Dados do Trabalhos de Conclusão

INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
ENGENHARIA DE DEFESA (31007015011P8)
Localização e Detecção de Caçadores no Espaço-Tempo Acústico Coerente
IZABELA LYON FREIRE
TESE
28/08/2014

Esta tese se situa na área de processamento de sinais digitais em arranjos de sensores de aquisição síncrona. É tratado o problema de estimação de direção-de-incidência (direction-of-arrival, DOA) de frente de onda plana, e analisada solução fundamentada em estimativas de diferença de momento de incidência (Time Delay Estimates, TDE) da frente de onda sobre transdutores localizados em diferentes pontos do espaço tri-dimensional. A aplicação proposta é localização de caçadores (snipers). A linha de pensamento desenvolvida é a análise do espaço-tempo acústico coerente (Coherent Acoustical Space-Time, COAST), com TDE's derivadas de máximos de funções de correlação generalizada ponderada por transformada de fase (Generalized Cross-Correlation, Phase Transform, GCC-PHAT). Os frutos concretos desta linha de pensamento, no escopo desta tese, são listados no que segue. Pivotalmente, um método de determinação de DOA, que se baseia na busca por subconjuntos espacialmente coerentes de TDE's, (Spatially Coherent Subsets of TDE's, SCST), é desenvolvido e testado. Tal método é demonstradamente indicado para processamento de sinais de natureza impulsiva sob baixa razão sinal/ruído (Signal-to-Noise Ratio, SNR), que é o caso crítico para a aplicação proposta, localização de caçador. É proposto desenho de hardware de computação paralela que implementa a busca por SCST's. Como aplicação da tecnologia de localização, é proposto um sistema de detecção de sinais de natureza explosiva através de análise de séries temporais de características de DOA, revertendo o fluxograma do senso-comum, em que a DOA é estimada condicionalmente à detecção do sinal impulsivo. Para análise comparativa de algoritmos de DOA, é proposta metodologia rigorosa de análise quantitativa comparativa de curvas de distribuição cumulativa empírica (Cumulative Distribution Function, CDF) de erro. Uma base de sinais de disparos de armamentos supersônicos em campo aberto, que foi gravada com um erro na metodologia, não tendo sido medida a orientação do arranjo espacial durante os experimentos, teve a orientação do arranjo descoberta e mapeada para o sistema de coordenadas da base, e os disparos reais de armamentos supersônicos foram analisados, computando-se a DOA de sinais de áudio de arma de fogo, corroborando o que foi demonstrado nas simulações a respeito do desempenho superior, sob baixa SNR, do algoritmo que usa SCST's.

1. Engenharia de defesa - teses, dissertações. 2. Processamento de sinais. 3. Contra-caçador 4. Acústica 5. Sinais impulsivos
This dissertation is situated in the area of digital signal processing in sensor arrays of synchronous acquisition. The problem of direction-of-arrival (DOA) estimation of a plane wavefront, incident on the array, is studied from the perspective of solutions that are based on estimates of propagation delays between sensors located in different points in three-dimensional space, known as Time Delay Estimates (TDE). TDE's are derived from maxima of Generalized Cross-Correlation, with Phase Transform weights, (GCC-PHAT). The proposed application is sniper localization. The results achieved in the scope of this dissertation include: Pivotally, a method for DOA estimation which is based on the search for Spatially Coherent Subsets of TDE's (SCST); the method demonstrably improves processing of signals of explosive nature under low signal/noise ratio, which is the critical case for sniper localization; simulation data and field-recorded signals are analyzed. Once the usefulness of the central concept of SCST's is established, other contributions are derived: a parallel hardware architecture for search for SCST's, and a process for detection of signals of explosive nature, which is based on analysis of time-series of DOA features, thus reverting the commonsense fluxogram in which DOA is estimated conditionally on detection of the signal of explosive nature.
1. Defense Engineering Course (Thesis and dissertations). 2. Signal processing 3. Acoustics. 4. Impulsive signals
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PORTUGUES
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

ENGENHARIA DE DEFESA
MECATRÔNICA E SISTEMAS DE ARMAS
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Banca Examinadora

PAULO FERNANDO FERREIRA ROSA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
MARLEY MARIA BERNARDES REBUZZI VELLASCO Participante Externo
VITOR HELOIZ NASCIMENTO Participante Externo
ROSANGELA FERNANDES COELHO Docente - PERMANENTE
MIGUEL ARJONA RAMIREZ Participante Externo

Vínculo

Servidor Público
Instituição de Ensino e Pesquisa
Pesquisa
Sim