КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ МУЛЬТИРОТОРНОГО ТИПА С ПРИМЕНЕНИЕМ АЛГОРИТМА YOLO11
Аннотация
Рассматривается классификатор радиолокационных изображений беспилотных летательных аппаратов, основанный на нейронной сети, построенной на алгоритме YOLO 11 версии. Решение задачи обнаружения и классификации беспилотных летательных аппаратов стало одной из приоритетных задач в настоящее время. Увеличение числа модификаций беспилотных летательных аппаратов сильно усложняет применение статистических методов классификации, что требует применения новых подходов в решении задачи классификации. Развитие нейросетевых методов, одновременно с увеличением производительности вычислителей для обучения, с одной стороны, и встраиваемых решений, с другой, позволяет осуществлять классификацию летательных аппаратов с применением радиолокационных изображений в реальном масштабе времени. Применение алгоритма YOLO11 позволяет, помимо определения класса цели, осуществить оценку дальности до наблюдаемого объекта. Использование радиолокационных изображений оправданно в связи с тем, что визуальное наблюдение не всегда является возможным, из-за сложных погодных условий и темного времени суток. Для обучения нейронной сети предполагается использовать набор радиолокационных изображений, полученный с применением авторской модели генерации данных с произвольной конфигурацией беспилотных летательных аппаратов. Проведено обучение нейронной сети класса Detection YOLO11s (9,4 млн. параметров) на выборке радиолокационных изображений двух классов общим числом 8192. В результате обучения получена точность 0,99 для классификации на 2 классах объектов (на тестовых модельных данных). Были проведены тесты с применением натурных данных, снятых с применением радиолокационной системы миллиметрового диапазона TI IWR1642, в результате которых достигнута безошибочная классификация объектов на малой выборке.
Список литературы
1. Coluccia A., Parisi G., Fascista A. Detection and classification of multirotor drones in radar sensor net-works: A review, Sensors, 2020, Vol. 20, No. 15, pp. 4172.
2. Ezuma M. et al. Micro-UAV detection and classification from RF fingerprints using machine learning techniques, 2019 IEEE Aerospace Conference. IEEE, 2019, pp. 1-13.
3. Gonsalez R., Vuds R. Tsifrovaya obrabotka izobrazheniy [Digital image processing]: transl. from Eng-lish. Moscow: Izdatel'skiy dom Tekhnosfera, 2005, 1073 p.
4. Anderson T.W., Goodman L.A. Statistical inference about Markov chains, The Annals of Mathematical Statistics, 1957, pp. 89-110.
5. Mendis G.J. et al. Deep learning based doppler radar for micro UAS detection and classification, MILCOM 2016-2016 IEEE Military Communications Conference. IEEE, 2016, pp. 924-929.
6. Hinton G.E., Osindero S., Teh Y.W. A fast learning algorithm for deep belief nets, Neural computation, 2006, Vol. 18, No. 7, pp. 1527-1554.
7. Martinez J. et al. Convolutional neural network assisted detection and localization of UAVs with a nar-rowband multi-site radar, 2018 IEEE MTT-S International Conference on Microwaves for Intelligent Mobility (ICMIM). IEEE, 2018, pp. 1-4.
8. Samaras S. et al. UAV classification with deep learning using surveillance radar data, International Conference on Computer Vision Systems. Springer, Cham, 2019, pp. 744-753.
9. Lee H. et al. CNN-based UAV detection and classification using sensor fusion, IEEE Access, 2023, Vol. 11, pp. 68791-68808.
10. Roldan I. et al. DopplerNet: A convolutional neural network for recognising targets in real scenarios using a persistent range–Doppler radar, IET Radar, Sonar & Navigation, 2020, Vol. 14, No. 4,
pp. 593-600.
11. Derkachev V.A. Programma dlya formirovaniya nabora radiolokatsionnykh izobrazheniy letatel'nykh apparatov [Program for generating a set of radar images of aircraft], Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii programmy dlya EVM. №2021665908. 2021 [Certificate of state registration of a computer program. No. 2021665908. 2021].
12. Derkachev V.A. Model' rasseyaniya radiolokatsionnykh signalov ot bespilotnykh letatel'nykh apparatov [Model of scattering of radar signals from unmanned aerial vehicles], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2021, No. 2 (219), pp. 120-129.
13. Viswanatha V., Chandana R.K., Ramachandra A.C. Iot based smart mirror using raspberry pi 4 and yolo algorithm: A novel framework for interactive display, Indian Journal of Science and Technology, 2022, Vol. 15, No. 39, pp. 2011-2020.
14. Shin D.J., Kim J.J. A deep learning framework performance evaluation to use YOLO in Nvidia Jetson platform, Applied Sciences, 2022, Vol. 12, No. 8, pp. 3734.
15. Zhao X. et al. A review of convolutional neural networks in computer vision, Artificial Intelligence Re-view, 2024, Vol. 57, No. 4, pp. 99.
16. Redmon J. You only look once: Unified, real-time object detection, Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition, 2016.
17. Alif M.A.R., Hussain M. YOLOv1 to YOLOv10: A comprehensive review of YOLO variants and their application in the agricultural domain, arXiv preprint arXiv:2406.10139, 2024.
18. Joseph Redmon and Ali Farhadi. Yolo9000: Better, faster, stronger. arxiv. arXiv preprint arXiv:1612.08242, 394, 2016.
19. Wang C.Y., Bochkovskiy A., Liao H.Y.M. YOLOv7: Trainable bag-of-freebies sets new state-of-the-art for real-time object detectors, Proceedings of the IEEE/CVF conference on computer vision and pattern recognition, 2023, pp. 7464-7475.
20. Glenn Jocher, Ayush Chaurasia, and Jing Qiu. Ultralytics yolov8, 2023.
21. Glenn Jocher and Jing Qiu. Ultralytics yolo11, 2024.
22. Ghosh A. YOLO11: Faster Than You Can Imagine!, LearnOpenCV. Available at: https://learnopencv. com/yolo11, 2024.
23. Derkachev V.A., Bakhchevnikov V.V, Bakumenko A.N. Klassifikator BPLA mul'tirotornogo tipa [Classi-fier of multirotor UAVs], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Scienc-es], 2023, No. 2 (232), pp. 90-99.
24. Sanchez S.A., Romero H.J., Morales A.D. A review: comparison of performance metrics of pretrained models for object detection using the TensorFlow framework, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2020, 15 p. DOI: 10.1088/1757-899X/844/1/012024.
25. Sokolova M., Lapalme G. A systematic analysis of performance measures for classification tasks, In-formation processing & management, 2009, Vol. 45, No. 4, pp. 427-437.
26. Miao J., Zhu W. Precision–recall curve (PRC) classification trees, Evolutionary intelligence, 2022, Vol. 15, No. 3, pp. 1545-1569.








