journal-opt - abstr124-131

https://doi.org/10.15407/iopt.2025.60.124

Optoelektron. napìvprovìd. teh. 60, 124-131 (2025)

Kornaha V. I., Pekur D. V., Sorokin V. M., Nikolaienko Yu. Ye., Oliinyk O. S., Bystrytskyi H. V., Turukalo A. V.

OPTOELECTRONIC POSITIONING SYSTEMS FOR MOVING OBJECTS UNDER ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE

This paper analyzes the prospects for the use of optoelectronic technologies in the navigation and positioning of moving objects, particularly unmanned aerial vehicles (UAVs), under conditions of limited or absent access to global navigation satellite system (GNSS) signals. Given the increasing vulnerability of conventional radio-frequency systems to electromagnetic interference, such as jamming, spoofing, or natural obstructions, the demand for alternative and interference-resilient channels for navigation data transmission has become critical. One promising approach to addressing this challenge is the use of optical communication channels for navigation and positioning, operating within the visible and near-infrared spectral ranges.

The study examines optoelectronic optical communication technologies that can be applied to the positioning of moving objects, including free-space optical communication, visible light communication (VLC) based on LEDs, indoor navigation using emitting optical points (“optical point”), and guided fiber-optic systems. A comparative analysis of their technical characteristics, advantages, limitations, and the feasibility of implementation within the Ukrainian industrial infrastructure is provided. The results indicate that optoelectronic systems based on visible and near-infrared LED emitters have the greatest potential for widespread application in Ukraine, as they rely on accessible components and require no complex infrastructure for deployment.

Due to their high accuracy, energy efficiency, and immunity to electromagnetic interference, optoelectronic navigation systems can ensure autonomous positioning in specialized environments, including underground facilities and highly urbanized areas. Optical positioning systems with optimized signal modulation algorithms and onboard hardware-accelerated artificial intelligence (AI) processors provide precise localization without GNSS, offering scalability, high autonomy, and a viable alternative to radio-frequency methods in challenging conditions. The strategic rationale for the development of optoelectronic navigation infrastructure in Ukraine is substantiated.

Keywords: LED, lasers, communication, electromagnetic interference, global navigation systems, remotely operated moving objects, optoelectronic positioning systems.

PDF

References

1. G. Sonugür, "A Review of quadrotor UAV: Control and SLAM methodologies," Robot. Auton. Syst., vol. 161, 2022, Art. no. 104342, doi: 10.1016/j.robot.2022.104342.

https://doi.org/10.1016/j.robot.2022.104342

2. D. Egea-Roca et al., "GNSS User Technology: State-of-the-Art and Future Trends," IEEE Access, vol. 10, pp. 39939-39968, Jan. 2022, doi: 10.1109/access.2022.3165594.

https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3165594

3. M. Kang, S. Park, and Y. Lee, "A survey on Satellite Communication System Security," Sensors, vol. 24, no. 9, p. 2897, May 2024, doi: 10.3390/s24092897.

https://doi.org/10.3390/s24092897

4. Y. Zhang et al., "FSO system for UAV command and control," Photonics, vol. 8, no. 5, 2021, Art. no. 163, doi: 10.3390/photonics8050163.

https://doi.org/10.3390/photonics8050163

5. H. Takano et al., "Visible Light Communication on LED-equipped Drone and Object-Detecting Camera for Post-Disaster Monitoring," in Proc. IEEE 93rd Veh. Technol. Conf. (VTC2021-Spring), Helsinki, Finland, 2021, pp. 1-5, doi: 10.1109/VTC2021-Spring51267.2021.9448902.

https://doi.org/10.1109/VTC2021-Spring51267.2021.9448902

6. A. Gupta et al., "UAV-based FSO links: review," Opt. Eng., vol. 63, no. 4, 2023, Art. no. 041204, doi: 10.1117/1.oe.63.4.041204.

https://doi.org/10.1117/1.OE.63.4.041204

7. X. Zhang et al., "Performance Analysis of Multiple UAV-Based Hybrid Free-Space Optical/Radio Frequency Aeronautical Communication System in Mobile Scenarios," Drones, vol. 8, no. 12, 2024, Art. no. 729, doi: 10.3390/drones8120729.

https://doi.org/10.3390/drones8120729

8. D. Latka, M. Aggarwal, and S. Ahuja, "Performance analysis of UAV-enabled dual-hop mixed RF-FSO communication systems with user scheduling," J. Opt. Commun., Dec. 2024, doi: 10.1515/joc-2024-0254.

https://doi.org/10.1515/joc-2024-0254

9. N. Shindo et al., "Optically powered drones using fibers," Photonics, vol. 9, no. 11, 2022, Art. no. 882, doi: 10.3390/photonics9110882.

https://doi.org/10.3390/photonics9110882

10. Ekagrata and M. Bhutani, "VLDL: Localization of Drones using Visible Light Communication," Zenodo, Mar. 2023, doi: 10.5281/zenodo.7751720.

