uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1536-2023-13-2-31-44uprinmatus-102Research ArticleМЕХАТРОНИКА, РОБОТОТЕХНИКАMECHATRONICS, ROBOTICSОценка дальности передачи видеоинформации различного качества при мониторинге чрезвычайных ситуаций с беспилотного летательного аппаратаEvaluation of the Transmission Range of Videoinformation of Various Quality when Monitoring Emergency Situations from an Unmanned Aerial VehicleАлемпьевМ. Ю.AlempievM. Y.

Михаил Юрьевич Алемпьев, аспирант

кафедра космического приборостроения и систем связи

305040

ул. 50 лет Октября, д. 94

Курск

Mikhail Y. Alempiev, Post-Graduate Student

Department of Space Instrumentation and Communication Systems

305040

50 Let Oktyabrya Str. 94

Kursk

mihail.alempiev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7759-579XКоптевД. С.KoptevD. S.

Дмитрий Сергеевич Коптев, старший преподаватель

кафедра космического приборостроения и систем связи

305040

ул. 50 лет Октября, д. 94

Курск

Dmitry S. Koptev, Senior Lecturer

Department of Space Instrumentation and Communication Systems

305040

50 Let Oktyabrya Str. 94

Kursk

d.s.koptev@mail.ruДовбняВ. Г.DovbnyaV. G.

Виталий Георгиевич Довбня, профессор

кафедра космического приборостроения и систем связи

305040

ул. 50 лет Октября, д. 94

Курск

Vitaly G. Dovbnya, Professor

Department of Space Instrumentation and CommunicationSystems

305040

50 Let Oktyabrya Str. 94

Kursk

vit_georg@mail.ruСкрипкинаЕ. В.SkripkinaE. V.

Елена Васильевна Скрипкина, доцент

кафедра математики и естественно-научных дисциплин

141074

ул. Гагарина, д. 42

Московская область

Королев

Elena V. Skripkina, Associate Professor

Department of Mathematics and Natural Sciences

141070

42 Gagarin Str.

Moscow Region

Korolev 

lenagrant35@mail.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian FederationТехнологический университет имени дважды Героя Советского Союза, летчика-космонавта А. А. ЛеоноваРоссияLeonov University of TechnologyRussian Federation2023020820231323144Copyright © Алемпьев М.Ю., Коптев Д.С., Довбня В.Г., Скрипкина Е.В., 20232023Алемпьев М.Ю., Коптев Д.С., Довбня В.Г., Скрипкина Е.В.Alempiev M.Y., Koptev D.S., Dovbnya V.G., Skripkina E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/102

   Целью исследования является оценка максимальной дальности передачи видеоинформации различного качества с беспилотного летательного аппарата для прогнозирования его возможностей при мониторинге чрезвычайной ситуации.

   Методы исследования основаны на понятиях теории радиоэлектроники, теории диагностики и прогностики технического состояния беспилотных летательных аппаратов. Использованы методы многокритериального анализа, параметрического и структурного синтеза. Проанализированы принципы передачи видеоинформации с беспилотных летательных аппаратов, используемых для мониторинга чрезвычайных ситуаций. Произведена критическая оценка максимальной дальности передачи видеоинформации с беспилотных летательных аппаратов при мониторинге чрезвычайных ситуаций.

   Результаты

   Результаты. Получены графики зависимости энергетического запаса в линии радиосвязи между беспилотным летательным аппаратом и наземным комплексом управления, позволяющие оценить максимальные значения дальности передачи видеоинформации различного качества в диапазонах 2,4 и 5,8 ГГц при мониторинге чрезвычайных ситуаций. Максимальная дальность прямой видимости между БПЛА и НКУ слабо зависит от высоты подъема антенны мобильного НКУ и при высоте подъема БПЛА от 100 до 500 м составляет от 40 до 85 км. Максимальная дальность организации передачи видеоинформации HD качества с БПЛА методом ФМ-4 с использованием турбокодирования Turbo 7/8 в диапазонах 2,4 и 5,8 ГГц составляет 3 и 7 км соответственно, а при передаче видеоинформации FHD качества с БПЛА методом КАМ-16 с использованием турбокодирования Turbo 7/8 в диапазонах 2,4 и 5,8 ГГц составляет 1,4 и 3,3 км.

