Ways to increase the efficiency of detection of unmanned aerial vehicles by thermal imaging devices
Вантажиться...
Дата
2021
ORCID
DOI
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: 8th International Scientific Conference «Actual Problems of Engineering Mechanics» (APEM 2021), Odesa, Ukraine, 11th - 14th May 2021. – Vol. 1164
Анотація
Математично оцінено можливості підвищення ефективності виявлення повітряних об'єктів за
рахунок оптимізованого вибору функціональної області інфрачервоного діапазону
електромагнітних хвиль. Показано, що існує необхідність використання приймачів з
максимальною видимістю на більших довжинах хвиль, а також необхідність роботи у
«вікнах прозорості» атмосфери. При низькій видимості довгохвильові інфрачервоні
тепловізійні прилади вигідні на великих відстанях від об’єктів. Пристрої з більшою
короткохвильовою чутливістю можуть бути ефективними на коротких відстанях. Методи
радіолокаційного виявлення у багатьох випадках не дозволяють виявити невеликі об’єкти з
низьким коефіцієнтом відбиття, що є однією з причин малої ефективної площі
розсіювання. Відомі способи спостереження за допомогою приладів нічного бачення і
тепловізійних приладів, маючи свої переваги, також неефективні за певних умов. Зроблено
спробу поєднати переваги виявлення повітряних об’єктів багатопозиційним радіолокаційним
методом з перевагами тепловізійних приладів. Запропоновано спосіб освітлення повітряних
об’єктів інфрачервоними прожекторами, що передбачає наявність багатьох геометрично
розташованих джерел інфрачервоного випромінювання з робочим спектром, поєднаним із
зонами «вікон прозорості» атмосфери та максимальною чутливістю тепловізора. У таких
умовах приймач реєструє сумарний сигнал теплового випромінювання об'єкта і відбиті
промені прожекторів. Дистанційне керування випромінюванням прожектора, від якого
лінійно залежить ефективна площа розсіювання, дозволяє довести його до гарантованого
рівня з високою ймовірністю виявлення невеликого літаючого об’єкта.
The possibilities to increase the efficiency of detection of air objects due to the optimized choice of a functional area of an infrared range of electromagnetic waves are mathematically estimated. It is shown that there is a need to use receivers with maximum visibility in longer wavelengths, as well as the need to work in the "transparency windows" of the atmosphere. With low visibility, long- wavelength infrared thermal imaging devices are advantageous at long distances from objects. Devices with more shortwave sensitivity can be effective over short distances. Radar detection methods in many cases are not able to detect small objects with a low reflection coefficient, which is one of the reasons for the small effective scattering area. Known methods of observation using night vision devices and thermal imaging devices, having their advantages, are also ineffective in certain conditions. An attempt is made to combine the advantages of detecting aerial objects by the multi-position radar method with the advantages of thermal imaging devices. A method of illuminating air objects with infrared searchlights is proposed, which implies the presence of many geometrically spaced sources of infrared radiation with a working spectrum combined with areas of "windows of transparency" of the atmosphere and the maximum sensitivity of the thermal imager. In such conditions, the receiver registers the total signal of thermal radiation of the object and the reflected rays of searchlights. Remote control of the spotlight emission, on which the effective scattering area depends linearly, makes it possible to bring it to the level guaranteed with a high probability of detecting a small flying object.
Математически оценены возможности повышения эффективности обнаружения воздушных объектов за счет оптимизированного выбора функциональной области инфракрасного диапазона электромагнитных волн. Показано, что существует необходимость использования приемопередатчиков с максимальной видимостью на большой длине волн, а также необходимость работы в «окнах прозрачности» атмосферы. При низкой видимости длинноволновые инфракрасные тепловизионные приборы выгодны на больших расстояниях от объектов. Устройства с большей коротковолновой чувствительностью могут быть эффективны на коротких расстояниях. Методы радиолокационного обнаружения во многих случаях не позволяют выявить небольшие объекты с низким коэффициентом отражения, что является одной из причин малой эффективной площади рассеяния. Известные способы наблюдения с помощью приборов ночного видения и тепловизионных приборов, имея свои преимущества, также неэффективны в определенных условиях. Предпринята попытка соединить преимущества обнаружения воздушных объектов многопозиционным радиолокационным методом с преимуществами тепловизионных приборов. Предложен способ освещения воздушных объектов инфракрасными прожекторами, что предполагает наличие многих геометрически расположенных источников инфракрасного излучения с рабочим спектром, совмещённым с зонами «окон прозрачности» атмосферы и максимальной чувствительностью тепловизора. В таких условиях прибор регистрирует суммарный сигнал теплового излучения объекта и отражённые лучи прожекторов. Удалённое управление излучением прожектора, от которого линейно зависит эффективная площадь рассеяния, позволяет довести его до гарантированного уровня с высокой вероятностью обнаружения небольшого летающего объекта.
