1. ELARTU — Інституційний репозитарій ТНТУ імені Івана Пулюя
  2. Роботи студентів
  3. Магістр
  4. 172 — телекомунікації та радіотехніка, Електронні комунікації та радіотехніка
Por favor use este identificador para citas ou ligazóns a este item: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/51439
Título: Підвищення точності виявлення і супроводження БПЛА з використанням LIDAR-сенсора
Outros títulos: Improving the accuracy of UAV detection and tracking using a LIDAR sensor
Authors: Чикета, Василь Олегович
Chyketa, Vasyl
Affiliation: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, Факультет прикладних інформаційних технологій та електроінженерії, Тернопіль, Україна
Bibliographic description (Ukraine): Чикета В.О. Підвищення точності виявлення і супроводження БПЛА з використанням LIDAR-сенсора: кваліфікаційна робота на здобуття освітнього ступеня магістр за спеціальністю „172 — електронні комунікації та радіотехніка“ / В.О. Чикета . — Тернопіль: ТНТУ, 2025. — 87 с.
Data de edición: Dec-2025
Submitted date: Dec-2025
Date of entry: 28-Dec-2025
Country (code): UA
Place of the edition/event: Тернопільський національний університет імені Івана Пулюя
Supervisor: Дунець, Василь Любомирович
Dunets, Vasyl
Committee members: Хвостівський, Микола Орестович
Khvostivskyi, Mykola
UDC: 004.932.2:629.735.05
Palabras chave: 172
телекомунікації та радіотехніка
БПЛА
LiDAR-сенсор
виявлення БПЛА
супроводження БПЛА,
PTU
розширений фільтр Калмана
просторова фільтрація
кластеризація хмари точок
UAV
LiDAR sensor
UAV detection
UAV tracking
PTU
extended Kalman filter
spatial filtering
point cloud clustering
Page range: 87
Resumo: Кваліфікаційна робота присвячена підвищенню точності виявлення і супроводження БПЛА з використання LiDAR-сенсора. У першому розділі проаналізовано сучасні підходи до виявлення і супроводження БПЛА (акустичні, радіолокаційні та LiDAR-технології) та обґрунтовано вибір LiDAR-сенсора як засобу для підвищення ефективності цих процесів. У другому розділі досліджено методику побудови системи виявлення і супроводження БПЛА на основі LiDAR-сенсора та поворотно-нахильної платформи (PTU). Розроблено програмно-апаратну архітектуру в середовищі ROS, алгоритми просторової обробки даних (фільтрація і кластеризація хмари точок) та адаптивного керування скануванням LiDAR. У третьому розділі розроблено та експериментально перевірено прототип такої системи. Проведено імітаційне моделювання та натурні випробування з квадрокоптером і LiDAR-сенсором, за результатами яких оцінено ймовірність виявлення БПЛА та точність його супроводження, підтверджено ефективність запропонованих рішень. У четвертому розділі проаналізовано небезпечні та шкідливі виробничі фактори під час експлуатації системи виявлення і супроводження БПЛА на основі LiDAR-сенсора, обґрунтовано комплекс організаційних і технічних заходів з охорони праці, а також розроблено заходи та алгоритми дій персоналу щодо забезпечення безпеки в умовах можливих надзвичайних ситуацій.
The qualification work is devoted to improving the accuracy of UAV detection and tracking through the use of a LiDAR sensor. The first chapter analyzes modern approaches to UAV detection and tracking (acoustic, radar, and LiDAR-based technologies) and substantiates the choice of the LiDAR sensor as a means to increase the effectiveness of these processes. The second chapter investigates the methodology for building a UAV detection and tracking system based on a LiDAR sensor and a pan-tilt platform (PTU). The hardware-software architecture in ROS is developed, as well as algorithms for spatial data processing (point cloud filtering and clustering) and adaptive LiDAR scanning control. The third chapter presents the development and experimental testing of a prototype of such a system. Simulation and field experiments with a quadcopter and LiDAR were conducted, the target detection probability and tracking accuracy were evaluated, and the effectiveness of the proposed solutions was confirmed. The fourth chapter analyzes hazardous and harmful factors arising during the operation of the LiDAR-based UAV detection and tracking system, substantiates a set of organizational and technical occupational safety measures, and develops measures and personnel response algorithms to ensure safety in potential emergency situations.
