Виявлення літальних апаратів із використанням автоенкодерів
Автор: Пазинюк Михайло Юрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерні системи управління рухомими об'єктами (автомобільний транспорт)
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню та реалізації системи виявлення літальних апаратів із використанням автоенкодерів для аналізу акустичних аномалій. Через зростаюче застосування безпілотних літальних апаратів у різноманітних цілях збільшується й потреба у протидії несанкціонованому застосуванню цих об’єктів. У сучасному світі зростає інтерес до технологій виявлення літальних апаратів з метою підвищення безпеки в різних сферах. Безпілотні літальні апарати (БПЛА) знаходять застосування у військовій, комерційній, науковій та розважальній сферах, що одночасно викликає питання безпеки та конфіденційності. Однією з новітніх технологій для виявлення та ідентифікації літальних апаратів є аналіз акустичних аномалій [1, 2]. Цей підхід дозволяє відрізнити звуки досліджуваного об’єкта від звуків навколишнього середовища, що є особливо важливим для захисту повітряного простору у місцях, де традиційні методи виявлення можуть бути обмежені. Існує велике різноманіття методів акустичного виявлення об?єктів у повітрі, більшість з них ґрунтується на застосуванні нейронних мереж та даних із вловлювачів звуку [8, 9]. У магістерській кваліфікаційній роботі досліджується можливість використання автоенкодерів — специфічних нейронних мереж, призначених для автоматичного вилучення особливих ознак сигналів. Зокрема, застосування автоенкодерів дозволяє ідентифікувати акустичні аномалії, що виникають через характерні звуки, які відрізняються від звуків навколишнього середовища. Такі підходи знаходять своє застосування у вирішенні задач моніторингу та безпеки, контролю працездатності устаткувань на виробництвах [5], а також в 5 автоматизованих системах раннього виявлення та ідентифікації літальних апаратів. У першому розділі розглянуті основні принципи акустичного аналізу для виявлення БПЛА, а також аналіз особливостей акустичних сигналів, характерних для літальних апаратів. Проведено огляд сучасних методів виявлення аномалій, які застосовуються для ідентифікації об’єктів у повітрі, і обґрунтовано актуальність проблеми виявлення дронів за акустичними ознаками. Викладені основні виклики та складнощі, пов’язані з виявленням літальних апаратів у шумному середовищі, та зроблено відповідні висновки. Другий розділ присвячений розробці алгоритму на основі автоенкодера для аналізу акустичних аномалій. Проведено порівняльний аналіз різних типів автоенкодерів та обґрунтовано вибір архітектури для реалізації моделі виявлення. Третій розділ присвячений методам та засобам реалізації системи виявлення БПЛА на основі акустичного аналізу. Наведено розрахунки та оцінку ефективності обраного підходу для виявлення літальних апаратів за акустичними даними. Вказано обрані програмні бібліотеки, які дозволяють збирати звукові дані, обробляти їх та видавати результати опрацювання. У четвертому розділі представлена практична частина роботи, яка включає реалізацію та тестування алгоритму в умовах, наближених до реальних. Розглянуто процес збору й підготовки даних, налаштування параметрів навчання, а також інтеграцію розробленої моделі в прототип системи моніторингу. Проведено аналіз точності виявлення та обговорено результати тестування, що показують ефективність алгоритму. П?ятий розділ присвячений розрахунку економічної ефективності спроектованої системи акустичного виявлення БПЛА. Оцінено витрати на впровадження даної системи в середовище з підвищеними вимогами до безпеки, проаналізовано переваги та обмеження розробленої моделі в реальних умовах. 6 Висновки підсумовують результати виконаної роботи, підкреслюючи доцільність використання автоенкодерів для аналізу акустичних аномалій з метою виявлення дронів. Об’єкт дослідження – акустичні сигнали, що виникають під час руху безпілотних літальних апаратів (БПЛА) в різних середовищах. Предмет дослідження – методи використання автоенкодерів для аналізу акустичних аномалій з метою виявлення літальних апаратів. Мета дослідження – розробка та оцінка ефективності алгоритму для виявлення дронів на основі аналізу акустичних аномалій із використанням автоенкодерів. Ключові слова – автоенкодери, виявлення літальних апаратів, акустичні аномалії, БПЛА, нейронні мережі, безпека. Перелік використаних літературних джерел: 1. Дзелендзяк У.Ю., Пазинюк М.Ю. Варіативні методи звукового виявлення безпілотних літальних апаратів. Світ наукових досліджень. 2023. № 17. URL: http://www.economy-confer.com.ua/full-article/4359/ (дата звернення: 30.11.2024). 2. Drone detection by acoustic signature identification / A. Bernardini et al. Electronic Imaging. 2017. Vol. 2017, no. 10. P. 60–64. URL: https://doi.org/10.2352/issn.2470-1173.2017.10.imawm-168 (дата звернення: 27.11.2024). 3. Сокольський, С. О. Акустичне виявлення безпілотних літальних апаратів : дис. д-ра філософії : 172 Телекомунікації та радіотехніка / Сокольський Сергій Олегович. – Київ, 2023. – 183 с. 4. Dzelendzyak U., Pazyniuk M. Aerial vehicles detection system based on analysis of sound signals. Computer systems and network. 2023. Vol. 5, no. 1. P. 29–35. URL: https://doi.org/10.23939/csn2023.01.029 (дата звернення: 27.11.2024). 5. Khan N. Anomaly detection in industrial equipment using sound signals. Medium. URL: https://medium.com/@naveed88375/anomalydetection- in-industrial-equipment-using-sound-signals-5d9a654795ea (дата звернення: 27.11.2024).