Increasing the Security Level of Critical Transport Infrastructure Facilities Based on Geospatial Analysis of Acoustic Portraits of Air Threats

Authors

  • D. O. Bosyi Ukrainian State University of Science and Technology, Dnipro
  • O. I. Sablin Ukrainian State University of Science and Technology, Dnipro
  • I. Yu. Potapchuk Ukrainian State University of Science and Technology, Dnipro

DOI:

https://doi.org/10.31649/1997-9266-2024-175-4-147-156

Keywords:

critical infrastructure, air hazards, identification, acoustic signal, acoustic portrait, wireless data transmission

Abstract

The article discusses an approach to improving the safety of facilities that do not interrupt technological processes after an air raid alert, in particular, critical transport infrastructure, based on object-based identification of air hazards. Existing methods for detection and recognition of the air targets, such as attack drones and cruise missiles, are reviewed. It has been determined that for early detection of air hazards at the local level, the acoustic identification method is effective in terms of cost, simplicity and range. To implement it, the structure of the identification system is considered, built on the basis of the use of modern element base, including highly sensitive acoustic sensors capable of distinguishing sounds at a distance of up to 2.5 km and a system for processing and radio transmission of information at the distance of up to 10 km.

To identify various types of air hazards by their acoustic radiation and separate it from extraneous noise, unique acoustic portraits of attack drones and cruise missiles are identified in the research on the base of spectral analysis. For this purpose, a statistical study was carried out of a large volume of data of the acoustic noise of drones and cruise missiles, the information is obtained from the open sources. The resulting acoustic portraits of various types of air hazards in the form of the spectral density of the acoustic signal reflect the significant distinctive features of the amplitude-frequency characteristics of acoustic radiation depending on the type of air hazard.

In order to implement the proposed method, a special device for measuring the acoustic signal and other digital parameters with wireless data transmission based on ZigBee and LoRaWan technologies has been developed. The device can be configured to distinguish between low-intensity sounds and noises in the required frequency ranges inherent in acoustic portraits, after the identification it switches from “sleep mode” to active mode, which ensures its energy efficiency.

Author Biographies

D. O. Bosyi, Ukrainian State University of Science and Technology, Dnipro

Dr Sc. (Eng.), Associate Professor, Head with the Chair of Intelligent Energy Supply Systems

O. I. Sablin, Ukrainian State University of Science and Technology, Dnipro

Dr Sc. (Eng.), Associate Professor, Professor with the Chair of Environmental and Civil Safety

I. Yu. Potapchuk, Ukrainian State University of Science and Technology, Dnipro

Cand. Sc. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor with the Chair of Intelligent Energy Supply Systems

References

Ю. Г. Даник, і М. В. Бугайов, «Аналіз ефективності виявлення тактичних безпілотних літальних апаратів пасивними та активними засобами спостереження,» Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем, зб. наук. пр., № 10, с. 5-20, 2015.

AUDS Anti-UAV Defence System. [Electronic resource]. Available: https://www.blighter.com/ .

Я. І. Лепіх та ін., Оптико-електронні системи ближньої локації, моногр. Одеса, Україна: Одеський нац. ун-т імені І. І. Мечникова, 2019.

C. G. Ribbing, “Controlling thermal radiation from surfaces,” in Optical Thin Films and Coatings, A. Piegari and F. Flory, Sawston, UK: Woodhead Publishing Limited, 2013, pp. 811-835. https://doi.org/10.1533/9780857097316.2.357 .

С. О. Сокольський, і А. В. Мовчанюк, «Огляд методів виявлення та локалізації малих безпілотних літальних апаратів», Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування, № 87, с. 46-55, Грудень. 2021. https://doi.org/10.20535/RADAP.2021.87.46-55 .

Г. Е. Соколов, «Аналіз акустичних інформаційних сигналів квадрокоптерів і перешкодних звуків міста,» Проблеми інформатизації та управління, № 67(3), 2021, с. 61-70.

С. О. Козерук, і О. В. Коржик, «Виявлення малих літальних апаратів за акустичним випромінюванням,» Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування, № 76, с. 15-20, 2019. https://doi.org/10.20535/RADAP.2019.76.15-20 .

В. М. Карташов, В. О. Посошенко, А. І. Капуста, М. В. Рибников, і Є. В. Першин, «Особливості задач виявлення і спостереження груп безпілотних літальних апаратів,» Радіотехніка, Всеукр. міжвід. наук.-техн. зб., вип. 211, с. 84-92, 2022. https://doi.org/10.30837/rt.2022.4.211.06 .

O. Sukharevsky, Electromagnetic Wave Scattering by Aerial and Ground Radar Objects, 2015, p. 334. https://doi.org/10.1201/b17239 .

В. А. Тихонов, та ін. «Виявлення-розпізнавання безпілотних літальних апаратів з використанням складової моделі авторегресії їх акустичного випромінювання,» Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування, 2020, № 81, pp. 38-46.

V. M. Kartashov, et all., “Information characteristics of sound radiation of small unmanned aerial vehicles,” Telecommunications and Radio Engineering (English translation of Elektrosvyaz and Radiotekhnika), vol.77 (10), pp. 915-924, 2018.

Г. С. Ігнатенко, і А. Г. Ламчановський, «Класифікація аудіосигналів за допомогою нейронних мереж,» Молодий вчений, міжнар. журн., № 48(286), с. 23-25, 2019.

D. O. Bosyi, O. I. Sablin, I. Yu. Khomenko, Y. M. Kosariev, I. Yu. Kebal, and S. S. Myamlin, “Intelligent Technologies for Efficient Power Supply in Transport Systems,” Transport Problems, no. 12 (SE), p. 57-71, 2017. https://doi.org/10.20858/tp.2017.12.se.5 .

What is ZigBee and how it works? [Electronic resource]. Available: https://www.tech-sparks.com/zigbee/ .

LoRa and LoRaWAN, a Technical Overview, Semtech Corporation, December 2019, 26 p.

Downloads

Abstract views: 33

Published

2024-08-30

How to Cite

[1]
D. O. Bosyi, O. I. Sablin, and I. Y. Potapchuk, “Increasing the Security Level of Critical Transport Infrastructure Facilities Based on Geospatial Analysis of Acoustic Portraits of Air Threats”, Вісник ВПІ, no. 4, pp. 147–156, Aug. 2024.

Issue

No. 4 (2024)

Section

Mechanical engineering and transport

Metrics

Downloads

Download data is not yet available.

License

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

  • Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
  • Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgment of its initial publication in this journal.
  • Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).