The possibilities to increase the efficiency of detection of air objects due to the optimized choice of a functional area of an infrared range of electromagnetic waves are mathematically estimated. It is shown that there is a need to use receivers with maximum visibility in longer wavelengths, as well as the need to work in the "transparency windows" of the atmosphere. With low visibility, long- wavelength infrared thermal imaging devices are advantageous at long distances from objects. Devices with more shortwave sensitivity can be effective over short distances. Radar detection methods in many cases are not able to detect small objects with a low reflection coefficient, which is one of the reasons for the small effective scattering area. Known methods of observation using night vision devices and thermal imaging devices, having their advantages, are also ineffective in certain conditions. An attempt is made to combine the advantages of detecting aerial objects by the multi-position radar method with the advantages of thermal imaging devices. A method of illuminating air objects with infrared searchlights is proposed, which implies the presence of many geometrically spaced sources of infrared radiation with a working spectrum combined with areas of "windows of transparency" of the atmosphere and the maximum sensitivity of the thermal imager. In such conditions, the receiver registers the total signal of thermal radiation of the object and the reflected rays of searchlights. Remote control of the spotlight emission, on which the effective scattering area depends linearly, makes it possible to bring it to the level guaranteed with a high probability of detecting a small flying object.
Математически оценены возможности повышения эффективности обнаружения воздушных объектов за счет оптимизированного выбора функциональной области инфракрасного диапазона электромагнитных волн. Показано, что существует необходимость использования приемопередатчиков с максимальной видимостью на большой длине волн, а также необходимость работы в «окнах прозрачности» атмосферы. При низкой видимости длинноволновые инфракрасные тепловизионные приборы выгодны на больших расстояниях от объектов. Устройства с большей коротковолновой чувствительностью могут быть эффективны на коротких расстояниях. Методы радиолокационного обнаружения во многих случаях не позволяют выявить небольшие объекты с низким коэффициентом отражения, что является одной из причин малой эффективной площади рассеяния. Известные способы наблюдения с помощью приборов ночного видения и тепловизионных приборов, имея свои преимущества, также неэффективны в определенных условиях. Предпринята попытка соединить преимущества обнаружения воздушных объектов многопозиционным радиолокационным методом с преимуществами тепловизионных приборов. Предложен способ освещения воздушных объектов инфракрасными прожекторами, что предполагает наличие многих геометрически расположенных источников инфракрасного излучения с рабочим спектром, совмещённым с зонами «окон прозрачности» атмосферы и максимальной чувствительностью тепловизора. В таких условиях прибор регистрирует суммарный сигнал теплового излучения объекта и отражённые лучи прожекторов. Удалённое управление излучением прожектора, от которого линейно зависит эффективная площадь рассеяния, позволяет довести его до гарантированного уровня с высокой вероятностью обнаружения небольшого летающего объекта.
Опис
Ways to increase the efficiency of detection of unmanned aerial vehicles by thermal imaging devices / Yu. M. Shmelov, O. V. Brusakova, R. P. Yakovlev, M. V. Petchenko // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: 8th International Scientific Conference «Actual Problems of Engineering Mechanics» (APEM 2021), Odesa, Ukraine, 11th - 14th May 2021. – Odesa, 2021. – Vol. 1164. – DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/1164/1/012071.
Yu M Shmelov et al 2021 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 1164 012071
Yu M Shmelov et al 2021 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 1164 012071
Ключові слова
Техніка. Технічні науки. Machinery. Engineering. Техника. Технические науки, Наукові публікації. Scientific publications. Научные публикации, повітряні (літаючі) об’єкти, електромагнітні хвилі, тепловізійні прилади, інфрачервоний прожектор, воздушные объекты, электромагнитные волны, тепловизионные приборы, инфракрасный прожектор, air (flying) objects, electromagnetic waves, thermal imaging devices, Infrared searchlight.