11. R. A. Hernández, T. Xu, Y. Huang, and M. A. Z. Zamalloa, "Firefly: Localizing Drones with Visible Light Communication and Sensor Fusion," in Proc. 19th Int. Conf. Distrib. Comput. Smart Syst. Internet Things (DCOSS-IoT), 2023, pp. 217-221, doi: 10.1109/dcoss-iot58021.2023.00045.

https://doi.org/10.1109/DCOSS-IoT58021.2023.00045

12. S. Jiang et al., "Vehicle positioning in tunnels: review," Complex Intell. Syst., vol. 11, no. 2, 2025, doi: 10.1007/s40747-024-01744-1.

https://doi.org/10.1007/s40747-024-01744-1

13. L. Chassagne, B. Bechadergue, O. Barrois, B. Cagneau, H. A. Satai, and P. Ruaux, "Optical wireless positioning by modulation of the optical source orientation," Opt. Express, Nov. 2024, doi: 10.1364/oe.544146.

https://doi.org/10.1364/OE.544146

14. S. Li, L. Qin, D. Zhao, and X. Hu, "Indoor positioning system for single LED light based on deep residual shrinkage network," Opt. Commun., vol. 559, Feb. 2024, Art. no. 130366, doi: 10.1016/j.optcom.2024.130366.

https://doi.org/10.1016/j.optcom.2024.130366

15. G. Li, S. Sun, Y. Gao, A. Li, and K. Zhu, "Research and development of indoor positioning technology based on visible light communication," Urban Lifeline, vol. 1, no. 1, Dec. 2023, doi: 10.1007/s44285-023-00011-y.

https://doi.org/10.1007/s44285-023-00011-y

16. G. Cossu and E. Ciaramella, "A 3D indoor positioning system based on common visible LEDs," Phys. Commun., vol. 54, Aug. 2022, Art. no. 101843, doi: 10.1016/j.phycom.2022.101843.

https://doi.org/10.1016/j.phycom.2022.101843

Корнага В. І., Пекур Д. В., Сорокін В. М., Ніколаєнко Ю. Є., Олійник О. С., Бистрицький Г. В., Турукало А. В.

ОПТОЕЛЕКТРОННІ СИСТЕМИ ПОЗИЦІОНУВАННЯ РУХОМИХ ОБ'ЄКТІВ В УМОВАХ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ЗАВАД

У статті проаналізовано перспективи застосування оптоелектронних технологій для навігації та позиціонування рухомих об'єктів, зокрема безпілотних літальних апаратів, в умовах обмеженого або відсутнього доступу до сигналів глобальних навігаційних супутникових систем. З огляду на зростаючу вразливість традиційних радіочастотних систем до електромагнітних завад, таких як глушіння, підміна або природні перешкоди, актуалізується потреба в альтернативних, стійких до завад каналах передачі навігаційної інформації. Одним із шляхів подолання цієї проблеми є використання оптичних каналів зв’язку для навігації та позиціонування, що функціонують у видимому або інфрачервоному спектральних діапазонах.

У роботі розглянуто оптоелектронні технології оптичного зв’язку, що можуть бути використані для позиціонування рухомих об’єктів, зокрема оптичного зв’язку у вільному просторі, оптоелектронних систем передачі інформації на основі світлодіодів видимого світла, навігація в замкнених просторах на основі випромінюючих оптичних точок («optical point») та провідні оптоволоконні системи. Проведено порівняльний аналіз їх технічних характеристик, переваг, обмежень і можливостей впровадження в умовах української промислової бази. Показано, що найбільший потенціал для масштабного застосування в Україні мають оптоелектронні системи на основі світлодіодів видимого та ближнього інфрачервоного випромінювання, які базуються на доступній компонентній базі та не потребують надскладної інфраструктури при їх експлуатації.

Завдяки високій точності, енергоефективності та стійкості до електромагнітних завад, оптоелектронні системи навігації можуть забезпечити автономне позиціонування об’єктів у специфічних умовах, включаючи з підземні приміщення, урбанізовані середовища, тощо. Системи оптичного позиціонування з оптимізованими алгоритмами модуляції сигналів й бортовими апаратними прискорювачами штучного інтелекту забезпечують високу точність позиціонування без використання глобальних навігаційних супутникових систем, можливості масштабування і високу автономність, пропонуючи життєздатну альтернативу радіочастотним методам у складних умовах. Обґрунтовано стратегічну доцільність розвитку оптоелектронної навігаційної інфраструктури в України.

Ключові слова: світлодіоди, лазери, звязок, електромагнітні завади, глобальні навігаційні системи, дистанційно керовані рухомі об'єкти, оптоелектронні системи позиціонування.

Back / Повернутися