Content: ВСТУП 9 РОЗДІЛ 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 12 1.1. Аналіз існуючих підходів до виявлення та супроводження БПЛА 12 1.1.1. Виявлення БПЛА за акустичними сигналами 12 1.1.2. Виявлення БПЛА з використанням CW-радара та GMM 12 1.1.3. Виявлення БПЛА з використанням LiDAR-сенсорів 12 1.1.4. Твердотільний LiDAR для супроводження БПЛА в умовах недоступності сигналів GNSS 13 1.1.5. Виявлення БПЛА з використанням радіолокаційної станції поля бою Ku-діапазону 13 1.1.6. Технологія пасивної радіолокації для виявлення БПЛА 14 1.2. LiDAR-сенсори в системах виявлення БПЛА 14 1.2.1. LiDAR-сенсор 14 1.2.2. Переваги LiDAR-сенсора 15 1.2.3. Сфери застосування LiDAR-систем 17 1.2.4. Модель VLP-16 компанії Velodyne 19 1.2.5. Застосування LiDAR-сенсора в системі сенсорного контролю 21 1.2.6. Режими відбиття лазерних імпульсів 23 1.3. Процеси виявлення та обробки даних 25 1.3.1. Виділення та опрацювання записаних даних 27 1.3.2. Вихідні дані обчислювальної частини 28 1.4. Проміжки між послідовними вимірюваннями 31 1.5. Висновки до розділу 1 35 РОЗДІЛ 2. ОСНОВНА ЧАСТИНА 36 2.1. Методика розробки системи 36 2.1.1. Вузол «Фільтр» 37 2.1.2. Вузол «Контролер» 38 2.1.3. Вузол «Розширений фільтр Калмана» 39 2.2. Експериментальна установка та конфігурація 42 2.3. Висновок до другого розділу 46 РОЗДІЛ 3. НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 47 3.1. Валідація методів та системи 47 3.1.1. I етап. Моделювання траєкторії БПЛА в MATLAB 48 3.1.2. II етап. Рух за прямолінійними траєкторіями 52 3.1.3. III етап. Рух за квадратними траєкторіями 55 3.2. Результати експериментів 57 3.2.1. Початковий тест ручного керування БПЛА 57 3.2.2. Моделювання автоматизованого керування БПЛА з використанням розширеного фільтра Калмана 59 3.2.3. Порівняння 3D-оціненої траєкторії з реальною траєкторією 61 3.2.4. Порівняння оціненої та реальної траєкторії руху БПЛА за координатах X, Y, Z 64 3.2.5. Коваріації оцінки координати x 66 3.2.6. Щільність виявлення у часі 68 3.2.7. Аналітичне порівняння патернів руху системи сканування LiDAR 70 3.3. Висновок до третього розділу 71 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 73 4.1. Організація охорони праці під час експлуатації апаратно програмного комплексу на основі LiDAR-сенсора 73 4.2. Забезпечення безпеки в надзвичайних ситуаціях при експлуатації системи виявлення і супроводження БПЛА 77 4.3. Висновок до четвертого розділу 81 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 82 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 83 ДОДАТКИ
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/51439
Copyright owner: © Чикета Василь Олегович, 2025
References (Ukraine): 1. Abir T. A., et al. Towards Robust Lidar-based 3D Detection and Tracking of UAVs // Proceedings of the Ninth Workshop on Micro Aerial Vehicle Networks, Systems, and Applications (DroNet ’23). – Helsinki: Association for Computing Machinery, 2023. – P. 1–7.
2. Bartsch D.-U., Muftuoglu I. K., Freeman W. R. Laser pointers revisited, 2016. – URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4993644/.
3. Di Pietro R., Oligeri G., Tedeschi P. Jam-me: Exploiting jamming to accomplish drone mission // 2019 IEEE Conference on Communications and Network Security (CNS). – IEEE, 2019. – P. 1–9.
4. Dogru S., Marques L. Drone Detection Using Sparse Lidar Measurements // IEEE Robotics and Automation Letters. – 2022. – Vol. 7, No. 2. – P. 3062–3069.
5. Dogru S., Marques L. Pursuing Drones With Drones Using Millimeter Wave Radar // IEEE Robotics and Automation Letters. – 2020. – Vol. 5, No. 3. – P. 4156 4163.
6. Du W., Beltrame G. LiDAR-based Real-Time Object Detection and Tracking in Dynamic Environments // arXiv preprint arXiv:2407.04115. – 2024. – Режим доступу: https://arxiv.org/abs/2407.04115.
