Атестаційна робота пояснювальна записка



бет1/41
Дата17.05.2020
өлшемі5.97 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   41
Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки


Факультет Інформаційних радіотехнологій та технічного захисту інформаці

(повна назва)

Кафедра Медіаінженерії та інформаційних радіоелектронних систем

(повна назва)



атестаційна робота

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

рівень вищої освіти_______________другий (магістерський)______________



Дослідження характеристик акустичного випромінювання малорозмірних__ безпілотних літальних апаратів_______________________________________

(тема)



Виконав:

студент __6_курсу, групи _АРТм-18-1_

________ Юткін Є.В._________________

(прізвище, ініціали)

Спеціальність____172 Телекомунікації

та радіотехніка_______________________

(код і повна назва спеціальності)

Тип програми __освітньо-професійна____

(освітньо-професійна або освітньо-наукова)


Освітня програма Апаратура радіозв’язку, радіомовлення та телебачення__________

(повна назва освітньої програми)

Керівник ___проф. Олейніков В.М._____

(посада, прізвище, ініціали)

Допускається до захисту

Зав. кафедри __________ __Карташов В.М,_

(підпис) (прізвище, ініціали)

2019 р.

Харківський національний університет радіоелектроніки


Факультет Інформаційних радіотехнологій та технічного захисту інформації

Кафедра Медіаінженерії та інформаційних радіоелектронних систем______

Рівень вищої освіти____________ другий (магістерський)________________

Спеціальність 172 Телекомунікації та радіотехніка_________

Тип програми________ __ освітньо-професійна_______________________

Освітня програма «Апаратура радіозв’язку, радіомовлення та телебачення»



ЗАТВЕРДЖУЮ:

Зав. кафедри______________

(підпис)


«_____»________________ 20 ___ р.

ЗАВДАННЯ

НА АТЕСТАЦІЙНУ РОБОТУ

Студентові __ Юткіну Єгору Володимировичу

1. Тема роботи ___ Дослідження характеристик акустичного випромінювання малорозмірніх безпілотних літальних апаратів

затверджена наказом по університету від "_04_"_____11___2019 р. № ____1643Ст_____

2. Термін подання студентом роботи до екзаменаційної комісії 16.12.2019 р.

3. Вихідні дані до роботи Метою магістерської атестаційної роботи є дослідження і визначення особливостей акустичних сигналів малорозмірних безпілотних літальних апаратів (БПЛА). Розробка методів експериментального дослідження акустичного випромінювання, розробка методів їх обробки.

4. Перелік питань, що потрібно опрацювати в роботі

Вступ

1. Огляд методів і засобів для дослідження акустичних характеристик, призначених для виявлення і ідентифікації безпілотних літальних апаратів.

2. Результати досліджень БПЛА методами спектрального та вейвлет аналізу

випромінювання малорозмірних БПЛА .

3 Результати проведення досліджень акустичних характеристик БПЛА методами спектрального та вейвлет аналізу.

Висновки____________________________________________________________

__Перелік посилань_______________________________________________________

__Додатки_______________________________________________________________

5. Перелік графічного матеріалу із зазначенням креслеників, схем, плакатів ,

комп’ютерних ілюстрацій (п.5 включається до завдання за рішенням випускової кафедри)

1.Опис математичних моделей акустичного випромінювання малорозмірних БПЛА – 2 арк.

2. Опис експериментальної установки для дослідження акустичного випромінювання малорозмірних БПЛА – 2 арк.

3. Результати натурного експерименту по дослідженню акустичного випромінювання малорозмірних БПЛА – 8 арк.

6. Консультанти розділів роботи (п.6 включається до завдання за наявності консультантів

Згідно з наказом, зазначеним у п.1 )



Найменування

розділу


Консультант

(посада, прізвище, ім’я, по батькові)



Позначка консультанта

про виконання розділу розділурозділу



підпис

дата

Основний

частина


Олейніков В.М., проф. каф. МІРЕС





















КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН



Назва eтапів роботи

Термін виконання етапів роботи

Примітка

1

Аналітичний огляд літератури

04.11.19–10.11.19




2

Розробка експериментальної установки для дослідження акустичного випромінювання малорозмірних безпілотних літальних апаратів, проведення експериментів.