   Заключение

   Заключение. Развитие метода определения максимальной дальности передачи видео- и командо-телеметрической информации позволяет более точно оценить энергетический запас в линии радиосвязи с беспилотным летательным аппаратом. В качестве перспективных направлений исследований в области использования беспилотных летательных аппаратов при чрезвычайных ситуациях следует рассматривать беспилотные летательные аппараты для пеленгации и обнаружения спасательных радиомаяков пострадавших при проведении поисково-спасательных операций.

   The purpose of research The aim of the study is to estimate the maximum transmission range of video information of various quality from an unmanned aerial vehicle to predict its capabilities when monitoring an emergency situation.

   Methods

   Methods. Research methods are based on the concepts of the theory of radio electronics, the theory of diagnostics and prognostics of the technical condition of unmanned aerial vehicles. The methods of multicriteria analysis, parametric and structural synthesis were used. The principles of transmitting video information from unmanned aerial vehicles used to monitor emergency situations are analyzed. A critical assessment of the maximum transmission range of video information from unmanned aerial vehicles during emergency monitoring has been made.

   Results

   Results. Graphs of the dependence of the energy reserve in the radio communication line between the unmanned aerial vehicle and the ground control system have been obtained, allowing to estimate the maximum values of the transmission range of video information of various quality in the 2.4 and 5.8 GHz bands when monitoring emergencies. The maximum line-of-sight range between the UAV and the UAV slightly depends on the lifting height of the antenna of the mobile UAV and at the lifting height of the UAV from 100 to 500 m is from 40 to 85 km. The maximum range of HD quality video transmission with the FM-4 UAV using Turbo 7/8 turbocoding in the 2.4 and 5.8 GHz bands is 3 and 7 km, respectively, and when transmitting FHD quality video information with the CAM-16 UAV using Turbo 7/8 turbocoding in the 2.4 and 5.8 GHz bands is 1.4 and 3.3 km.

   Conclusion

   Conclusion. The development of a method for determining the maximum transmission distance of video and command-telemetry information allows for a more accurate assessment of the energy reserve in the radio communication line with an unmanned aerial vehicle. Unmanned aerial vehicles for direction finding and detection of rescue beacons of victims during search and rescue operations should be considered as promising areas of research in the field of the use of unmanned aerial vehicles in emergency situations.

