Low cost antenna array based drone tracking device for outdoor environment

Abstract

Aplicações para técnicas de Direção de Chegada (DoA) têm crescido drasticamente em várias áreas, desde os tradicionais sistemas de comunicação sem fio e operações de resgate até os sistemas GNSS e rastreamento de drones. Particularmente, as forças policiais e as empresas de segurança têm voltado sua atenção para os dispositivos de rastreamento de drones, devido ao número de acidentes e incidentes envolvendo estes Veículos Aéreos não Tripulados (VANTs). Agora, novos sistemas e dispositivos que fornecem segurança a cidadãos e clientes cresceram e ganharam espaço no mercado. Para detectar a presença de drones e rastreá-los existe uma variedade de soluções altamente caras no mercado. Porém, a estimativa da localização de um alvo pode ser obtida usando hardware barato, comprado facimente no mercado, e com técnicas de Direção de Chegada. Data esta estimativa, algumas ações podem ser tomadas pelo responsável pela segurança no local. Trabalhos anteriores na estimativa de direção de chegada usando arranjo de antenas foram propostos, mas sem uma abordagem prática. Nesta dissertação, propõe-se um dispositivo de rastreamento de drones baseado em arranjo de antenas de baixo custo para ambientes externos. A solução proposta é dividida em partes de hardware e software. A parte de hardware do dispositivo proposto é baseada em componentes fáceis de serem encontrados no mercado, como um arranjo de antena omnidirecional, uma plataforma SDR (Rádio Definido por Software) de 4 canais com frequência de portadora variando de 70 MHz a 6 GHz, uma placa-mãe FPGA e um laptop. A parte do software inclui algoritmos para calibração, seleção de ordem de modelo (MOS) e estimativa de DoA, incluindo etapas específicas de pré-processamento para aumentar a precisão dos cálculos para os métodos de DoA. Avaliamos o desempenho de nossa solução de baixo custo, proposta para ambientes externos, e de acordo com as medições de campo, mostra-se que, quando o transmissor está na posição frontal, ou seja, com um DoA variando de -60° a 60°, o máximo e a média dos erros de DoA são 6° e 1,6°, respectivamente.