7. Ho K. E. Efficacy in Low-Cost Kinetic Apprehension Counter Drone System: PhD thesis. – Purdue University Graduate School, 2024.
8. Jarvis J. C., Babcock W. A. The ethical debate of drone journalism: flying into the future of reporting // Research Papers. – 2014. – No. 475.
9. Jha U. C. Drone Wars: Ethical, Legal and Strategic Implications: Ethical, Legal and Strategic Implications. – New Delhi: KW Publishers Pvt Ltd, 2014.
10. Kim S.-G., et al. Review of intentional electromagnetic interference on UAV sensor modules and experimental study // Sensors. – 2022. – Vol. 22, No. 6. – P. 2384.
11. Liang C., et al. UAV Detection Using Continuous Wave Radar // 2018 IEEE International Conference on Information Communication and Signal Processing (ICICSP). – 2018. – P. 1–5.
12. Lykou G., Moustakas D., Gritzalis D. Defending airports from UAS: A survey on cyber-attacks and counter-drone sensing technologies // Sensors. – 2020. – Vol. 20, No. 12. – P. 3537.
13. Mohamed I. S. Detection and tracking of pallets using a laser rangefinder and machine learning techniques: PhD thesis. – European Master on Advanced Robotics+ (EMARO+), University of Genova, Italy, 2017.
14. Oğuz S., et al. An Open-Source UAV Platform for Swarm Robotics Research: Using Cooperative Sensor Fusion for Inter-Robot Tracking // IEEE Access. – 2024. – Vol. 12. – P. 43378–43395.
15. Ohlenbusch M., et al. Robust Drone Detection for Acoustic Monitoring Applications // 2020 28th European Signal Processing Conference (EUSIPCO). – 2021. – P. 6–10.
16. Quentel A. A scanning LiDAR for long range detection and tracking of UAVs: Theses. – Normandie Université, 2021.
17. Rathika P. D., Jaya Suriya B. G., et al. Review on Anti-Drone Techniques // NVEO – Natural Volatiles & Essential Oils Journal. – 2021. – P. 3498–3508.
18. Robbe C., Papy A., Nsiampa N. Using Kinetic Energy Non-Lethal Weapons to Neutralize Low Small Slow Unmanned Aerial Vehicles // Human Factors and Mechanical Engineering for Defense and Safety. – 2018. – Vol. 2. – P. 1–15.
19. Simon O., Gotthans T. A survey on the use of deep learning techniques for UAV jamming and deception // Electronics. – 2022. – Vol. 11, No. 19. – P. 3025.
20. Tewes J. Lasers, jammers, nets, and eagles: Drone defense is still illegal // SSRN Electronic Journal. – 2017. – Available at SSRN 3304914.
21. Wilson A. N., et al. Embedded sensors, communication technologies, computing platforms and machine learning for UAVs: A review // IEEE Sensors Journal. – 2022. – Vol. 22, No. 3. – P. 1807–1826.
22. Zhang Y., Hou J., Yuan Y. A comprehensive study of the robustness for lidar-based 3D object detectors against adversarial attacks // International Journal of Computer Vision. – 2024. – Vol. 132, No. 5. – P. 1592–1624.
23. Zhao Z., et al. Efficient and adaptive lidar–visual–inertial odometry for agricultural unmanned ground vehicle // International Journal of Advanced Robotic Systems. – 2022. – Vol. 19, No. 2. – Art. 17298806221094925.
24. Zhu F., et al. Decentralized lidar-inertial swarm odometry // arXiv preprint arXiv:2209.06628. – 2022.
25. Про охорону праці : Закон України від 14.10.1992 № 2694-XII // База даних «Законодавство України» / Верховна Рада України. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/2694-12 (дата звернення: 29.11.2025).
26. Кодекс цивільного захисту України : Кодекс України; Закон, Кодекс від 02.10.2012 № 5403-VI // База даних «Законодавство України» / Верховна Рада України. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/5403-17 (дата звернення: 29.11.2025).
27. Жидецький В. Ц. Основи охорони праці : підручник. – Львів : Афіша, 2002. – 250 с.
28. Безпека життєдіяльності та цивільний захист : підручник для студ. спеціальностей з природничих, соціально-гуманітарних наук та інженерно комунікаційних технологій / О. Г. Левченко, О. В. Землянська, Н. А. Праховнік, В. В. Зацарний ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл : 10,2 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. – 267 с.
