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Título: Direction of arrival estimation using off-the-shelf directional antennas array
Autor(es): Ando, Daniel Akira
Orientador(es): Costa, João Paulo Carvalho Lustosa da
Coorientador(es): Miranda, Ricardo Kehrle
Assunto: Antenas (Eletrônica)
Veículo aéreo não tripulado
Comunicação sem fio
Data de apresentação: 2018
Data de publicação: 19-Jul-2021
Referência: ANDO, Daniel Akira. Direction of arrival estimation using off-the-shelf directional antennas array. 2018. vi, 42 f., il. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia de Redes de Comunicação)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Resumo: Estimação da direção de chegada (do inglês: DoA) é um importante campo de estudo, sendo requerido em aplicações civis e militares como comunicações sem o, bus a e resgate, execução de leis, sonar e sismologia. Para todas essas aplicações, é necessário saber o ângulo de chegada de um sinal de rádio impingindo em um receptor para pós-processamento. Como o número de acidentes e incidentes envolvendo veículos aéreos não tripulados (VANTs) aumentou nos últimos anos, uma possível apli ação e também motivação para o presente estudo é a localização de VANTs invasores. Trabalhos anteriores sobre a estimação do ângulo de chegada a partir da potência do sinal recebido (do inglês: RSS) fez uso de uma geometria sólida platni a associada om o algoritmo MUSIC (do inglês: Multiple Signal Classication). Um algoritmo para a estimação da direção de chegada om menor complexidade computacional que o MUSIC é apresentado neste trabalho, no qual as diferenças das potên cias dos sinais recebidos em ada antena direcional do arranjo são comparadas om as diferenças dos padrões de ganho de diretividade de cada antena para a estimação do DoA de um sinal NTSC, tipi amente usado em VANTs. Diferente das técnicas tradicionais de estimação DoA baseadas na fase, as quais dependem, por exemplo, da diferença de fase dos sinais recebidos e, portanto, necessitam de uma extensa calibração prévia entre as antenas do arranjo, o proposto algoritmo baseado em RSS possui um uso mais direto e plug-and-play, tornando-o uma solução mais simples para aplicações como a estimação do DoA de VANTs. Após as simulações da técnica proposta e da verificação de sua e ciência, o melhor espaçamento angular entre as antenas do arranjo é computado. Em seguida, experimentos em campo foram feitos om equipamentos de baixo custo, como, por exemplo, a placa controladora AD-FMCOMMS5- EBZ que contém o receptor AD9361, vídeo- câmera, transmissor NTSC e antenas Yagi-Uda. São descritos experimentos que precisamente detectam a direção de chegada de sinais emitidos de um VANT invasor.
Abstract: Dire tion of arrival (DoA) estimation is an important eld of study, being required in ivilian and military appli ations su h as in wireless ommuni ations, sear h and res ue, law enfor ement, sonar, and seismology. For all these appli ations, it is neessary to know the angle of arriving of an impinging radio signal on a re eiver for further pro essing. Sin e the number of a idents and in idents involving unmanned aerial vehi les (UAVs) have in reased in the past years, a probable appli ation and also motivation for this study is the lo alizing of intruding UAVs. Previous works on DoA estimation via re eived signal strength (RSS) value used platoni solid geometry asso iated with the multiple signal lassi ation (MUSIC) algorithm. A DoA estimation algorithm with less omputational omplexity than the MUSIC algorithm is hereby presented, in whi h the dieren es of the RSS values measured between ea h dire tional antenna on the array is ompared with the dieren es between their dire tivity gain pattern in order to estimate the dire tion of arrival of an in oming NTSC signal, whi h are typi ally used in UAVs. Dierent from the traditional phase-based DoA estimation te hniques, whi h rely on, among others, the phase dieren e of the in oming signals, and thus need a previous time- onsuming alibration pro ess between the antennas on the array, the proposed RSS-based algorithm has a straightforward plug- and-play use, making it a simpler solution for appli ations su h as the DoA estimation of UAVs. After simulating the proposed te hnique and verifying its e ien y, the best angular spa ing between the antennas on the array is omputed. Then, eld experiments were held with o-the- shelf and low- ost equipment, for instan e, the AD-FMCOMMS5-EBZ daughter board ontaining the AD9361 re eiver, video amera, NTSC transmitter and Yagi-Uda antennas. Experiments that a urately dete t the dire tion of arrival of signals emitted from an intruder UAV is des ribed.
Informações adicionais: Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, 2018.
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