Block diagram of a multi-frequency radiometric complex for UAV detection in different meteorological conditions

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorRuzhentsev, Nikolay V.
dc.contributor.authorZhyla, Simeon S.
dc.contributor.authorPavlikov, Vladimir V.
dc.contributor.authorCherepnin, Gleb S.
dc.contributor.authorTserne, Eduard O.
dc.contributor.authorPopov, Anatoliy V.
dc.contributor.authorSobkolov, Anton D.
dc.date.accessioned2022-02-16T12:30:58Z
dc.date.available2022-02-16T12:30:58Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractenBackground. Technologies for the production of unmanned aerial vehicles (UAVs) of various classes are rapidly developing in Ukraine and the world. Small in terms of weight and dimensions and almost invisible for most information and measurement systems, UAVs began to be used in various industries - from the national economy to multimedia and advertising. Together with their useful application, new dangers and incidents have appeared - a collision of UAVs with people, structures, cultural monuments, the transportation of criminal goods, terrorist acts, flights over prohibited areas and within airports. UAV detection and control of their movement in populated areas and near critical objects are becoming one of the most important tasks of air traffic control services. The existing systems of the optical, acoustic and radar ranges cannot effectively perform such tasks in difficult meteorological conditions. As an addition to the already developed detection systems, it is proposed to use radiometric systems that register the UAV's own radio-thermal radiation. The authors have developed the theoretical foundations for the construction of multifrequency complexes necessary for the specification of their structural schemes. Objective. The purpose of the paper is development of a scheme for a multi-frequency radiometric complex for detecting UAVs in different meteorological conditions based on optimal algorithms. Methods. Analysis of the experience in the development of radiometric systems and methods for dealing with fluctuations in the gain of receivers, optimal operations for processing signals of intrinsic radio-thermal radiation, investigations of the probabilistic characteristics of detection and analysis of the domestic market of microwave technology developers will make it possible to develop a scheme of a multifrequency radiometric complex that will perform reliable measurements in various meteorological conditions. Results. A block diagram of a four-frequency radiometric complex is proposed, which can be implemented in practice and is capable of performing reliable measurements in various meteorological conditions. The frequencies 10 GHz, 20 GHz, 35 GHz, and 94 GHz were chosen as the resonant frequencies for tuning the radiometric receivers. For a given design and characteristics of receivers, the probabilities of detecting a UAV were calculated depending on the range of its flight. Conclusions. From the results of the analysis of the existing achievements in the development of radiometric systems in Ukraine and the elemental base of microwave components available on the market, it follows that the Ku and K bands have the worst characteristics of spatial resolution, but are all-weather. The Ka and W bands are highly sensitive to radio-thermal radiation against the background of a clear sky, but are completely "blind" in a cloudy atmosphere and in rain. The results of calculating the detection ranges with a probability of 0.9 lie in the range from 1 to 3 km, depending on the condition of the atmosphere. These results coincide with the known detection ranges of optical, acoustic and radar systems, but the selected parameters of the receivers do not correspond to potential world achievements and can be improved.uk
dc.description.abstractukПроблематика. В Україні та світі набули стрімкого розвитку технології виробництва безпілотних літальних апаратів (БПЛА) різного класу. Малі за масо-габаритними характеристиками та майже невидимі для більшості інформаційно-вимірювальних систем БПЛА стали використовуватись в різних галузях – від народного господарства до мультимедіа та реклами. Разом з корисним їх використанням з’явились нові небезпеки та інциденти – зіткнення БПЛА з людьми, спорудами, пам’ятниками культури, перевезення кримінальних товарів, терористичні акти, польоти над забороненими ділянками та в межах аеропортів. Виявлення БПЛА та контроль їх переміщення у населених пунктів та поблизу критичних об’єктів стає однією з найважливіших задач служб контролю руху повітряним простором. Існуючі системи оптичного, акустичного та радіолокаційного діапазонів не спроможні ефективно виконувати такі задачі в складних метеорологічних умовах. У якості доповнення до вже розвинутих систем виявлення пропонується використовувати радіометричні системи, що реєструють власне радіотеплове випромінювання БПЛА. Авторами були розроблені теоретичні основи побудови багаточастотних комплексів, необхідні для конкретизації їх структурних схем. Мета досліджень. Розробка схеми багаточастотного радіометричного комплексу виявлення БПЛА в різних метеорологічних умовах на основі оптимальних алгоритмів. Методика реалізації. Аналіз досвіду розробки радіометричних систем та методів боротьби з флуктуаціями коефіцієнту підсилення приймачів, оптимальні операції обробки сигналів власного радіотеплового випромінювання, дослідження ймовірнісних характеристик виявлення та аналіз вітчизняного ринку розробників НВЧ техніки дозволять розробити схему багаточастотного радіометричного комплексу, що виконуватиме надійні вимірювання в різних метеорологічних умовах. Результати досліджень. Запропоновано структурну схему чотирьохчастотного радіометричного комплексу, що може бути реалізований на практиці та здатний виконувати надійні вимірювання в різних метеорологічних умовах. У якості резонансних частот налаштування радіометричних приймачів були обрані частоти 10 ГГц, 20 ГГц, 35 ГГц і 94 ГГц. Для заданої конструкції та характеристик приймачів розраховані ймовірності виявлення БПЛА в залежності від дальності його польоту. Висновки. З результатів аналізу існуючих досягнень розвитку радіометричних систем в Україні та наявної на ринку елементної бази мікрохвильових компонентів випливає, що діапазон Ku та K має найгірші характеристики просторової роздільної здатності, але є всепогодними. Діапазони Ka і W мають високу чутливість до радіотеплового випромінювання на тлі ясного неба, але вони повністю «сліпі» при хмарній атмосфері та в дощ. Результати розрахунку відстаней виявлення з імовірністю 0,9 лежать у діапазоні від 1 до 3 кілометрів в залежності від стану атмосфери. Ці результати збігаються з відомими дальностями виявлення оптичних, акустичних та радіолокаційних систем, але при цьому обрані параметри приймачів не відповідають потенційним світовим досягненням і можуть бути покращені.uk
dc.format.pagerangePp. 50-57uk
dc.identifier.citationBlock diagram of a multi-frequency radiometric complex for UAV detection in different meteorological conditions / Nikolay V. Ruzhentsev, Simeon S. Zhyla, Vladimir V. Pavlikov, Gleb S. Cherepnin, Eduard O. Tserne, Anatoliy V. Popov, Anton D. Sobkolov // Information and telecommunication sciences : international research journal. – 2021. – Vol. 12, N. 2. – Pp. 50-57. – Bibliogr.: 21 ref.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2411-2976.22021.50-57
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/46538
dc.language.isoenuk
dc.publisherNational Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”uk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.sourceInformation and telecommunication sciences : international research journal, 2021, Vol. 12, N. 2uk
dc.subjectradiometryuk
dc.subjectUAV detectionuk
dc.subjectblock diagramuk
dc.subjectdetection rangeuk
dc.subjectрадіометріяuk
dc.subjectвиявлення БПЛАuk
dc.subjectструктурна схемаuk
dc.subjectдальність виявленняuk
dc.subject.udc621.396.96uk
dc.titleBlock diagram of a multi-frequency radiometric complex for UAV detection in different meteorological conditionsuk
dc.title.alternativeСтруктурна схема багаточастотного радіометричного комплексу виявлення БПЛА в різних метеорологічних умовахuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
247833-Article Text-569151-1-10-20211219.pdf
Розмір:
779.58 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Information and telecommunication sciences: international research journal, Vol. 12, N. 2