29. Дембіцька С. В. Вимоги безпеки під час роботи з лазерами [Електронний ресурс] // Матеріали наук.-техн. конф. Вінницького національного технічного університету. – 2016. – https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/all-fmt/all-fmt 2016/paper/download/867/476 (дата звернення: 29.11.2025).
30. Лазерні апарати: правила безпечної експлуатації [Електронний ресурс] // Медична платформа. – 2017. – Режим https://medplatforma.com.ua/article/891-lazern-aparati-pravila-bezpechno ekspluatats (дата звернення: 29.11.2025).
31. Інструкція з експлуатації літій-полімерних (LiPo) акумуляторів [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://flymod.net/page/instruction_for_lipo_battery (дата звернення: 29.11.2025).
32. Правила безпеки при користуванні електроприладами [Електронний ресурс] // Офіційний сайт органів місцевого самоврядування. – Режим доступу: https://smr.gov.ua/ (розд. «Правила безпеки електроприладами») (дата звернення: 29.11.2025). при користуванні
33. Інструкція з охорони праці, техніки безпеки, пожежної безпеки та охорони навколишнього середовища під час роботи з ПК [Електронний ресурс] // Територіальне управління Державної судової адміністрації України в Івано Франківській області. – Режим доступу: https://rt.if.court.gov.ua/sud0912/inshe/4/30 (дата звернення: 29.11.2025).
34. Правила пожежної безпеки при експлуатації електрообладнання [Електронний ресурс] // Навчально-методичний центр цивільного захисту та безпеки життєдіяльності Закарпатської області. – 2019. – Режим доступу: https://nmc.dsns.gov.ua/zk/news/ostanni-novini/100 (дата звернення: 29.11.2025).
35. Химич Г. П. Мобільні малі антидронові системи. технології проєктування / Г. П. Химич, В. Л. Дунець, М. Блавіцький // Матеріали Ⅳ Міжнародної наукової конференції «Воєнні конфлікти та техногенні катастрофи: історичні та психологічні наслідки» (Тернопіль, 18–19 квіт. 2024 р.). – Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2024. – С. 140–144. – Режим доступу: https://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/44811 (дата звернення: 29.11.2025).
36. Гевко І. Б. Дрон з імпульсним квантовим генератором для знешкодження об’єктів ураження / І. Б. Гевко, В. Л. Дунець, Ю. Б. Паляниця, А. С. Марценюк, Г. П. Химич // Матеріали Ⅳ Міжнародної наукової конференції «Воєнні конфлікти та техногенні катастрофи: історичні та психологічні наслідки» (Тернопіль, 18–19 квіт. 2024 р.). – Тернопіль : ФОП Паляниця В. А., 2024. – С. 125–127. – Режим доступу: https://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/44803 (дата звернення: 29.11.2025).
37. Паляниця Ю. Дрон з блоком надвисоких частот для виявлення та знешкодження вибухових пристроїв та мін / Ю. Паляниця, А. Марценюк, В. Дунець, В. Бучинський, М. Паламар // Збірник тез Ⅲ Міжнародної наукової конференції «Воєнні конфлікти та техногенні катастрофи: історичні та психологічні наслідки» (Тернопіль, 20–21 квіт. 2023 р.). – Тернопіль : ФОП Паляниця А., 2023. – С. 158–159. – Режим доступу: https://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/41121 (дата звернення: 29.11.2025).
38. Чикета В.О., Дунець В.Л. Адаптивні стратегії руху в LiDAR-системі для покращення виявлення та відстеження БПЛА. Збірник тез доповідей XIV Міжнародна науково-технічна конференція молодих учених та студентів «Актуальні задачі сучасних технологій» Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя, (Тернопіль 11-12 грудня 2025 року). Тернопіль: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2025. с. 367-368.
39. Математичне та комп’ютерне моделювання електрокардіосиґналів у системах голтерівського моніторинґу / Л.Є. Дедів, А.С. Сверстюк, І.Ю. Дедів, М.О. Хвостівський, В.Г. Дозорський, Є.Б. Яворська. – Львів: Видавництво «Магнолія - 2006», 2021. – 120 с. ISBN 978-617-574-218-1
40. Математичне моделювання, методи та програмне забезпечення опрацювання дихальних шумів у комп'ютерних аускультативних діагностичних системах / І.Ю. Дедів, А.С. Сверстюк, Л.Є. Дедів, В.Г. Дозорський, М.О. Хвостівський. – Львів: Видавництво «Магнолія - 2006», 2021. – 126 с. ISBN 978-617-574-219-8
41. Методичні рекомендації з оформлення кваліфікаційних робіт бакалавра за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка» уклад.: Дунець В.Л., Хвостівський М.О. Дедів І.Ю. Тернопіль: ТНТУ імені Івана Пулюя, 2021 р. – 72с.
