Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2026, № 3 · RADIO ENGINEERING

Algorithm for determining the coordinates of an unmanned aerial vehicle using the time-difference-of-arrival method based on polarimetric measurements of signals from onboard radio equipment

S.N. Zamuruyev1, M.V. Tsvetkov1

1 MIREA - Russian Technological University, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2026.3.3 UDC 621.396.96 EDN OSVMGY

Abstract

The paper presents an algorithm for passive localization of an unmanned aerial vehicle based on the joint processing of time-difference-of-arrival measurements and polarimetric characteristics of radio signals emitted by its onboard radio-frequency equipment. Conventional time-difference-of-arrival based methods achieve high positioning accuracy only under line-of-sight conditions; however, their performance significantly degrades in the presence of multipath propagation caused by reflections from buildings, terrain, and other obstacles. To enhance both accuracy and robustness under such conditions, the proposed approach exploits polarimetric information acquired by tri-orthogonal antenna systems deployed at geographically distributed direction-finding stations. From the measured complex electric field vector, a nine-component Stokes vector is computed, and the degree of depolarization is derived as an indicator of the presence of reflected signal components-fully polarized waves correspond to direct-path propagation, whereas depolarization suggests multipath interference. This depolarization metric is then used to construct adaptive weighting coefficients incorporated into the cost function. The resulting cost function is minimized using the differential evolution algorithm. Simulations of a three-station direction-finding network demonstrate that, when an artificial reflected signal with a known delay is introduced at one station, the proposed algorithm significantly reduces localization error compared to the conventional time-difference-of-arrival method. The approach is particularly effective in urban and mountainous environments, where multipath propagation is the dominant factor impairing unmanned aerial vehicle positioning accuracy.

  • coordinate determination
  • radio signal
  • difference-rangefinder method
  • unmanned aerial vehicle
  • polarization
  • triorthogonal antenna system
  • stokes parameters
  • degree of depolarization
Аннотация (на русском)

Алгоритм определения координат беспилотного летательного аппарата разностно-дальномерным методом на основе поляризационных измерений радиосигналов бортового радиоэлектронного оборудования

В статье предложен алгоритм пассивного определения координат беспилотного летательного аппарата на основе совместной обработки разностей времени прихода и поляризационных измерений радиосигналов его бортового радиоэлектронного оборудования. Традиционный разностно-дальномерный метод демонстрирует высокую точность лишь в условиях прямой видимости, однако его эффективность снижается при многолучевом распространении радиоволн, вызванном отражениями от зданий, рельефа и других объектов. Для повышения точности и устойчивости оценки координат в данных условиях предлагается использовать поляризационную информацию, измеряемую триортогональными антенными системами на территориально распределенных радиопеленгаторных пунктах. На основе измеренного комплексного вектора напряженности электрического поля вычисляется девятикомпонентный вектор Стокса, по которому определяется степень деполяризации радиосигнала, служащая индикатором присутствия отраженных составляющих. Степень деполяризации используется для формирования адаптивных весовых коэффициентов, встраиваемых в функцию стоимости, минимизация которой осуществляется методом дифференциальной эволюции. Результаты численного моделирования функционирования радиопеленгаторной сети, состоящей из трех радиопеленгаторных пунктов, показали, что в условиях искусственного введения отраженного радиосигнала с заданной задержкой на одном из пунктов предложенный алгоритм обеспечивает уменьшение ошибки определения координат по сравнению с традиционным разностно-дальномерным методом. Подход особенно эффективен в урбанизированных и гористых районах, где многолучевое распространение радиоволн является доминирующим фактором, снижающим точность определения координат беспилотного летательного аппарата.

For citation

Zamuruyev S.N., Tsvetkov M.V. Algorithm for determining the coordinates of an unmanned aerial vehicle using the time-difference-of-arrival method based on polarimetric measurements of signals from onboard radio equipment // Journal of Radio Electronics. – 2026. – No. 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.3.3

References

  1. Макаренко С.И., Старостин А.В. Противовоздушная оборона страны от ударов беспилотных летательных аппаратов и крылатых ракет: новые угрозы, проблемные вопросы, технико-экономический анализ вариантов архитектуры //Системы управления, связи и безопасности. - 2024. - №. 2. - С. 86-148.
  2. Антипов Н.С., Богдановский С.В., Володин Р.С. Лабораторный макет аппаратно-программных средств обнаружения сигналов бортового радиоэлектронного оборудования средств воздушного нападения на основе поляризационных измерений //Вестник Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны. - 2023. - №. 5 (24). - С. 4-10.
  3. Антипов Н.С., Богдановский С.В. Способ определения поляризационных характеристик сигналов бортового радиоэлектронного оборудования беспилотных летательных аппаратов //ББК 3 Р 15. - 2024. - С. 21.
  4. Патент № 2649097 Российская Федерация, МПК H01Q 9/00 (2006.01). Антенна триортогональная: № 2016146582: заявл. 28.11.2016: опубл. 29.03.2018 / Демичев И.В., Шмаков Н.П., Колесников Р.В., Иванов А.В. - 11 с.
  5. Павлов В.А. Адаптивные пространственно-поляризационные методы обработки сигналов и помех в условиях радиоэлектронного конфликта //Воронеж: ВВАИУ. - 2007.
  6. Козлов Н.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн. Поляризационная структура радиолокационных сигналов //М.: Радиотехника. - 2005.
  7. Семенюк С.С. и др. Выбор топологии измерений разностно-дальномерной системы определения местоположения источников радиоизлучений с фактически заданными позициями приемных пунктов //Журнал радиоэлектроники. - 2023. - №. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.6.5
  8. Семенюк С.С., Христичан Е.В., Саниев Р.Р. Обоснование подхода к снижению вариативности геометрического фактора системы определения координат воздушных объектов по технологии MLAT //Журнал радиоэлектроники. - 2021. - №. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.4.14