беспилотный летательный аппаратназемный комплекс управлениядальность связилиния радиосвязивид модуляциитурбокодированиеunmanned aerial vehicleground control systemcommunication rangeradio communication linetype of modulationturbo codingReferencesПопов Н. И., Ефимов С. В. Использование беспилотных летательных аппаратов в МЧС России // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Воронеж, 2016. С. 149–151. URL: https://www.masters.donntu.ru/2017/etf/nizhenets/library/article2.htm (дата обращения: 05. 03. 2023).Popov N. I., Efimov S. V. Ispol'zovanie bespilotnykh letatel'nykh apparatov v MChS Rossii [The use of unmanned aerial vehicles in the Ministry of Emergency Situations of Russia]. Problemy obespecheniya bezopasnosti pri likvidatsii posledstvii chrezvychainykh situatsii [Problems of ensuring safety in the aftermath of emergencies]. Voronezh, 2016, pp. 149–151. Available at: https://www.masters.donntu.ru/2017/etf/nizhenets/library/article2.htm. (accessed 05. 03. 2023)Салахутдинов И. Т. Подход к оценке реализуемости создания авиационной системы (на примере транспортной беспилотной авиационной системы) // Modern Economy Success. 2023. № 1. С. 231–243.Salakhutdinov I. T. Podkhod k otsenke realizuemosti sozdaniya aviatsionnoi sistemy (na primere transportnoi bespilotnoi aviatsionnoi sistemy) [An approach to assessing the feasibility of creating an aviation system (on the example of a transport unmanned aircraft system)]. Modern Economy Success, 2023, no. 1, pp. 231–243.Макаренко С. И. Противодействие беспилотным летательным аппаратам : монография. СПб.: Наукоемкие технологии, 2020. 204 с.Makarenko S. I. Protivodeistvie bespilotnym letatel'nym apparatam [Countering unmanned aerial vehicles]. St. Petersburg, Science-intensive technologies Publ., 2020. 204 p.Андронов В. Г., Чуев А. А., Князев А. А. Модель параметров отклонений маршрута полёта беспилотных летательных аппаратов от заданной траектории // Известия Юго-Западного государственного университета. 2021. Т. 25, № 4. С. 145–161.Andronov V. G., Chuev A. A., Knyazev A. A. Model' parametrov otklonenii marshruta poleta bespilotnykh letatel'nykh apparatov ot zadannoi traektorii [Model of parameters of deviations of the flight route of unmanned aerial vehicles from a given trajectory]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2021, vol. 25, no. 4, pp. 145–161.Салахутдинов И. Т. Анализ переоснащения авиационной транспортной системы в транспортные беспилотные авиационные системы на различных этапах жизненного цикла // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Экономика и право. 2020. № 7. С. 67–71.Salakhutdinov I. T. Analiz pereosnashcheniya aviatsionnoi transportnoi sistemy v transportnye bespilotnye aviatsionnye sistemy na razlichnykh etapakh zhiznennogo tsikla [Analysis of the re-equipment of the aviation transport system into transport unmanned aircraft systems at various stages of the life cycle]. Sovremennaya nauka: aktual'nye problemy teorii i praktiki. Seriya: Ekonomika i pravo = Modern Science: Actual Problems of Theory and Practice, Series: Economics and Law, 2020, no. 7, pp. 67–71.Садовская Е. В. Применении сетевых технологий как решение проблемы передачи больших объёмов данных на большие расстояния при общении БПЛА-наземный пункт управления // Гагаринские чтения – 2020: сборник тезисов докладов. М.: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2020. С. 643–644.Sadovskaya E. V. [The use of network technologies as a solution to the problem of transmitting large amounts of data over long distances when communicating UAV-ground control point]. Gagarinskie chteniya – 2020. Sbornik tezisov dokladov [Gagarin Readings – 2020. Collection of abstracts]. Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University) Publ., 2020, pp. 643–644. (In Russ.)Мухин И. Е., Ветрова А. С. Выбор антенн для малых беспилотных летательных аппаратов // Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения : сборник научных статей по материалам VI Всероссийской научно-практической конференции, Курск, 14–15 апреля 2022 года / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2022. С. 45–50.Mukhin I. E., Vetrova A. S. [The choice of antennas for small unmanned aerial vehicles]. Infokommunikatsii i kosmicheskie tekhnologii: sostoyanie, problemy i puti resheniya. Sbornik nauchnykh statei po materialam VI Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Kursk, 14–15 aprelya 2022 goda [Infocommunications and space technologies: state, problems and solutions. Collection of scientific articles based on the materials of the VI All-Russian Scientific and Practical Conference, Kursk, April 14–15, 2022]. Kursk, Southwest State University Publ., 2022, pp. 45–50. (In Russ.)