42. Khvostivska L.V., Osukhivska H.M., Khvostivskyi M.O., Dediv S.Y. Development of methods and algorithms for a stochastic biomedical signal period calculation in medical computer diagnostic systems. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, /Категорія В/ 2019. Вип. 79. С. 78-84. doi: 10.20535/RADAP.2019.79.78-84.
43. Dozorska O., Yavorska E., Dozorskyi V., Pankiv I., Dediv L. Dediv I. The Method of Indirect Restoration of Human Communicative Function. Proc. of the 15th International Conference on the Experience of Designing and Application of CAD Systems (CADSM), CADSM'2019, (pp. 19–22). Polyana-Svalyava (Zakarpattya), UKRAINE 978-1-7281-0053-1/19.
44. Khvostivska L., Khvostivskyy M., Dunetc V., Dediv I.. Mathematical and Algorithmic Support of Detection Useful Radiosignals in Telecommunication Networks. 2nd International Workshop on Information Technologies: Theoretical and Applied Problems, ITTAP 2022. CEUR Workshop Proceedings. Ternopil 22- 24 November 2022. Vol 3309, P. 314-318. ISSN 1613-0073.
45. Khvostivska L., Khvostivskyi M., Dunets V., Dediv I. Mathematical, algorithmic and software support of synphase detection of radio signals in electronic communication networks with noises. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol 111, no 3, 2023. pp. 48–57.
46. Основи технології радіоелектронних апаратів : навчальний посібник / Р. А. Ткачук, В. Г. Дозорський, Л. Є. Дедів, І. Ю. Дедів. - Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2017. - 336 с.
47. Dozorskyi V., Dediv L., Kovalyk S., Dozorska O., Dediv I. (2024) Design of the endoskeleton of a biocontrolled hand prosthesis. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 115, no 3, pp. 100-111.
48. Mathematical, algorithmic and software support for signals wavelet detection in electronic communications. Khvostivska Liliia, Khvostivskyi Mykola, Dediv Iryna. CEUR Workshop Proceedings, Vol 3742, 2nd International Workshop on Computer Information Technologies in Industry 4.0, CITI 2024 Ternopil 12 June 2024 до 14 June 2024 Р. 223–234.
49. Medical Computer System for Diagnosing the State of Human Vessels. M. Khvostivskyi, L. Khvostivska, I. Dediv, I. Yavorskyi, S. Uniiat. CEUR Workshop Proceedings, Volume 3842, 1st International Workshop on Bioinformatics and Applied Information Technologies, BAIT 2024 Zboriv 2 October 2024 through 4 October 2024 Code 204273 pp. 196–207.
50. Design of the endoskeleton of a biocontrolled hand prosthesis / Vasil Dozorskyi, Leonid Dediv, Serhii Kovalyk, Oksana Dozorska, Iryna Dediv // Scientific Journal of TNTU. — Tern.: TNTU, 2024. — Vol 115. — No 3. — P. 100–111.
51. Паляниця Ю., Дунець В., Дедів І., Хвостівська Л., Сверстюк А. Розвиток концепції Smart Systems та Mobility as a Service: тенденції останнього десятиліття. Вісник Хмельницького національного університету. Серія: Технічні наук. Том 349. № 2. 2025. С. 549-560.
52. Хвостівський М.О., Хвостівська Л.В., Дедів І.Ю., Дедів Л.Є. Інтелектуальна система прогнозування трафіку комп’ютерних мереж на основі синфазної обробки даних. Вісник Херсонського національного технічного університету: технічні науки. – Херсон: редакція журналу " Вісник Херсонського національного технічного університету ". – 2025. - №3(94) Т.2 – с. 497-503.
Content type: Master Thesis
Aparece nas Coleccións172 — телекомунікації та радіотехніка, Електронні комунікації та радіотехніка

Arquivos neste item
Arquivo Descrición TamañoFormato 
2025_KRM_RAm-61_Chyketa_VO_v1_Final.pdf3,72 MBAdobe PDFVer/abrir
Mostrar o rexistro en formato completo


Todos os documentos en Dspace estan protexidos por copyright, con todos os dereitos reservados

Ferramentas administrativas