11.11.19–17.11.19




3

Розробка програми на ПЕОМ для обробки результатів вимірювань акустичних сигналів малорозмірних БПЛА.

18.11.19–24.11.19




4

Дослідження на ПЕОМ ефективності методик дослідження акустичного випромінювання БПЛА

25.11.19–01.12.19




5

Графічна частина проекту

02.12.19–08.12.19




6

Перевірка керівником проекту

08.12.19-09.12.19




7

Перевірка нормоконтролем

09.12.19







Перевірка на плагіат

10.12.19




8

Перевірка зав. кафедрою, рецензування

11.12.19



8. Дата видачі завдання _____04.11.2019 р._______

Студент ___________________________________

(підпис)


Kepiвник роботи ___________________ ____проф. Олейніков В. М

РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка атестаційної роботи: 93 с., 46 рис., 1 табл., 3 додатки, 44 джерела.

Об’єкт дослідження – характеристики акустичного випромінювання малорозмірніх безпілотних літальних апаратів.

Предмет дослідження – безпілотний літальний апарат.

Мета магістерської роботи – дослідження і визначення особливостей акустичних сигналів малорозмірних безпілотних літальних апаратів (БПЛА) [43]. Розробка методів експериментального дослідження акустичного випромінювання, розробка методів їх обробки.

Методи дослідження: для розв’язання задачі виявлення характерних ознак БПЛА використовуються методи спектрального аналізу та аналізу вейвлет-спектрів.

У роботі проведено теоретичні та експериментальні дослідження характеристик акустичного випромінювання БПЛА при різних умовах та режимах роботи, запропоновано методи виявлення БПЛА по характерним ознакам, отриманим в результаті використання зазначених методів.

Результати: науковий – подальший розвиток математичних моделей і методів дослідження акустичного випромінювання; практичний – алгоритми та програмне забезпечення для розв’язання задачі виявлення БПЛА.

Галузь використання – охорона приватного життя, військова сфера.

БПЛА, СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ, ВЕЙВЛЕТ-СПЕКТР, ШУМ БПЛА, АКУСТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПЕРЕТВОРЕННЯ ФУР’Є, ФРАКТАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ, АКУСТИЧНІ ОЗНАКИ БПЛА


ABSTRACT
Explanatory note of the performance appraisal: 93 p., 46 fig., 1 table., 3 supplements, 44 sources.

Object of study - characteristics of acoustic radiation of small-sized unmanned aerial vehicles.

The subject of the study is an unmanned aerial vehicle.

The purpose of the master's thesis is to study and determine the features of acoustic signals of small-sized unmanned aerial vehicles (UAVs). Development of methods for experimental study of acoustic radiation, development of methods for their processing [43].

Research Methods: Spectral analysis and wavelet spectrum analysis are used to solve the problem of detecting the characteristic features of UAVs.

The theoretical and experimental researches of the characteristics of the acoustic radiation of UAV under different conditions and modes of work are carried out in the work.

Results: scientific - further development of mathematical models and methods of research of acoustic radiation; practical - algorithms and software to solve the problem of UAV detection.

The area of use is the protection of privacy, the military sphere.

UAV, SPECTRAL ANALYSIS, WAVEPLET SPECTRUM, UAV NOISE, ACOUSTICAL CHARACTERISTICS, FURY TRANSFORMATION, FRACTAL PROPERTIES, ACOUSTICAL UPLOAD SIGNS

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ




БПЛА



безпілотний літальний апарат

ЛА



літальний апарат

ВЧ



висока частота

НЧ



низька частота

ФП



фазовий портрет

СУ



силова установка

ДВЗ



двигун внутрішнього згорання

КР



крейсерський режим

АС



акустичний сигнал

АДТ



аеродинамічна труба

МГ



малий газ

ЕМВ



електромагнітне випромінювання

ЗМІСТ



1 ОГЛЯД МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ АКУСТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК, ПРИЗНАЧЕНИХ ДЛЯ ВИЯВЛЕННЯ І ІДЕНТИФІКАЦІЇ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ 12

