radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2026-29-1-103-113radioelectronics-1118Research ArticleРАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯRADAR AND NAVIGATIONМетодика оценки количества винтов в мультикоптере на основе анализа сигнала вторичной модуляцииMethodology for Estimating the Number of Multicopter Rotors Based on Secondary Modulation Signal AnalysisПлотницкаяЕ. С.PlotnitskayaE. S.

Плотницкая Екатерина Сергеевна – магистр по направлению "Радиотехника" (2023), аспирантка Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина), младший научный сотрудник. Автор 10 научных публикаций. Сфера научных интересов – радиолокационное распознавание.

ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022

Ekaterina S. Plotnitskaya – Master in Radio Engineering (2023, Saint Petersburg Electrotechnical University). Postgraduate student of Saint Petersburg Electrotechnical University, Junior Research Fellow. The author of 9 scientific publications. Area of expertise: radar recognition.

katya.plotnitskaya@yandex.ruГейстерС. Р.HeisterS. R.

Гейстер Сергей Романович – доктор технических наук (2004), профессор (2006), главный научный сотрудник. Автор более 150 научных работ. Сфера научных интересов – построение радиотехнических систем различного назначения; радиолокационное распознавание; адаптивная обработка сигналов; радиоэлектронная защита.

ул. Московская, д. 1а, Королев Стан, 223050

Sergey R. Heister, Dr Sci. (Eng.) (2004), Professor (2006), Chief Researcher. The author of more than 150 scientific publications. Area of expertise: construction of radio engineering systems for various purposes; radar recognition; adaptive signal processing; radioelectronic protective measures.

hsr_1960@yahoo.comhttps://orcid.org/0000-0001-8167-6616ВеремьевВ. И.VeremyevV. I.

Веремьев Владимир Иванович – кандидат технических наук (2000), профессор кафедры радиотехнических систем Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина), директор. Автор более 130 научных работ. Сфера научных интересов – комплексный экологический мониторинг; комплексные вопросы построения радиолокационных систем; многодиапазонные многопозиционные радиолокационные комплексы для мониторинга воздушного пространства и морской поверхности.

ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022

Vladimir I. Veremyev – Cand. Sci. (2000), Professor of the Department of Radio Engineering Systems in Saint Petersburg Electrotechnical University, Director. The author of more than 130 scientific publications. Area of expertise: integrated environmental monitoring; complex issues of building radar systems; multi-band multi-position radar systems for airspace and sea surface monitoring.

vervladiv@gmail.comНИИ "Прогноз"РоссияResearch Institute "Prognoz"Russian FederationОАО "Алевкурп"БеларусьJSC "ALEVKURP"Belarus202610032026291103113Copyright © Плотницкая Е.С., Гейстер С.Р., Веремьев В.И., 20262026Плотницкая Е.С., Гейстер С.Р., Веремьев В.И.Plotnitskaya E.S., Heister S.R., Veremyev V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/1118

Введение. В области радиолокационного мониторинга воздушного пространства высокую актуальность имеет задача различения мультикоптеров, что предполагает определение класса мультикоптера (малый, средний, тяжелый). Задача распознавания напрямую связана с анализом радиолокационных портретов (РЛП) и определением количества винтов в мультикоптере. Применительно к построению РЛП винтов летательных аппаратов особый интерес представляют РЛП, полученные на основе метода обращенного синтеза апертуры антенны (ОСАА). Для построения таких портретов необходима информация о частотах вращения винтов, которая определяется при реализации предлагаемого метода. Цель работы. Разработка методики оценки количества винтов в мультикоптере на основе анализа радиолокационного сигнала вторичной модуляции, обусловленной вращением лопастей. Материалы и методы. Задача оценки количества винтов связана с задачей оценки частоты вращения винтов, которая, в свою очередь, рассматривается как задача аккумуляции откликов вторичной модуляции, создаваемой вращением, в структуре сигнала с параллельной компенсацией фазовых набегов. При моделировании рассматривается монохроматический сигнал с частотой 10 ГГц. Для реализации и оценки используемых в методике алгоритмов применены методы корреляционной обработки и статистического анализа. Результаты. Разработана методика оценки количества винтов в мультикоптере на основе анализа сигнала вторичной модуляции. Проведена проверка работоспособности методики на данных математического моделирования при разных сценариях движения цели. Заключение. Разработанная методика оценки количества винтов в мультикоптере на основе анализа сигнала вторичной модуляции является основой для разработки алгоритма формирования изображений винтов квадрокоптера с помощью обратного синтеза апертуры антенны. Информация о количестве винтов и частотах их вращения может быть использована для построения РЛП винтов мультикоптеров на основе метода ОСАА и последующей оценки особенности конструкции и различения одиночной и групповой целей.

Introduction. In the field of radar monitoring of airspace, multicopter discrimination is a highly relevant task, which includes determination of their class, i.e., small-, medium, or heavy multicopters. The discrimination task is directly related to the analysis of radar signatures and determining the rotor number in a multicopter. Regarding the construction of radar rotors for aircrafts, radar systems obtained using the method of inverse synthetic aperture radar (ISAR) are particularly interesting. In order to create such signatures, information on the rotational frequency of the rotors is required, which can be determined using the method proposed in this paper. Aim. Development of a methodology for estimating the number of rotors in a multicopter based on the analysis of the radar signal of secondary modulation caused by blade rotation. Materials and methods. The task of estimating the number of rotors is related to the task of estimating the frequency of their rotation, which, in turn, is considered as the task of accumulating secondary modulation responses created by rotation in the signal structure with simultaneous compensation of phase incursions. For simulation purposes, a monochromatic signal with a frequency of 10 GHz was considered. Correlation processing and statistical analysis were used to implement and evaluate the algorithms used in the methodology. Results. A methodology for estimating the number of rotors in a multicopter based on the analysis of secondary modulation signals was developed. Its operability was tested by simulating different scenarios of target movement. Conclusion. The developed methodology for estimating the number of rotors in a multicopter based on the analysis of secondary modulation signals forms a basis for developing an algorithm for imaging quadcopter rotors using the ISAR method. Information on the number and rotation frequencies of rotors can be used to construct radar signatures of multicopter rotors based on the ISAR method followed by subsequent evaluation of design features and distinction between single and integrated targets.

летательный аппаратмультикоптерквадрокоптеробращенный синтез апертуры антеннырадиолокационное распознаваниеaircraftmulticopterquadcopterinverse synthetic aperture radarradar discriminationReferencesAutomatic Target Recognition in Synthetic Aperture Radar Imagery: A State-of-the-Art Review / K. El Darymli, E. Gill, P. McGuire, D. Poewr, C. Moloney // IEEE Access. 2016. Vol. 4. P. 6014–6058. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2611492El-Darymli K., Gill E., McGuire P., Poewr D., Moloney C. Automatic Target Recognition in Synthetic Aperture Radar Imagery: A State-of-the-Art Review. IEEE Access. 2016, vol. 4, pp. 6014–6058. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2611492Jacobs S. P., O'Sullivan J. A. Automatic target recognition using sequences of high resolution radar range-profiles // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2000. Vol. 36, № 2. P. 364–381. doi: 10.1109/7.845214Jacobs S. P., O'Sullivan J. A. Automatic Target Recognition Using Sequences of High Resolution Radar Range-Profiles. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2000, vol. 36, no. 2, pp. 364–381. doi: 10.1109/7.845214Chen V. C., Martorella M. Inverse Synthetic Aper ture Radar Imaging: Principles, Algorithms and Applications. Raleigh, USA: SciTech Publishing, 2014. 304 p.Chen V. C., Martorella M. Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging: Principles, Algorithms, and Applications. Raleigh, USA, SciTech Publishing, 2014, 304 p.Rong J. J., Wang Y., Han T. Iterative Optimization-based ISAR Imaging with Sparse Aperture and Its Application in Interferometric ISAR Imaging // IEEE Sensors J. 2019. Vol. 19, iss. 19. P. 8681–8693. doi: 10.1109/JSEN.2019.2923447Rong J. J., Wang Y., Han T. Iterative Optimization-based ISAR Imaging with Sparse Aperture and Its Application in Interferometric ISAR Imaging. IEEE Sensors J. 2019, vol. 19, iss. 19, pp. 8681–8693. doi: 10.1109/JSEN.2019.2923447Sayed A. N., Ramahi O. M., Shaker G. In the Realm of Aerial Deception: UAV Classification via ISAR Images and Radar Digital Twins for Enhanced Security // IEEE Sensors Let. 2024. Vol. 8, № 7. P. 1–4. Art. № 6007704. doi: 10.1109/LSENS.2024.3416381Sayed A. N., Ramahi O. M., Shaker G. In the Realm of Aerial Deception: UAV Classification via ISAR Images and Radar Digital Twins for Enhanced Security. IEEE Sensors Let. 2024, vol. 8, no. 7, pp. 1–4, art. no. 6007704. doi: 10.1109/LSENS.2024.3416381Ozdemir C. Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging with MATLAB Algorithms. 2 nd ed. Hoboken: John Wiley and Sons, 2021. 672 p.Ozdemir C. Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging with MATLAB Algorithms. 2 nd ed. Hoboken, John Wiley and Sons, 2021, 672 p.Removal of Micro-Doppler Effect in ISAR Imaging Based on Data-Driven Deep Network / H. Wang, K. Li, Y. Luo, Y. Liu, Q. Zhang, Q. Zhang // IEEE Sensors J. 2023. Vol. 23, № 12. P. 13198–13209. doi: 10.1109/JSEN.2023.3270226Wang H., Li K., Luo Y., Liu Y., Zhang Q., Zhang Q. Removal of Micro-Doppler Effect in ISAR Imaging Based on Data-Driven Deep Network. IEEE Sensors J. 2023, vol. 23, no. 12, pp. 13198–13209. doi: 10.1109/JSEN.2023.3270226Misiurewicz, J., Kulpa, K., Czekala Z. Multichannel detection of the helicopter echo // Proc. of the Intern. Radar Symp. 1998. Vol. 2. P. 829–838.Misiurewicz, J., Kulpa, K., Czekala Z. Multichannel Detection of the Helicopter Echo. Proc. of the Intern. Radar Symp. 1998, vol. 2, pp. 829–838.Radar Detection of Helicopters with Application of CLEAN Method / J. Misiurewicz, K. S. Kulpa, Z. Czekala, T. A. Filipek // IEEE Transactions on Aero space and Electronic Systems. 2012. Vol. 48, № 4. P. 3525–3537. doi: 10.1109/TAES.2012.6324734Misiurewicz J., Kulpa K. S., Czekala Z., Filipek T. A. Radar Detection of Helicopters with Application of CLEAN Method. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2012, vol. 48, no. 4, pp. 3525–3537. doi: 10.1109/TAES.2012.6324734Tikkinen J., Helander E., Visa A. Joint Utilization of Incoherently and Coherently Integrated Radar Signal in Helicopter Categorization // IEEE Intern. Radar Conf., Arlington, USA, 9–12 May 2005. IEEE, 2005. P. 540–545. doi: 10.1109/RADAR.2005.1435885Tikkinen J., Helander E., Visa A. Joint Utilization of Incoherently and Coherently Integrated Radar Signal in Helicopter Categorization. IEEE Intern. Radar Conf., Arlington, USA, 9–12 May 2005. IEEE, 2005, pp. 540–545. doi: 10.1109/RADAR.2005.1435885Plotnitskaya E., Vorobev E., Veremyev V. Analysis of Spectrum Signatures from Rotating Blades of Small Drone // Signal Processing Symp. (SPSympo), LODZ, Poland, 20–23 Sept. 2021. IEEE, 2021. P. 212–215. doi: 10.1109/SPSympo51155.2020.9593405Plotnitskaya E., Vorobev E., Veremyev V. Analysis of Spectrum Signatures from Rotating Blades of Small Drone. Signal Processing Symp. (SPSympo), LODZ, Po land, 20–23 Sept. 2021. IEEE, 2021, pp. 212–215. doi: 10.1109/SPSympo51155.2020.9593405Method of Micro-motion Feature Extraction of Rotor Target in Time Domain / M. Long, J. Yang,S. Xia, X. Wei, M. Lv, W. Chen // IEEE 2 nd Intern. Conf. on Information Technology, Big Data and Artificial Intelligence (ICIBA), Chongqing, China, 17–19 Dec. 2021. IEEE, 2021. P. 356–360. doi: 10.1109/ICIBA52610.2021.9688160Long M., Yang J., Xia S., Wei X., Lv M., Chen W. Method of Micro-motion Feature Extraction of Rotor Target in Time Domain. IEEE 2 nd Intern. Conf. on In formation Technology, Big Data and Artificial Intelligence (ICIBA), Chongqing, China, 17–19 Dec. 2021. IEEE, 2021, pp. 356–360. doi: 10.1109/ICIBA52610.2021.9688160Chen V. The Micro-Doppler Effect in Radar. 2 nd ed. Norwood: Artech House, 2019. 341 p.Chen V. The Micro-Doppler Effect in Radar. 2 nd ed. Norwood, Artech House, 2019, 341 p.Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Способ измерения частот следования лопастей винтов летательного аппарата на основе свертки спектра "вторичной" модуляции // Докл. БГУИР. Минск, 2019. № 1 (119). С. 68–74.Heister S. R., Nguyen T. T. Measurement Method for Repetition Frequencies of the Blades of an Aerial Vehicle on the Base of the Convolution of the "Secondary" Modulation Spectrum. Doklady BGUIR. 2019, no. 1 (119), pp. 68–74. (In Russ.)Гейстер С. Р., Кириченко В. В. Способ двух этапного радиолокационного измерения частоты следования лопастей винтовых летательных аппаратов // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2024. Т. 27, № 3. С. 68–80. doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-3-68-80Heister S. R., Kirichenko V. V. Method for Two-Stage Radar Measurement of the Blade Repetition Rate of a Propeller-Driven Aircraft. J. of the Russian Universities. Radioelectronics. 2024, vol. 27, no. 3, pp. 68–80. (In Russ.) doi: 10.32603/1993-8985-2024-27-3-68-80Плотницкая Е. С., Гейстер С. Р., Веремьев В. И. Уточнение математической модели сигнала, отраженного от лопасти винта квадрокоптера, на основе экспериментальных исследований // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2025. Т. 28, № 4. С. 73–85. doi: 10.32603/1993-8985-2025-28-4-73-85Plotnitskaya E. S., Heister S. R., Veremyev V. I. Experimental Refinement of a Mathematical Model of the Signal Reflected from Quadcopter Rotor Blade. J. of the Russian Universities. Radioelectronics. 2025, vol. 28, no. 4, pp. 73–85. (In Russ.) doi: 10.32603/1993-8985-2025-28-4-73-85

The authors declare that there are no conflicts of interest present.