Iss. 3, pp. 1–13. [In Russian].

Danik Yu. G., Bugayov M. V. (2015). Analysis of the effectiveness of the appearance of tactful, unpowered lithal devices by passive and active means of caution. Problems of creation, testing, application and operation of complex information systems, Iss. 10, pp. 5-20. [In Ukrainian].

Toropchyn A. Ya., Romanenko I. O., Danyk Ju. Gh. and Pashhenko R. E. (2003). Dovidnyk z protypovitrianoi oborony [Air Defense Reference Book], Kyiv, 366 p. [In Ukrainian].

Lepich Ya. I., Santoniy V. I., Budiyanska L. M., Ivanchenko I. O. and Yanko V. V. (2019). Optyko-elektronni systemy blyzhnoyi lokatsiyi: monohrafiya [Optical-electronic systems of near location: monograph]. Odessa: Odessa I.I. Mechnikov National University, 294 p. ISBN 978-617-689-298-4. [In Ukrainian].

Sukharevsky O. I., Vasilets V. O., Belevshchuk Ya. O. and Tkachuk K. I. (2012). Calculation of radar characteristics of the RQ-1 “PREDATOR” unmanned aerial vehicle model. Information Processing Systems, Iss. 5(103), pp. 68-72. ISSN: 1681-7710. [In Ukrainian].

Mikhailov A. A., Kotelnikov A. V., Tarasova Yu. V., Vanzha M. V., Nikitina A. A. and Zaitsev A. G. (2015). Primeneniye oborudovaniya okhrannykh televizionnykh sistem v usloviyakh ogranichennoy vidimosti ili drugikh destabiliziruyushchikh faktorov [The use of security television systems equipment in conditions of limited visibility or other destabilizing factors.] Mosсow, NITS «Okhrana», 111 p. Р 78.36.049-2015. [In Russian].

Austin R. (2010). Unmanned Aircraft Systems: UAVS Design, Development and Deployment. Chichester, UK: John Wiley and Sons Ltd., pp. 113–127. DOI:10.1002/9780470664797.

Grishin Yu. P., Ipatov V. P., Kazarinov Yu. M. et al. (1990). Radiotekhnicheskiye sistemy: uchebnik dlya vuzov po spetsialnosti «Radiotekhnika» [Radio engineering systems: Textbook for universities in the specialty ''Radio Engineering''.] Moscow, Graduate school, 496 p. ISBN 5-06-000687-5. [In Russian].

Emissivity values of common materials (2008). Available at: https:// www.icsgroup.ru/upload/iconsult/301/ Fluke- emissivity-factor.pdf.

Bystrov R. P., Sokolov A. V. (2008). Passivna radioelectronica. Metodi obnaryusheniya ob'ektov [Passive radar. Object detection methods]. Mosсow, Radiotekhnika, 318 p. ISBN 978-5-88070-186-5. [In Russian].

Shirman Ya. D. (1970). Teoreticheskiye osnovy radiolokatsii [Theoretical foundations of radar ]. Moscow, Soviet radiо, 561 p. [In Russian].

Beel J. J. (1992). Anti-UAV Defense Requirements for Ground Forces and Hypervelocity Rocket Lethality Models. Monterey, California: Naval Postgraduate School, pp. 36–46. A.N: ADA252727.

Kupriyanov A. I., Sakharov A. V. (2003). Radioelektronnyye sistemy v informatsionnom konflikte [Electronic systems in information conflict]. Moscow, Vuzovskaya kniga, 528 p. ISBN 978-5-89522-456-4. [In Russian].

Samokhin V. F., Ostroukhov S. P., Moshkov P. A. (2012). Experimental study of the sources of noise of an unmanned aerial vehicle with a propeller-ring propeller in a pushing arrangement. Electronic journal «Trudy MAI», Moscow, Iss. 70, pp.1-24. [In Russian].

Kozeruk S.O., Korzhyk O. V. (2019). Detection Small Aircraft by Acoustic Radiation. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, Vol. 76, pp. 15-20. DOI: 10.20535/RADAP.2019.76.15-20. [In Ukrainian].

Gorbunov V. A. (1979). Effektivnost obnaruzheniya tseley [Target detection efficiency]. Moscow, Voyennoye izdatelstvo Ministerstva oborony SSSR, 160 p. [In Russian].

Published

2021-12-30

How to Cite

Сокольський С. O. and Мовчанюк , А. В. (2021) “Overview of Detection and Localization Methods of Small Unmanned Aerial Vehicles”, Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, (87), pp. 46-55. doi: 10.20535/RADAP.2021.87.46-55.

Issue

Section

Telecommunication, navigation, radar systems, radiooptics and electroacoustics