A comparative performance analysis of two printed circular arrays for power-based vehicle localization applications

ABSTRACT: A comparative study of the performance characteristics of a printed 8-element V-shaped circular antenna array and an 8-element Yagi circular array operating at 2.45 GHz for vehicular direction finding applications is presented. Two operating modes are investigated; switched and phased modes. The arrays were fabricated on FR-4 substrates with 0.8 mm thickness. Measured and simulated results were compared. Radiation gain patterns were measured on a 1 m diameter ground plane that resembles the rooftop of a vehicle. The HPBW of the Yagi was found to be about 3° narrower than its V-shaped counterpart when measured above a reflecting ground plane and operated in switched mode. The printed V-shaped antenna array offers 2.5 dB extra gain compared to the printed Yagi array

Performance evaluation of realistic scenarios for vehicular ad hoc networks with VanetMobiSim and NS2

Català: En els darrers anys, el considerable creixement del sector dels serveis mòbils arreu del món es certament el major fenòmen al camp de les telecomunicaciones. Les tecnologies inalàmbriques han conduït al desenvolupament de nous sistemes de comunicació y serveis multimèdia. Degut al constant creixement del mercat automobilístic juntament amb la creixent demanda de la seguretat viària ha nascut un nou concepte al camp de les comunicaciones: les xarxes entre vehicles (VANETs). A les VANETs, cada vehicle pot actuar com a router o node, establint connexions entre vehicles propers o amb infraestructura a la carretera. Les VANET estan rebent més atenció del govern i de la indústria automobilística degut a l'àmplia varietat d'aplicacions y serveis que poden oferir, tal com sistemes de seguretet viària assistència a la carretera i accès a Internet. No obstant, el disseny i l'implementació de VANETs és una àrea d'investigació àmplia i complexa tal i com podem percebre, sabent que durant els darrers anys la comunitat investigadora s'ha centrat en l'estudi d'aquestes xarxes. Bàsicament, el nostre projecte està dividit en dues parts principals: Primerament, hem dut a terme una recerca relacionada amb l'estat actual de les VANET avui en dia, amb l'objectiu d'identificar els generadors de moviment i els simuladors de xarxes més apropiats i recomenats a la literatura. En segon lloc, hem decidit utilitzar el VanetMobiSim [80], com a generador de moviment degut a la seva varietat de models de movilitat que es poden testejar, i el NS2 [63] com a simulador de xarxes per ser un dels més utilitzats per molts autors a més de la seva compatibilitat amb el VanetMobiSim. Amb l'ús d'aquestes eines, VanetMobiSim i NS2, hem dut a terme una avaluació profunda de les prestacions de les VANET en diversos escenaris reals, assignant valors diferents a paràmetres tals com el nombre de nodes, la velocitat i el model de propagació.Castellano: En los últimos años, el considerable crecimiento del sector de los servicios móviles alrededor del mundo es con certeza el mayor fenómeno en el campo de las telecomunicaciones. Las tecnologías inalámbricas han conducido al desarrollo de nuevos sistemas de comunicación y servicios multimedia. Debido al constante crecimiento del mercado automovilístico y la creciente demanda en seguridad vial ha nacido un nuevo concepto en el campo de las comunicaciones: las redes entre vehículos (VANETs). En ellas, cada vehículo actúa como router, estableciendo conexiones entre vehículos cercanos o con infraestructura en la carretera. Las VANET estan recibiendo más atención del gobierno y de la industria automovilística debido a la amplia variedad de aplicaciones y servicios que puede ofrecer, tales como sistemas de seguridad vial, asistencia en carretera y acceso a Internet. Sin embargo, el diseño e implementación de las VANET es un area de investigación amplia y compleja, tal y como podemos percibir, sabiendo que durante los últimos años la comunidad investigadora se ha centrado en el estudio de estas redes. Básicamente, nuestro proyecto está dividido en dos partes principales: Primeramente, hemos llevado a cabo una búsqueda relacionada con el estado de arte de las VANET hoy en día, con el objetivo de identificar los generadores de movimiento i los simuladores de redes más apropiados i recomendados en la literatura. En segundo lugar, hemos decidido utilizar el VanetMobiSim [80], como generador de movimiento debido a la alta variedad de modelos de mobilidad que que se pueden testear, y el NS2 [63] como simulador de redes por ser uno de los más utilizados per muchos autores además de su compatibilidad con el VanetMobiSim. Con el uso de estas herramientas, hemos llevado a cabo una evaluación profunda de las prestaciones de las VANET en varios escenarios reales, asignando valores diferentes a parámetros tales como el número de nodos, la velocidad y el modelo de propagación.English: Over recent years, the considerable mobile services sector growth around the world was certainly the major phenomenon in the telecommunications field. Wireless technology has led to the development of new communications systems and multimedia services. Due to the continued growth of the vehicular industry and the increasing demand of road safety, a new concept in the communications field was born: vehicular networks (VANETs). In VANETs, each vehicle could act as router or node, establishing connections among nearby vehicles or with roadside infrastructure. VANETs are receiving more attention from governments and car manufacturers due to the wide variety of applications and services they can provide such as road safety systems, car assistance and Internet acces. However, designing and implementing VANETs is a complex and wide area of research as we can notice, knowing that in the last years the research and development community has focused on the study of such networks. Basically, our project is divided in two main parts: Firstly, we made a state of art related to the actual state of VANETs nowadays in order to find the most appropiate and recommended mobility generator and network simulator reported in the literature. Secondly, we decided to use VanetMobiSim [80], as a mobility generator due to its variety mobility models that could be tested, and NS2 [63] as a network simulator for being one of the most used by many authors and also due to its compatibilty with VanetMobiSim. Using these tools, VanetMobiSim and NS2, we carried out a deep performance evaluation of VANETs in several realistic scenarios, giving different values to parameters such as the number of nodes, speed and the propagation model

