Sistema de localización en tiempo real bidimensional para señales RF de UAV basado en arreglo circular uniforme y MUSIC-WAA
Autores: Zhu, Jizan; Fan, Kuangang; He, Qing; Ye, Jingzhen; Fan, Aigen
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Sistema de localización en tiempo real bidimensional para señales RF de UAV basado en arreglo circular uniforme y MUSIC-WAA
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Propone
Sistema de localización en tiempo real
Señales de RF
Algoritmo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para abordar los crecientes riesgos de seguridad que plantean las actividades no autorizadas de vehículos aéreos no tripulados (VANT), este documento propone un sistema de localización en tiempo real en dos dimensiones (DF) para VANT basado en señales de radiofrecuencia (RF). Este sistema emplea una matriz circular uniforme de seis elementos (UCA), receptores HackRF One sincronizados y un algoritmo híbrido que integra el método de clasificación de múltiples señales (MUSIC) con un nuevo algoritmo de promedio ponderado (WAA). Al optimizar el proceso de búsqueda del espectro MUSIC, el WAA reduce la complejidad computacional en más del 99.9% a una resolución de 0.1 grados (de 3,240,000 a 1200 cálculos de funciones espectrales), lo que permite la estimación en tiempo real de los ángulos de acimut y elevación. Los resultados experimentales demuestran un error promedio de acimut de 7.0 grados y un error de elevación de 7.7 grados para distancias de flotación de VANT de 30-200 m y alturas de 20-90 m. El seguimiento de vuelo en tiempo real valida aún más las capacidades de monitoreo dinámico del sistema. La plataforma de hardware, que presenta cobertura omnidireccional (0-360 grados de acimut, 0-90 grados de elevación) y operación de doble banda (2.4 GHz/5.8 GHz), ofrece escalabilidad y rentabilidad para aplicaciones de seguridad a baja altitud. A pesar de las limitaciones en la sensibilidad de elevación debido a la geometría del UCA, este trabajo establece una base práctica para el monitoreo de VANT, enfatizando la eficiencia computacional, el rendimiento en tiempo real y la adaptabilidad a entornos dinámicos.
Descripción
Para abordar los crecientes riesgos de seguridad que plantean las actividades no autorizadas de vehículos aéreos no tripulados (VANT), este documento propone un sistema de localización en tiempo real en dos dimensiones (DF) para VANT basado en señales de radiofrecuencia (RF). Este sistema emplea una matriz circular uniforme de seis elementos (UCA), receptores HackRF One sincronizados y un algoritmo híbrido que integra el método de clasificación de múltiples señales (MUSIC) con un nuevo algoritmo de promedio ponderado (WAA). Al optimizar el proceso de búsqueda del espectro MUSIC, el WAA reduce la complejidad computacional en más del 99.9% a una resolución de 0.1 grados (de 3,240,000 a 1200 cálculos de funciones espectrales), lo que permite la estimación en tiempo real de los ángulos de acimut y elevación. Los resultados experimentales demuestran un error promedio de acimut de 7.0 grados y un error de elevación de 7.7 grados para distancias de flotación de VANT de 30-200 m y alturas de 20-90 m. El seguimiento de vuelo en tiempo real valida aún más las capacidades de monitoreo dinámico del sistema. La plataforma de hardware, que presenta cobertura omnidireccional (0-360 grados de acimut, 0-90 grados de elevación) y operación de doble banda (2.4 GHz/5.8 GHz), ofrece escalabilidad y rentabilidad para aplicaciones de seguridad a baja altitud. A pesar de las limitaciones en la sensibilidad de elevación debido a la geometría del UCA, este trabajo establece una base práctica para el monitoreo de VANT, enfatizando la eficiencia computacional, el rendimiento en tiempo real y la adaptabilidad a entornos dinámicos.