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https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/848001
Registro completo de metadados
Campo DC | Valor | Idioma |
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dc.contributor.advisor | Apolinário Jr, José Antonio | - |
dc.contributor.advisor | Duarte, Julio Cesar | - |
dc.contributor.advisor | Seixas, José Manoel de | - |
dc.contributor.author | Fernandes, Rigel Procópio | - |
dc.date.accessioned | 2025-09-12T16:44:24Z | - |
dc.date.available | 2025-09-12T16:44:24Z | - |
dc.date.issued | 2025 | - |
dc.identifier.uri | https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/848001 | - |
dc.description | O constante desenvolvimento de veículos aéreos não tripulados (VANT) chama a atenção de setores como forças policiais, agricultura, serviços de resposta a emergências e defesa. Esse interesse crescente pode ser atribuído à sua simplicidade e custo-benefício. O fato de que esses dispositivos podem ser facilmente usados para atividades ilegais torna-se uma preocupação, já que poderia ser empregados para atividades como: terrorismo, vigilância não-autorizada e múltiplos tipos de cyber-ataques como eavesdropping, jamming, e spoofing. Portanto, a capacidade de estimar a localização e a direção de chegada de drones é necessária para assegurar a segurança de infraestruturas críticas e para lançar contra-ataques. O objetivo principal da tese é estimar a localização e a direction of arrival (DOA) do drone por serem os parâmetros mais importantes para o lançamento de contra-medidas usando acústica. As contribuições para a estimação da DOA de sinais acústicos emitidos por drones incluem: (1) o reconhecimento do potencial da condição zero cyclic sum (ZCS) para avaliar a consistência entre múltiplas estimativas de atraso temporal, explorando as várias combinações de picos primários e secundários da função de correlação cruzada; (2) a mitigação da complexidade computacional da busca exaustiva por meio de uma abordagem heurística baseada em algoritmos genéticos, mantendo a acurácia da estimativa; (3) a proposição de uma etapa de refinamento baseada em mínimos quadrados (LS), que complementa a condição ZCS e contribui para melhorar a robustez frente a picos espúrios; e (4) o desenvolvimento de um estimador de DOA passivo, de fácil implementação e sem necessidade de treinamento prévio, adequado para ambientes ruidosos. Os métodos propostos alcançaram taxas de acerto de até 94,0±3,1% na identificação correta de DOA em experimentos com drones reais em ambiente reverberante. As contribuições para a localização de drones a partir de medidas de TDOA entre microfones incluem: (1) a formulação de métodos de otimização para explorar os picos primários e secundários das correlações cruzadas; (2) a validação dos métodos de otimização através de experimentos reais; (3) a comparação dos métodos com uma abordagem baseada em rede neural que demonstrou que validou a utilização dos estimadores propostos baseados em LS que atingem erros inferiores a 1 metro; e (4) a demonstração de que os métodos são flexíveis e podem ser utilizados tanto para estimação de DOA e quanto para localização. O menor erro médio de localização obtido com o método que explorou o ZCS e o LS (ZCS-LS) foi de 0,55±0,35 m, enquanto o método baseado em rede neural atingiu 1,02±0,02 m na melhor posição, confirmando a efetividade das abordagens propostas. | pt_BR |
dc.description.abstract | ABSTRACT The constant development of unmanned aerial vehicles (UAVs) has drawn attention from sectors such as law enforcement, agriculture, emergency response services, and defense. This growing interest can be attributed to their simplicity and cost-effectiveness. However, the fact that these devices can be easily used for illegal activities becomes a concern, as they could be employed in actions such as terrorism, unauthorized surveillance, and multiple types of cyberattacks, including eavesdropping, jamming, and spoofing. Therefore, the ability to estimate the location and direction of arrival (DOA) of drones is necessary to ensure the security of critical infrastructure and to enable the deployment of countermeasures. The main goal of this thesis is to estimate the drone’s location and DOA, as these are the most important parameters for launching acoustic-based countermeasures. The contributions to drone DOA estimation include: (1) the recognition of the potential of the zero cyclic sum (ZCS) condition for evaluating the consistency of multiple time delay estimates by exploring various combinations of primary and secondary peaks in the cross-correlation function; (2) the mitigation of the computational complexity of exhaustive search through a heuristic strategy based on genetic algorithms, while preserving estimation accuracy; (3) the proposal of a refinement step based on a least squares (LS) solution, which complements the ZCS condition and increases robustness against spurious peaks; and (4) the development of a passive DOA estimator that is simple to configure and does not require prior training, making it suitable for noisy environments. The proposed methods achieved success rates of up to 94.0±3.1% in correctly identifying the DOA in experiments with real drones in reverberant settings. The contributions to drone localization based on TDOA measurements between microphones include: (1) the formulation of optimization methods that exploit both primary and secondary peaks of the cross-correlation functions; (2) the validation of these optimization methods through real-world experiments; (3) the comparison of these methods with a neural network-based approach, which confirmed the validity of the proposed LS-based estimators that achieved localization errors below 1 meter; and (4) the demonstration that the proposed methods are flexible and can be used for both DOA estimation and localization tasks. The lowest mean localization error obtained using the ZCS-LS method was 0.55±0.35 m, while the neural network approach achieved 1.02±0.02 m at its best position, confirming the effectiveness of the proposed techniques. | pt_BR |
dc.language.iso | en | pt_BR |
dc.publisher | Instituto Militar de Engenharia (IME) | pt_BR |
dc.rights | openAccess | pt_BR |
dc.subject | Drone | pt_BR |
dc.subject | DOA | pt_BR |
dc.subject | Sistemas inteligentes | pt_BR |
dc.title | Acoustic-based drone localization and DOA estimation for highly noisy environments | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.subject.dgpm | Sistemas de armas | pt_BR |
dc.subject.setorMarinha | Diretoria-Geral do Material da Marinha (DGMM) | pt_BR |
Aparece nas coleções: | Sistemas de Armas: Coleção de Teses |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Thesis_Acoustic_based_drone.pdf | 11,79 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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