Слюсар В. Передача данных с борта БПЛА: стандарты НАТО // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2010. № 3 (101). С. 80–87.Slyusar V. Peredacha dannykh s borta BPLA: standarty NATO [Data transmission from the UAV: NATO standards]. Elektronika: Nauka, tekhnologiya, biznes = Electronics: Science, Technology, Business, 2010, no. 3 (101), pp. 80–87.Интеллектуальная система обработки изображений, получаемых с беспилотных летательных аппаратов / С. А. Филист, Р. А. Томакова, Н. Г. Нефедов [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2022. Т. 12, № 4. С. 64–85.Filist S. A., Tomakova R. A., Nefedov N. G., eds. Intellektual'naya sistema obrabotki izobrazhenii, poluchaemykh s bespilot-nykh letatel'nykh apparatov [Intelligent image processing system obtained from unmanned aerial vehicles]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Series: Management, Computer engineering, Computer science. Medical instrumentation = Proceedings of the Southwest State University. Series: Control, Computer Engineering, Information Science. Medical Instruments Engineering, 2022, vol. 12, no. 4, pp. 64–85.Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / под ред. А. В. Назаренко, Л. А. Худяковой. 2-е изд. М.: Вильямс, 2003. 1104 с.Sklyar B. Tsifrovaya svyaz'. Teoreticheskie osnovy i prakticheskoe primenenie [Digital communication. Theoretical foundations and practical application]; ed. by A. V. Nazarenko, L. A. Khudyakova. 2<sup>nd</sup> ed. Moscow, Williams Publ., 2003. 1104 p.Довбня В. Г., Азиатцев В. Е., Михайлов С. Н. Помехоустойчивость радиоприемных систем цифровых линий связи : монография / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2017. 175 с.Dovbnya V. G., Asiantsev V. E., Mikhailov S. N. Pomekhoustoichivost' radiopriemnykh sistem tsifrovykh linii svyazi [Noise immunity of radio receiving systems of digital communication lines]. Kursk, Southwest State University Publ., 2017. 175 p.Малоразмерные беспилотные летательные аппараты: задачи обнаружения и пути их решения / И. И. Олейник, А. А. Черноморец, В. Г. Андронов [и др.]; Юго-Западный государственный университет. Курск, 2021. 171 с.Oleinik I. I., Chernomorets A. A., Andronov V. G., eds. Malorazmernye bespilotnye letatel'nye apparaty: zadachi obnaruzheniya i puti ikh resheniya [Small-sized unmanned aerial vehicles: detection tasks and ways to solve them]. Kursk, Southwest State University Publ., 2021. 171 p.Техническая реализация высокоскоростного информационного канала радиосвязи с беспилотного летательного аппарата на наземный пункт управления / Д. Г. Пантенков, Н. В. Гусаков, А. Т. Егоров [и др.] // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15, № 5. С. 52–71.Pantenkov D. G., Gusakov N. V., Egorov A. T., eds. Tekhnicheskaya realizatsiya vysokoskorostnogo informatsionnogo kanala radiosvyazi s bespilotnogo letatel'nogo apparata na nazemnyi punkt upravleniya [Technical implementation of a high-speed information channel of radio communication from an unmanned aerial vehicle to a ground control point]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Voronezh State Technical University, 2019, vol. 15, no. 5, pp. 52–71.Диденко М. Г. Радиосигналы в спутниковых системах связи. URL: https://www.studylib.net/doc/26117799/radiosignaly-v-sputnikovyh-sistemah-svyazi (дата обращения: 17. 03. 2023).Didenko M. G. Radiosignaly v sputnikovykh sistemakh svyazi [Radio signals in satellite communication systems]. Available at: https:// www.studylib.net/doc/26117799/radiosignaly-v-sputnikovyh-sistemah-svyazi. (accessed 17. 03. 2023)Анализ стандартов передачи данных, связи и управления между наземным пунктом управления и беспилотным летательным аппаратом / З. А. Дмитриев, А. И. Знаменский, Н. Ю. Кундин [и др.] // Научная мысль. 2022. Т. 19, № 1-1 (43). С. 87–91.Dmitriev Z. A., Znamensky A. I., Kundin N. Y., eds. Analiz standartov peredachi dannykh, svyazi i upravleniya mezhdu nazemnym punktom upravleniya i bespilotnym letatel'nym apparatom [Analysis of data transmission, communication and control standards between a ground control point and an unmanned aerial vehicle]. Nauchnaya mysl' = Scientific Thought, 2022, vol. 19, no. 1-1 (43), pp. 87–91.