Метод пасивного визначення положення та напрямку руху об’єкта за зміною його доплерівського зсуву

Автор(и)

  • Спартак Вікторович Маньковський Національний університет «Львівська політехніка» , Україна image/svg+xml
  • Олег Форостина Національний університет «Львівська політехніка» , Україна image/svg+xml

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024100029

Ключові слова:

OwlEars, радіолокація, акустична локація, доплерівський зсув

Анотація

В роботі запропоновано метод визначення місця знаходження та напрямку руху об’єкта (далі метод OwlEars-1) за зміною доплерівського зсуву сигналу, що випромінюється цим об’єктом. Для визначення місця знаходження здійснюються три короткі (мiнiмум на 1 перiод сигналу) виміри сигналу з метою визначення відносної зміни доплерівського зсуву між цими трьома вимірами. Для отримання коректних результатів існує ряд необхідних передумов. Передбачається, що швидкість руху об’єкта відома з певною похибкою, а траєкторія руху є лінійна на проміжку трьох послідовних вимірювань. Відсутність або неповне виконання цих передумов впливає на точність методу. Ключовими перевагами методу є використання зміни доплерівського зсуву як вхідного сигналу і відсутність необхідності синхронізації приймачів з високою точністю. Вхідними даними для методу є відносні зміни доплерівського зсуву, що дає змогу застосувати метод, для сигналів, які однозначно невідомі. Невисокі вимоги до синхронізації приймачів спрощують реалізацію методу, оскільки використовується лише зміна доплерівського зсуву, на відміну від фазового методу TDoA. Запропонована математична модель методу, та підтверджена її адекватність на ряді симуляцій, зокрема для рухомого об’єкта, що випромінює звуковий сигнал. Визначено подальші кроки досліджень спрямовані на дослідження точності методу за різних відхилень від передумов передбачених в методі.

Посилання

  1. A. El-Rabbany, Introduction to GPS: The Global Positioning System. Boston: Artech House, 2002.
  2. T. A. Stansell, The Transit Navigation Satelite System: Status, Theory, Performance, Applications. Magnavox Government and Industrial Electronics Company, 1983.
  3. T. A. Stansel, “The many faces of Transit,” Navig. J. Inst. Navig., vol. 25, no. 1, pp. 55–70, 1978, uri: https://www.ion.org/publications/abstract.cfm?articleID=100670.
  4. B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, E. Wasle, GNSS — Global Navigation Satellite Systems. Vienna: Springer Vienna, 2008, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-211-73017-1.
  5. Д. В. П’ясковський, С. В. Ковбасюк, В. І. Шестаков, “Визначення параметрів руху КА системою допплерівських вимірювачів,” Космічна наука і технологія, vol. 7, no. 4, pp. 137–140, 2001, doi: https://doi.org/10.15407/knit2001.04.137.
  6. M. S. Grewal, A. P. Andrews, C. G. Bartone, Global Navigation Satellite Systems, Inertial Navigation, and Integration. New Jersey: Wiley, 2020, uri: https://www.wiley.com/en-us/Global+Navigation+Satellite+Systems%2C+Inertial+Navigation%2C+and+Integration%2C+4th+Edition-p-9781119547839.
  7. L. Yang, L. Yang, K. C. Ho, “Moving target localization in multistatic sonar by differential delays and Doppler shifts,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 23, no. 9, pp. 1160–1164, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/LSP.2016.2582043.
  8. R. T. Sharpe, P. G. Galyean, “An acoustic navigation system for site survey and geodetic positioning,” in Offshore Technology Conference, 1977, doi: https://doi.org/10.4043/2814-MS.
  9. D. Mares, E. Blackburn, “Evaluating the effectiveness of an acoustic gunshot location system in St. Louis, MO,” Policing, vol. 6, no. 1, pp. 26–42, 2012, doi: https://doi.org/10.1093/police/par056.
  10. Y. Chervoniak, R. Sinitsyn, F. Yanovsky, V. Makarenko, V. Tokarev, O. Zaporozhets, “Algorithm of passive acoustic locator data processing for flying vehicle detection and tracking,” in 2017 IEEE Microwaves, Radar and Remote Sensing Symposium (MRRS), 2017, pp. 43–48, doi: https://doi.org/10.1109/MRRS.2017.8075021.
  11. V. N. Oleynikov, V. M. Kartashov, S. A. Sheiko, O. V. Zubkov, E. I. Oleynikova, “Determining the location of small unmanned aerial vehicles by acoustic radiation,” Radiotekhnika, no. 210, pp. 113–127, 2022, doi: https://doi.org/10.30837/rt.2022.3.210.09.
  12. S. R. Martin, M. Genesca, J. Romeu, R. Arcos, “Passive acoustic method for aircraft states estimation based on the Doppler effect,” IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 50, no. 2, pp. 1330–1346, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/TAES.2013.120176.
  13. A. Sedunov, A. Sutin, H. Salloum, N. Sedunov, D. Masters, “Passive acoustic localization of small aircraft,” in Proceedings of Meetings on Acoustics, 201555005, doi: https://doi.org/10.1121/2.0000044.
  14. С. Жук, Т. Маленчик, О. Неуймін, О. Мирончук, “Адаптивний алгоритм радіолокаційного супроводження маневруючого БПЛА з ймовірнісною ідентифікацією даних за координатними та амплітудними ознаками,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 65, no. 10, pp. 591–604, 2022, doi: https://doi.org/10.20535/S002134702212007X.
  15. Y. Chervoniak, R. Sinitsyn, F. Yanovsky, O. Zaporozhets, “TDoA and Doppler shift estimation method for passive acoustic location of flying vehicles,” in 2018 IEEE 17th International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET), 2018, pp. 119–122, doi: https://doi.org/10.1109/MMET.2018.8460359.
  16. T. Yu, “An airborne passive positioning method based on angle and frequency difference measurement,” in Proceedings of the 2020 4th International Conference on Electronic Information Technology and Computer Engineering, 2020, pp. 296–301, doi: https://doi.org/10.1145/3443467.3443771.
  17. Y. Tao, “A Doppler location method based on virtual path difference,” J. Electron. Inf. Syst., vol. 5, no. 1, pp. 20–25, 2023, doi: https://doi.org/10.30564/jeis.v5i1.5496.
  18. Z. Yongsheng, H. Dexiu, Z. Yongjun, L. Zhixin, “Moving target localization for multistatic passive radar using delay, Doppler and Doppler rate measurements,” J. Syst. Eng. Electron., vol. 31, no. 5, pp. 939–949, 2020, doi: https://doi.org/10.23919/JSEE.2020.000071.
  19. T. Blanchard, J.-H. Thomas, K. Raoof, “Acoustic localization and tracking of a multi-rotor unmanned aerial vehicle using an array with few microphones,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 148, no. 3, pp. 1456–1467, 2020, doi: https://doi.org/10.1121/10.0001930.
  20. B. Yang, E. T. Matson, A. H. Smith, J. E. Dietz, J. C. Gallagher, “UAV detection system with multiple acoustic nodes using machine learning models,” in 2019 Third IEEE International Conference on Robotic Computing (IRC), 2019, pp. 493–498, doi: https://doi.org/10.1109/IRC.2019.00103.
Поверхня співвідношення Ratio-1 у вигляді ізоліній

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-08-26 — Оновлено 2024-08-26

Як цитувати

Маньковський, С. В., & Форостина, О. (2024). Метод пасивного визначення положення та напрямку руху об’єкта за зміною його доплерівського зсуву. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(8), 468–477. https://doi.org/10.20535/S0021347024100029

Номер

Том 67 № 8 (2024)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.