Optimización de Array Acústico Basada en Algoritmos Genéticos para Estimar la DOA de UAV Usando Formación de Haz
Autores: Itare, Nathan; Thomas, Jean-Hugh; Raoof, Kosai
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización de Array Acústico Basada en Algoritmos Genéticos para Estimar la DOA de UAV Usando Formación de Haz
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Localización
Matriz de micrófonos
Algoritmo genético
Dirección de llegada
Firma acústica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La localización de vehículos aéreos no tripulados es un tema importante debido a varias amenazas cerca de sitios sensibles. La localización basada en sus sonidos ha sido un punto de interés particular en estudios pasados durante muchos años. Requiere el uso de una matriz de micrófonos. La posición de los diversos micrófonos que componen una antena define la directividad intrínseca de la matriz. En este estudio, se utiliza un algoritmo genético para determinar las posiciones de los micrófonos que optimizan la directividad en una dirección de enfoque y para una frecuencia, favoreciendo la estrechez del lóbulo principal y la reducción de los lóbulos secundarios. La optimización conduce a varias antenas con una estructura 3D similar a la diseñada en un estudio anterior. También se presentó un método que estima la dirección de llegada de un dron utilizando su firma acústica para mejorar la relación señal-ruido y así mejorar las estimaciones. En este artículo, se propone una mejora al método para rastrear la trayectoria del dron. Se realizaron mediciones para comparar las ubicaciones del dron dadas por la primera antena diseñada y la optimizada por el algoritmo genético. El rendimiento en la dirección de llegada encontrada se caracteriza en términos de error medio, desviación estándar y error cuadrático medio relativo a la referencia GPS a bordo del UAV. También se ha realizado un experimento con la antena optimizada con el dron a una gran distancia de la antena para caracterizar la distancia máxima para posibles estimaciones de la dirección de llegada. Los resultados muestran que el método utilizado para la estimación de la dirección de llegada puede dar un error medio por debajo de 10 grados en azimut y 5 grados en elevación. La distancia máxima entre la antena y el dron para la cual el método es capaz de dar estimaciones está entre 240 y 340 m.
Descripción
La localización de vehículos aéreos no tripulados es un tema importante debido a varias amenazas cerca de sitios sensibles. La localización basada en sus sonidos ha sido un punto de interés particular en estudios pasados durante muchos años. Requiere el uso de una matriz de micrófonos. La posición de los diversos micrófonos que componen una antena define la directividad intrínseca de la matriz. En este estudio, se utiliza un algoritmo genético para determinar las posiciones de los micrófonos que optimizan la directividad en una dirección de enfoque y para una frecuencia, favoreciendo la estrechez del lóbulo principal y la reducción de los lóbulos secundarios. La optimización conduce a varias antenas con una estructura 3D similar a la diseñada en un estudio anterior. También se presentó un método que estima la dirección de llegada de un dron utilizando su firma acústica para mejorar la relación señal-ruido y así mejorar las estimaciones. En este artículo, se propone una mejora al método para rastrear la trayectoria del dron. Se realizaron mediciones para comparar las ubicaciones del dron dadas por la primera antena diseñada y la optimizada por el algoritmo genético. El rendimiento en la dirección de llegada encontrada se caracteriza en términos de error medio, desviación estándar y error cuadrático medio relativo a la referencia GPS a bordo del UAV. También se ha realizado un experimento con la antena optimizada con el dron a una gran distancia de la antena para caracterizar la distancia máxima para posibles estimaciones de la dirección de llegada. Los resultados muestran que el método utilizado para la estimación de la dirección de llegada puede dar un error medio por debajo de 10 grados en azimut y 5 grados en elevación. La distancia máxima entre la antena y el dron para la cual el método es capaz de dar estimaciones está entre 240 y 340 m.