Андронов В. Г., Чуев А. А., Луценко М. Н. Области и особенности применения различных типов беспилотных летательных аппаратов // Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения : сборник научных статей по материалам V Всероссийской научно-практической конференции, Курск, 15–16 апреля 2021 года / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2021. С. 316–323.Andronov V. G., Chuev A. A., Lutsenko M. N. [Areas and features of the use of various types of unmanned aerial vehicles]. Infokommunikatsii i kosmicheskie tekhnologii: sostoyanie, problemy i puti resheniya. Sbornik nauchnykh statei po materialam V Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Infocommunications and space technologies: state, problems and solutions. Collection of scientific articles based on the materials of the V All-Russian Scientific and Practical Conference, Kursk, April 15–16, 2021]. Kursk, Southwest State University Publ., 2021, pp. 316–323. (In Russ.)Яронова Н. В., Аметова А. А. Использование беспилотных летательных аппаратов для передачи данных // Universum: технические науки. 2021. № 11-2 (92). С. 92–94.Yaronova N. V., Ametova A. A. Ispol'zovanie bespilotnykh letatel'nykh apparatov dlya peredachi dannykh [The use of unmanned aerial vehicles for data transmission]. Universum: tekhnicheskie nauki = Universum: Technical Sciences, 2021, no. 11-2 (92), pp. 92–94.Данилов Д. В., Емельев К. С. О повышении помехоустойчивости физического интерфейса беспилотного летательного аппарата // Наука, образование, общество: тенденции и перспективы развития : сборник материалов X Международной научно-практической конференции, Чебоксары, 21 мая 2018 года / редколлегия: О. Н. Широков [и др.]. Чебоксары: Центр научного сотрудничества «Интерактив плюс», 2018. С. 152–154.Danilov D. V., Emelyev K. S. [On increasing the noise immunity of the physical interface of an unmanned aerial vehicle]. Nauka, obrazovanie, obshchestvo: tendentsii i perspektivy razvitiya. Sbornik materialov X Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Cheboksary, 21 maya 2018 goda [Science, education, society: trends and prospects of development. Collection of materials of the X International Scientific and Practical Conference, Cheboksary, May 21, 2018]; ed. by O. N. Shirokov, eds. Cheboksary, Center for Scientific Cooperation "Interactive Plus" Publ., 2018, pp. 152–154. (in Russ.)Чуев А. А. Принципы организации автономной навигации беспилотных летательных аппаратов // Исторические, философские, методологические проблемы современной науки : сборник статей III Международной научной конференции молодых ученых, Курск, 20 мая 2020 года. Курск: Университетская книга, 2020. С. 481–485.Chuev A. A. [Principles of the organization of autonomous navigation of unmanned aerial vehicles]. Istoricheskie, filosofskie, metodologicheskie problemy sovremennoi nauki. Sbornik statei III Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii molodykh uchenykh [Historical, philosophical, methodological problems of modern science. Collection of articles of the 3<sup>rd</sup> International Scientific Conference of Young Scientists, Kursk, May 20, 2020]. Kursk, Universitetskaya kniga Publ., 2020, pp. 481–485. (In Russ.)Чуднов А. М., Губская О. А., Кичко Я. В. Методика анализа вероятностно-временных характеристик обмена сообщениями в комплексе беспилотных летательных аппаратов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 11. С. 117–124.Chudnov A. M. Gubskaya O. A., Kichko Ya. V. Metodika analiza veroyatnostno-vremennykh kharakteristik obmena soobshcheniyami v komplekse bespilotnykh letatel'nykh apparatov [Methodology for analyzing the probabilistic-temporal characteristics of messaging in a complex of unmanned aerial vehicles]. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki = Proceedings of Tula State University. Technical sciences, 2021, no. 11, pp. 117–124.Пантенков Д. Г. Результаты анализа наземных испытаний комплекса средств спутниковой радиосвязи для беспилотных летательных аппаратов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2019. № 69. С. 42–51.Pantenkov D. G. Rezul'taty analiza nazemnykh ispytanii kompleksa sredstv sputnikovoi radiosvyazi dlya bespilotnykh letatel'nykh apparatov [The results of the analysis of ground tests of the satellite radio communication complex for unmanned aerial vehicles]. Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo radiotekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Ryazan State Radio Engineering University, 2019, no. 69, pp. 42–51.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.