1.1 Процес побудови первинних ознак звукового образу БПЛА та формування вторинних інформативних ознак. Правило прийняття рішення 12

1.2 Огляд і аналіз існуючих методів і засобів вирішення задачі виявлення БПЛА по акустичному випромінюванню 15

1.3 Огляд і аналіз існуючих шляхів і засобів організації і проведення досліджень акустичного випромінювання БПЛА 24

1.4 Огляд і аналіз існуючих шляхів і засобів організації і проведення досліджень у рамках поставленої наукової задачі 38

1.5 Постановка задачі на проведення досліджень акустичного випромінювання малорозмірніх безпілотних літальних апаратів. 39

2 РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ У РАМКАХ НАУКОВОЇ ЗАДАЧІ 41

2.1 Загальний формальний опис об’єкта дослідження 41

2.2. Математичні й інформаційні методи дослідження в рамках вирішення розв’язуваної задачі 43

2.3 Спрямованість випромінювання 46

2.4 Аналіз застосовності методів розпізнавання акустичних сигналів для розпізнавання БПЛА 50

3.1 Методика проведення досліджень 53

3.2 Дослідження акустичних характеристик БПЛА та аналіз отриманих результатів 56

ВИСНОВКИ 71

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 72


Додаток В. Відомість атестаційної роботи 93
ВСТУП
В даний час кількість сфер застосування малих безпілотних літальних аппаратів (БПЛА) стрімко зростає. Серед порівняно нових споживчих ринків БПЛА можна відзначити лісове, сільське і дорожнє господарство, енергетику та зв'язок, видобуток і транспортування нафти і газу, безпеку і охорону навколишнього середовища та багато інших. Багато малих БПЛА стали доступними для звичайних користувачів, причому їх оснащення досить складне і включає фото- і відеокамери, систему автопілота і навігації, що робить керування такими БПЛА досить простим [1].

Повсюдне використання малих БПЛА крім, безсумнівно, позитивних сторін, створило ряд проблем, пов'язаних з неадекватною поведінкою деяких власників БПЛА, несанкціонованим моніторингом об'єктів і територій державної ваги, випадками вторгнення в особисте життя і т.д. Інформація для виявлення БПЛА може бути отримана шляхом прийому спеціальними технічними засобами відбитої і випромінюваної БПЛА енергії у всіх діапазонах спектру електромагнітних хвиль [2]. Для пошуку, виявлення і супроводу БПЛА використовуються пристрої, що працюють в радіолокаційному, інфрачервоному, видимому (оптичному) і акустичному діапазонах електромагнітних хвиль, а як показники помітності приймаються ефективна поверхня розсіяння, сила інфрачервоного випромінювання, контраст яскравості на фоні і рівень звукової потужності. Визначення значень цих показників є окремою складною задачею, для вирішення якої розроблені експериментальні і теоретичні методи [3-5]. Застосування систем, побудованих на принципі активної радіолокації, в умовах інтенсивної радіоелектронної боротьби та з огляду на малі геометричні розміри БПЛА малоефективне [6]. Слід зазначити, що розвиток радіолокаційних засобів, підвищення їх завадостійкості і можливість резонансного віддзеркалення радіохвиль від малорозмірних БПЛА вимагає проведення експериментальних і теоретичних досліджень. Використання пасивних методів виявлення [7, 8], що мають високу скритність свого застосування, стає актуальним, не зважаючи на їх залежність від стану атмосфери, а у разі акустичних систем виявлення – низької роздільної здатності. Оскільки БПЛА мають низький рівень теплового випромінювання поршневих двигунів або надзвичайно низьким рівнем теплового випромінювання електричних двигунів, виявлення малошвидкісних БПЛА найбільш ймовірно в оптичному і акустичному діапазоні електромагнітних хвиль, а у випадках БПЛА, що мають малі розміри, малопотужні електродвигуни, які іноді не мають управління по радіоканалу, застосування зазначених методів має ряд суттєвих складнощів і обмежень.

