Исследования ученых ЛЭТИ повысят эффективность распознавания дронов

Инженер НИИ систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций (НИИ «Прогноз») СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Екатерина Плотницкая. Фото: СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Сегодня в мире во все сферы жизни активно внедряются беспилотные летательные аппараты (БПЛА или дроны). Они могут использоваться для решения прикладных задач – картографирования, доставки полезного груза, разведки. Однако в руках злоумышленников дроны являются эффективным инструментом для проведения различных деструктивных операций, например, сбора информации на закрытых объектах инфраструктуры или 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.

Сотрудники НИИ систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций (НИИ «Прогноз») СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработали математическую 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, проводились в безэховой камере Центра коллективного пользования СПбГЭТУ «ЛЭТИ», которая позволяет минимизировать влияние помех от посторонних сигналов.

«Анализ результатов моделирования и 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», – рассказывает инженер НИИ систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций (НИИ «Прогноз») СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Екатерина Плотницкая.

Так, ученые выяснили, что способность обнаруживать дроны с помощью радиолокационных систем зависит от ряда параметров, в том числе от 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.