Використання Software-Defined Radio приймачів для визначення координат малопомітних повітряних об’єктів

Автор(и)

  • Геннадій Володимирович Худов Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-3311-2848
  • Олександр Васильович Костянець Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0009-0002-8936-2544
  • Олександр Володимирович Kovalenko Центральноукраїнський національний технічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-9297-0650
  • Олег Володимирович Масленко Науково-дослідний інститут воєнної розвідки, Україна https://orcid.org/0000-0001-6963-6574
  • Юрий Станиславович Соломоненко Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба, Україна https://orcid.org/0000-0002-6503-7475

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286466

Ключові слова:

малопомітний повітряний об’єкт, Software-Defined Radio, приймач, визначення координат, точність

Анотація

Об’єктом дослідження є процес визначення координат малопомітних повітряних об’єктів. Основна гіпотеза дослідження полягала в тому, що сигнали, що випромінюються бортовими системами малопомітних для радіолокаційних станцій повітряних об’єктів, мають більшу потужність, ніж відбитий від повітряного об’єкту сигнал. Це, в свою чергу, дозволить підвищити відношення сигнал/шум та, відповідно, точність визначення координат малопомітних повітряних об’єктів. Для прийому таких сигналів, що випромінюються бортовими системами малопомітних повітряних об’єктів, запропоновано використовувати Software-Defined Radio приймачі.

Встановлено, що основними джерелами сигналів для Software-Defined Radio приймачів є сигнали командного, телеметричного, цільового каналів, каналів ручного управління та супутникової навігації. Встановлено, що додатковою розпізнавальною ознакою при визначенні координат малопомітних повітряних об’єктів є унікальність їх спектрів та спектрограм.

Удосконалено метод визначення координат малопомітних повітряних об’єктів при використанні Software-Defined Radio приймачів, який, на відміну від відомих, передбачає:

– використання у якості сигналів для Software-Defined Radio приймачів сигналів бортового обладнання малопомітного повітряного об’єкту;

– використання апріорних значень координат малопомітного повітряного об’єкту;

– проведення додаткового спектрального аналізу сигналів бортових систем малопомітного повітряного об’єкту.

Експериментально визначені спектри та спектрограми сигналів бортових систем повітряних об’єктів при використанні ненаправленої та направленої антен. Проведені експериментальні дослідження підтверджують можливість використання Software-Defined Radio приймача для прийому сигналів бортової апаратури повітряних об’єктів та підвищення відношення сигнал/шум.

Проведено оцінювання точності визначення координат повітряних об’єктів при використанні Software-Defined Radio приймачів. Встановлено зменшення похибки визначення площинних координат системою Software-Defined Radio приймачів у порівнянні з точністю визначення координат радіолокаційною станцією П-19МА в середньому в 1,88–2,47 разів в залежності від дальності до повітряного об’єкту

Біографії авторів

Геннадій Володимирович Худов, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Доктор технічних наук, професор, начальник кафедри

Кафедра тактики радіотехнічних військ

Олександр Васильович Костянець, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра озброєння радіотехнічних військ

Олександр Володимирович Kovalenko, Центральноукраїнський національний технічний університет

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра кібербезпеки та програмного забезпечення

Олег Володимирович Масленко, Науково-дослідний інститут воєнної розвідки

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Науково-організаційний відділ

Юрий Станиславович Соломоненко, Харківський національний університет Повітряних Сил імені Івана Кожедуба

Кандидат технічних наук, заступник начальника факультету з навчальної та наукової роботи

Факультет радіотехнічних військ протиповітряної оборони

Посилання

  1. Erl, J. (2022). Sensing digital objects in the air: Ultraleap introduces new technology. Available at: https://mixed-news.com/en/sensing-digital-objects-in-the-air-ultraleap-introduces-new-technology/
  2. Sample, I. (2023). What do we know about the four flying objects shot down by the US? Available at: https://www.theguardian.com/world/2023/feb/13/what-do-we-know-about-the-four-flying-objects-shot-down-by-the-us
  3. Carafano, J. J. (2022). Rapid advancements in military tech. Available at: https://www.gisreportsonline.com/r/military-technology
  4. Stilwell, B. (2023). 4 Amazing Military Aviation Technologies We'll See in the Near Future. Available at: https://www.military.com/off-duty/4-amazing-military-aviation-technologies-well-see-near-future.html
  5. Globa, L., Dovgyi, S., Kopiika, O., Kozlov, O. (2022). Approach to Uniform Platform Development for the Ecology Digital Environment of Ukraine. Lecture Notes in Networks and Systems, 83–100. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-16368-5_4
  6. Orlan-10 Uncrewed Aerial Vehicle (UAV). Available at: https://www.airforce-technology.com/projects/orlan-10-unmanned-aerial-vehicle-uav/#catfish
  7. Russia behind the UAV technology curve (2021). Available at: https://issuu.com/edrmag/docs/edr_58_-_web/s/12783061
  8. Chang, L. ZALA Lancet. Loitering munition. Available at: https://www.militarytoday.com/aircraft/lancet.htm
  9. Chopra, A. (2022). Next gen military technologies. Available at: https://www.sps-aviation.com/story/?id=3161&h=Next-Gen-Military-Technologies
  10. Wang, H., Cheng, H., Hao, H. (2020). The Use of Unmanned Aerial Vehicle in Military Operations. Lecture Notes in Electrical Engineering, 939–945. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-15-6978-4_108
  11. Richards, M. A., Scheer, J. A., Holm, W. A. (2010). Principles of modern radar. Vol. I. Basic principles. Raleigh: SciTech Publishing, 924. doi: https://doi.org/10.1049/sbra021e
  12. Khudov, H., Zvonko, A., Kovalevskyi, S., Lishchenko, V., Zots, F. (2018). Method for the detection of small­sized air objects by observational radars. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (92)), 61–68. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.126509
  13. Melvin, W. L., Scheer, J. A. (2013). Principles of modern radar. Vol. II. Advanced techniques. Raleigh: SciTech Publishing, 846. doi: https://doi.org/10.1049/sbra020e
  14. Melvin, W. L., Scheer, J. A. (2014). Principles of modern radar. Vol. III. Radar applications. Raleigh: SciTech Publishing, 820. doi: https://doi.org/10.1049/sbra503e
  15. Bezouwen, J., Brandfass, M. (2017). Technology Trends for Future Radar. Available at: https://www.microwavejournal.com/articles/29367-technology-trends-for-future-radar
  16. Lishchenko, V., Kalimulin, T., Khizhnyak, I., Khudov, H. (2018). The Method of the organization Coordinated Work for Air Surveillance in MIMO Radar. 2018 International Conference on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo). doi: https://doi.org/10.1109/ukrmico43733.2018.9047560
  17. Khudov, H. et. al. (2020). The Coherent Signals Processing Method in the Multiradar System of the Same Type Two-coordinate Surveillance Radars with Mechanical Azimuthal Rotation. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 8 (6), 2624–2630. doi: https://doi.org/10.30534/ijeter/2020/66862020
  18. Marpl-ml, S. L. (1990). Tsifrovoy spektral'niy analiz i ego. Mosocw: Mir, 584.
  19. Klimov, S. A. (2013). Metod povysheniya razreshayuschey sposobnosti radiolokatsionnykh sistem pri tsifrovoy obrabotke signalov. Zhurnal radioelektroniki, 1. Available at: http://jre.cplire.ru/jre/jan13/1/text.html
  20. Bhatta, A., Mishra, A. K. (2017). GSM-based commsense system to measure and estimate environmental changes. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 32 (2), 54–67. doi: https://doi.org/10.1109/maes.2017.150272
  21. Neyt, X., Raout, J., Kubica, M., Kubica, V., Roques, S., Acheroy, M., Verly, J. G. (2006). Feasibility of STAP for Passive GSM-Based Radar. 2006 IEEE Conference on Radar. doi: https://doi.org/10.1109/radar.2006.1631853
  22. Willis, N. J. (2004). Bistatic Radar. IET. doi: https://doi.org/10.1049/sbra003e
  23. Lishchenko, V., Khudov, H., Tiutiunnyk, V., Kuprii, V., Zots, F., Misiyuk, G. (2019). The Method of Increasing the Detection Range of Unmanned Aerial Vehicles In Multiradar Systems Based on Surveillance Radars. 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). doi: https://doi.org/10.1109/elnano.2019.8783263
  24. Ruban, I., Khudov, H., Lishchenko, V., Pukhovyi, O., Popov, S., Kolos, R. et al. (2020). Assessing the detection zones of radar stations with the additional use of radiation from external sources. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (9 (108)), 6–17. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.216118
  25. Leshchenko, S., Kolesnik, O., Gricaenko, S., Burkovsky, S. (2017). Use of the ADS-B information in order to improve quality of the air space radar reconnaissance. Nauka i tekhnika Povitrianykh Syl Zbroinykh Syl Ukrainy, 3 (28), 69–75. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Nitps_2017_3_11
  26. Khudov, H., Diakonov, O., Kuchuk, N., Maliuha, V., Furmanov, K., Mylashenko, I. et al. (2021). Method for determining coordinates of airborne objects by radars with additional use of ADS-B receivers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (9 (112)), 54–64. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.238407
  27. LORAN-C. Available at: https://skybrary.aero/articles/loran-c
  28. Multilateration (MLAT) Concept of Use. Available at: https://www.icao.int/APAC/Documents/edocs/mlat_concept.pdf
  29. Neven, W. H., Quilter, T. J., Weedon, R., Hogendoorn, R. A. (2005). Wide Area Multilateration Report on EATMP TRS 131/04 Version 1.1. Available at: https://www.eurocontrol.int/sites/default/files/2019-05/surveilllance-report-wide-area-multilateration-200508.pdf
  30. Mantilla-Gaviria, I. A., Leonardi, M., Balbastre-Tejedor, J. V., de los Reyes, E. (2013). On the application of singular value decomposition and Tikhonov regularization to ill-posed problems in hyperbolic passive location. Mathematical and Computer Modelling, 57 (7-8), 1999–2008. doi: https://doi.org/10.1016/j.mcm.2012.03.004
  31. Schau, H., Robinson, A. (1987). Passive source localization employing intersecting spherical surfaces from time-of-arrival differences. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 35 (8), 1223–1225. doi: https://doi.org/10.1109/tassp.1987.1165266
  32. Khudov, H., Mynko, P., Ikhsanov, S., Diakonov, O., Kovalenko, O., Solomonenko, Y. et al. (2021). Development a method for determining the coordinates of air objects by radars with the additional use of multilateration technology. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (9 (113)), 6–16. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242935
  33. Khudov, H., Yarosh, S., Droban, O., Lavrut, O., Hulak, Y., Porokhnia, I. et al. (2021). Development of a direct penetrating signal compensator in a distributed reception channel of a surveillance radar. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (110)), 16–26. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.228133
  34. Oleksenko, O., Khudov, H., Petrenko, K., Horobets, Y., Kolianda, V., Kuchuk, N. et al. (2021). The Development of the Method of Radar Observation System Construction of the Airspace on the Basis of Genetic Algorithm. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 11 (8), 23–30. doi: https://doi.org/10.46338/ijetae0821_04
  35. Ryu, H., Wee, I., Kim, T., Shim, D. H. (2020). Heterogeneous sensor fusion based omnidirectional object detection. 2020 20th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS). doi: https://doi.org/10.23919/iccas50221.2020.9268431
  36. Salman, S., Mir, J., Farooq, M. T., Malik, A. N., Haleemdeen, R. (2021). Machine Learning Inspired Efficient Audio Drone Detection using Acoustic Features. 2021 International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technologies (IBCAST). doi: https://doi.org/10.1109/ibcast51254.2021.9393232
  37. SHAHED-136 Loitering munition / Kamikaze-Suicide drone – Iran (2023). Available at: https://www.armyrecognition.com/iran_unmanned_ground_aerial_vehicles_systems/shahed-136_loitering_munition_kamikaze-suicide_drone_iran_data.html#google_vignette
  38. How drones are conquering the battlefield in Ukraine's war (2023). Available at: https://www.euronews.com/2023/06/06/how-drones-are-conquering-the-battlefield-in-ukraines-war
  39. Space, the unseen frontier in the war in Ukraine (2022). BBC News. Available at: https://www.bbc.com/news/technology-63109532
  40. NASAMS Air Defence System. Available at: https://www.kongsberg.com/kda/what-we-do/defence-and-security/integrated-air-and-missile-defence/nasams-air-defence-system/
  41. Fedorov, A., Holovniak, D., Khudov, H., Misiyuk, G. (2019). Method of Radar Adjustment with Automatic Dependent Surveillance Technology Use. 2019 IEEE International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T). doi: https://doi.org/10.1109/picst47496.2019.9061245
  42. Byrne, J., Watling, J., Bronk, J., Somerville, G., Byrne, J., Crawford, J., Baker, J. (2022). The Orlan complex. Tracking the supply chains of Russia’s most successful UAV. Royal United Services Institute for Defence and Security Studies. Available at: https://static.rusi.org/SR-Orlan-complex-web-final.pdf
  43. Swiss Components For Cars and Electric Bicycles Were Found in russian Orlan-10 UAVs and Missiles (2023). Available at: https://en.defence-ua.com/industries/swiss_components_for_cars_and_electric_bicycles_were_found_in_russian_orlan_10_uavs_and_missiles-6267.html
  44. What is a Spectrogram? Available at: https://vibrationresearch.com/blog/what-is-a-spectrogram
  45. What is a Spectrogram? Available at: https://pnsn.org/spectrograms/what-is-a-spectrogram
  46. Eleron-3SV. Available at: https://robotrends.ru/robopedia/eleron-3sv
  47. Saybel', A. G. (1958). Osnovy teorii tochnosti radiotekhnicheskikh metodov mestoopredeleniya. Moscow: Oborongiz, 55.
  48. Khudov, H., Zvonko, A., Lisohorskyi, B., Solomonenko, Y., Mynko, P., Glukhov, S. et al. (2022). Development of a rangefinding method for determining the coordinates of targets by a network of radar stations in counter-battery warfare. EUREKA: Physics and Engineering, 3, 121–132. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002380
  49. Ruban, I., Khudov, H., Makoveichuk, O., Butko, I., Glukhov, S., Khizhnyak, I. et al. (2022). Application of the Particle Swarm Algorithm to the Task of Image Segmentation for Remote Sensing of the Earth. Lecture Notes in Networks and Systems, 573–585. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-19-5845-8_40
  50. Khudov, H., Makoveichuk, O., Khizhnyak, I., Oleksenko, O., Khazhanets, Y., Solomonenko, Y. et al. (2022). Devising a method for segmenting complex structured images acquired from space observation systems based on the particle swarm algorithm. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (9 (116)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.255203
  51. AIRSPY. Available at: https://airspy.com
  52. Apaydin, G., Sevgi, L. (2017). Radio Wave Propagation and Parabolic Equation Modeling. The Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: https://doi.org/10.1002/9781119432166
  53. P-19MA. Available at: http://uoe.com.ua/products/en/?id=0&pid=catalogue&language=eng&catalogue_id=515&type=content
  54. HackRF One SDR-transiver (1 MHts – 6 HHts) maksymalna komplektatsiya. Available at: https://radioscan.com.ua/ua/p1878031526-hackrf-one-sdr.html
Використання Software-Defined Radio приймачів для визначення координат малопомітних повітряних об’єктів

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-08-31

Як цитувати

Худов, Г. В., Костянець, О. В., Kovalenko О. В., Масленко, О. В., & Соломоненко, Ю. С. (2023). Використання Software-Defined Radio приймачів для визначення координат малопомітних повітряних об’єктів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(9 (124), 61–73. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.286466

Номер

Том 4 № 9 (124) (2023): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Hennadii Khudov, Oleksandr Kostianets, Oleksandr Kovalenko, Oleh Maslenko, Yuriy Solomonenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.