Инженер НИИ «Прогноз» СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Екатерина Плотницкая
Математическая модель, разработанная исследователями СПбГЭТУ «ЛЭТИ», может помочь решить проблему радиолокационного распознавания малозаметных воздушных объектов.
Сегодня в мире во все сферы жизни активно внедряются беспилотные летательные аппараты (БПЛА, или дроны). Они могут использоваться для решения различных прикладных задач (картографирование, доставка полезного груза, разведка). Однако в руках злоумышленников дроны являются эффективным инструментом для проведения различных деструктивных операций (сбор информации на закрытых объектах инфраструктуры или в аэропортах). Для обнаружения дронов используются радиолокационные системы (РЛС), однако контроль воздушного пространства осложняет небольшой размер БПЛА: сигнал, отраженный от дрона, можно не заметить или спутать с сигналом от пролетающей мимо птицы (дроны летают с ними на одной высоте с сопоставимой скоростью). Поэтому сейчас разработчики радарных систем по всему миру занимаются поиском методов для точного обнаружения и распознавания беспилотников.
«Мы разработали математическую модель, которая позволяет описать параметры отраженного от дрона радиолокационного сигнала в зависимости от различных параметров как самого беспилотника, так и РЛС, используемой для его обнаружения. Анализ результатов моделирования, а также проведенных экспериментальных исследований показал наличие зависимостей структуры спектра отраженного сигнала от таких параметров РЛС, как бистатический угол, частота зондирующего сигнала, поляризация приемной и передающей антенн, а также от материала, из которого изготовлены пропеллеры дрона. Полученные результаты могут быть использованы в процессе разработки РЛС при выборе параметров, необходимых для обеспечения эффективного обнаружения беспилотников», - поясняет инженер НИИ систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций (НИИ «Прогноз») СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Екатерина Плотницкая.
Ученые cоздали модель, позволяющую имитировать сигналы, отраженные от винтомоторных воздушных объектов. Закономерности, выявленные с помощью моделирования, нашли подтверждение в ходе экспериментальных исследований. Измерения сигналов, отраженных от дронов, для «чистоты» проводились в специальной безэховой камере Центра коллективного пользования СПбГЭТУ «ЛЭТИ», которая позволяет минимизировать влияние помех от посторонних сигналов.
Так, исследователи выяснили, что способность обнаруживать дроны с помощью радиолокационных систем зависит от ряда параметров, в том числе от тех материалов, из которых изготовлены винты пропеллеров. Например, сигнал, отраженный от вращающихся карбоновых винтов, хорошо виден в большом диапазоне частот зондирующих сигналов, а для обнаружения дронов с пластиковыми винтами требуется использовать частоты сантиметрового диапазона и выше. Кроме того, исследователи обнаружили, что существует зависимость спектральных характеристик отраженного сигнала от положения дрона относительно приемника и передатчика РЛС.
Результаты исследований были опубликованы в сборнике материалов международной конференции по обработке сигналов Signal Processing Symposium 2021 (SPSympo 2021).
«Мы можем использовать разработанную модель для формирования набора модельных данных, необходимых как для предварительного выбора параметров и оценки характеристик разрабатываемой РЛС, так и для отладки алгоритмов распознавания дронов», - поясняет Екатерина Плотницкая.
В дальнейшем ученые планируют использовать имитационные данные, полученные с помощью разработанной модели, для обучения нейросетей в целях автоматизации процесса распознавания беспилотников.
Источник информации и фото: СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