Одним з ефективних напрямків у виявленні БПЛА є акустичні спостереження [9-12]. Шум, створюваний силовою установкою БПЛА і повітряним гвинтом, є суттєвою демаскуючою ознакою. Створення і вдосконалення методів виявлення, пеленгаціі і розпізнавання малих БПЛА шляхом прийому і обробки звукових сигналів є актуальним завданням.

Методи обробки звукових сигналів, що описані в літературі, в основному спрямовані на розпізнавання звукових команд в системах управління, що дозволяє максимально упростити роботу з системою, прискорити і полегшити доступ до даних в інформаційних базах. Прикладом використання можуть служити такі розробки, як: "VoiceCom SDK", система "Voice Navigator" або система управління побутовим обладнанням "Труффальдіно". Такі системи не тільки вносять комфорт і різноманітність в наше життя, але і полегшують життя людей з обмеженими можливостями руху. Ці методи базуються на оцінках параметрів мовних звуків, використовують кодування з лінійним предиктором (LPC), мел-частотні коефіцієнти кепстра (МFCC), перцептуальне лінійне передбачення (PLP), але мало придатні для виявлення малих літальних апаратів по їх акустичним шумам.

Пасивні содари мають невеликий радіус дії, тому процес обробки сигналів повинен укладатися в мінімальний проміжок часу, а система обробки повинна розпізнавати БПЛА на тлі акустичних шумів і перешкод.

При розпізнаванні об'єктів найбільш важливим і проблемним завданням є виділення ознак. Важко домогтися надійної роботи алгоритму системи розпізнавання при відсутності кількості коректних ознак, достатніх для класифікації об'єктів і їх розпізнавання. Вибір ознак впливає на процес побудови алгоритму розпізнавання, а також на продуктивність всієї системи і якість розпізнавання. Тому розробка методик визначення акустичних характеристик БПЛА і пошук характерних ознак є актуальною задачею і метою.


1 ОГЛЯД МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ АКУСТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК, ПРИЗНАЧЕНИХ ДЛЯ ВИЯВЛЕННЯ І ІДЕНТИФІКАЦІЇ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ
Направленністю даної дипломної роботи є пошук характерних особливостей акустичного випромінювання, які можна використати в процесі ідентифікації і виявлення БПЛА, тобто складання акустичного портрету - всіх окремих компонентів та деталей (спектральні характеристики, часові характеристики, комбінації цих характеристик і т.п.).

Для проведення процедури ідентифікаії складається вектор ознак - набір окремих характеристик, які однозначно відповідають шуму, який створює БПЛА. Цей вектор зберігається в пам’яті ПК і якщо при аналізі звукового файлу ознаки співпадають з вектором, можна казати про те, що БПЛА ідентифіковано.

1.1 Процес побудови первинних ознак звукового образу БПЛА та формування вторинних інформативних ознак. Правило прийняття рішення

Прийняті пасивним содаром звукові коливання БПЛА перетворюються в електричний сигнал, який представляє собою реалізацію широкосмугового випадкового процесу, опис якого може бути дано енергетичним спектром [1]. Тому інформаційними ознаками звукового образу БПЛА можуть служити оцінки спектральних коефіцієнтів, які визначаються по дискретної реалізації S, що містить N відліків, відповідно до виразу [13]


 (1.1)
де  – відліки шумової реалізації;  

Згладжування отриманого ансамблю спектральних коефіцієнтів прямокутню ваговою функцією забезпечує спроможність оцінок і фізично дає характерну структуру спектру, що містить явно виражені гармонійні складові - шум пропелера (пропелерів), а також в середині інтервалу звукових частот плавно наростаючу і спадаючу шумову складову - шум всього літального апарату. Ця структура відрізняє звуковий образ одного БПЛА від одного і від звукових образів інших об'єктів, природнього акустичного шуму і перешкод. Ортогоналізація спектрів [14] дозволяє вибрати у вторинному просторі більш інформативні ознаки при меншій їх кількості для опису звукового образу, що підвищить оперативність системи.




Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   41


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет