Уточнение математической модели сигнала, отраженного от лопасти винта квадрокоптера, на основе экспериментальных исследований

Введение. Для решения ряда задач, возникающих в процессе контроля воздушного пространства, необходимо определять класс (тип) наблюдаемых объектов. Кроме того, актуальна задача различения целей, находящихся в одном элементе пространственного разрешения РЛС. Построение радиолокационных изображений винтов летательного аппарата на основе метода обращенного синтеза апертуры антенны (ОСАА) может стать хорошим инструментом в решении поставленной задачи. При разработке алгоритмов разрешения с использованием метода ОСАА необходимо иметь достаточно точную модель отраженного сигнала, учитывающую конструктивные особенности лопасти винта летательного аппарата. Существующие на данный момент математические модели сигнала, отраженного от вращающихся винтов летательного аппарата, являются, как правило, упрощенными, что не позволяет реализовать адекватный алгоритм на основе метода ОСАА.
Цель работы. Уточнение математической модели сигнала, отраженного от винта квадрокоптера, на основе экспериментальных исследований в приложении к методу обратного синтеза апертуры антенны. Материалы и методы. Лопасть винта в рассматриваемой модели представляется в виде совокупности точечных отражателей, расположенных на аппроксимирующих отрезках передней и задней кромок лопасти. При разработке модели отраженного сигнала учитываются изменения фазовой структуры отраженного сигнала, обусловленные поступательным движением квадрокоптера и вращением лопастей винтов, а также разносом винтов в пространстве.
Результаты. Получена математическая модель сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, существенно приближенная к реальности. С помощью моделирования получены реализации сигналов, отраженных от одного винта квадрокоптера. Выполнено сравнение временных и спектральных структур отраженных сигналов, полученных в результате моделирования и экспериментальных исследований.
Заключение. Уточненная математическая модель отраженного сигнала с учетом конструктивных особенностей лопасти квадрокоптера является основой для разработки алгоритма формирования изображений винтов квадрокоптера с помощью обратного синтеза апертуры антенны.

1. Плотницкая Е. С., Гейстер С. Р., Веремьев В. И. Математическая модель сигнала, отраженного от винтов квадрокоптера, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны в бистатической РЛС // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26, № 6. С. 41–53. doi: 10.32603/1993-8985-2023-26-6-41-53

2. Chen V. C., Martorella M. Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging: Principles, Algorithms and Applications. Raleigh, USA: SciTech Publishing, 2014. 303 p. doi: 10.1049/SBRA504E

3. Ozdemir C. Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging with MATLAB Algorithms. 2nd ed. Hoboken, USA: John Wiley and Sons, 2021. 672 p.

4. Research on Bi–ISAR Sparse Aperture High Resolution Imaging Algorithm under Low SNR / H. Zhu, W. Hu, B. Guo, L. Jiao, X. Zhu, C. Zhu // Electronics. 2022. Vol. 11, iss. 18. Art. № 2856. doi: 10.3390/electronics11182856

5. Rong J. J., Wang Y., Han T. Iterative Optimization-based ISAR Imaging with Sparse Aperture and Its Application in Interferometric ISAR Imaging // IEEE Sens. J. 2019. Vol. 19, iss. 19. P. 8681–8693. doi: 10.1109/JSEN.2019.2923447

6. Sayed 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.2024.3416381

7. 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.2023.3270226

8. Финкельштейн М. И. Основы радиолокации. 2-е изд. М.: Радио и связь, 1983. 536 с.

9. Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Математические модели радиолокационного сигнала, отраженного от несущего винта вертолета, в приложении к обращенному синтезу апертуры // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2019. Т. 22, № 3. С. 74–87. doi: 10.32603/1993-8985-2019-22-3-74-87

10. Гейстер С. Р., Нгуен Т. Т. Алгоритмы построения радиолокационного изображения винтов в горизонтальной и вертикальной плоскостях летательного аппарата в радиолокационном датчике с обращенным синтезом апертуры антенны // Докл. БГУИР. 2018. № 5 (115). С. 92–98.

11. Охрименко А. Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч. 1. Основы радиолокации. М.: Военное изд-во, 1983. 456 c.

12. Бартон Д. Радиолокационные системы / пер. с англ. П. Горохова, О. Казакова, А. Тупицына. М.: Воениздат, 1967. 480 с.

13. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория / Я. Д. Ширман, Ю. И. Лосев, Н. Н. Минервин, С. В. Москвитин, С. А. Горшков, Д. И. Леховицкий, Л. С. Левченко; под ред. проф. Я. Д. Ширмана. М.: МАКВИС, 1998. 828 с.

14. Бакулев П. А. Радиолокация движущихся целей. М.: Сов. радио, 1964. 336 с.

15. Radar handbook: ed by M. I. Skolnik. In 4 vol. Vol. 1. New York: McGraw-Hill, 1970. 1536 p.