Proof-of-concept of a single-point Time-of-Flight LiDAR system and guidelines towards integrated high-accuracy timing, advanced polarization sensing and scanning with a MEMS micromirror

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Física (área de especialização em Dispositivos, Microssistemas e Nanotecnologias)The core focus of the work reported herein is the fulfillment of a functional Light Detection and Ranging (LiDAR) sensor to validate the direct Time-of-Flight (ToF) ranging concept and the acquisition of critical knowledge regarding pivotal aspects jeopardizing the sensor’s performance, for forthcoming improvements aiming a realistic sensor targeted towards automotive applications. Hereupon, the ToF LiDAR system is implemented through an architecture encompassing both optical and electronical functions and is subsequently characterized under a sequence of test procedures usually applied in benchmarking of LiDAR sensors. The design employs a hybrid edge-emitting laser diode (pulsed at 6kHz, 46ns temporal FWHM, 7ns rise-time; 919nm wavelength with 5nm FWHM), a PIN photodiode to detect the back-reflected radiation, a transamplification stage and two Time-to-Digital Converters (TDCs), with leading-edge discrimination electronics to mark the transit time between emission and detection events. Furthermore, a flexible modular design is adopted using two separate Printed Circuit Boards (PCBs), comprising the transmitter (TX) and the receiver (RX), i.e. detection and signal processing. The overall output beam divergence is 0.4º×1º and an optical peak power of 60W (87% overall throughput) is realized. The sensor is tested indoors from 0.56 to 4.42 meters, and the distance is directly estimated from the pulses transit time. The precision within these working distances ranges from 4cm to 7cm, reflected in a Signal-to-Noise Ratio (SNR) between 12dB and 18dB. The design requires a calibration procedure to correct systematic errors in the range measurements, induced by two sources: the timing offset due to architecture-inherent differences in the optoelectronic paths and a supplementary bias resulting from the design, which renders an intensity dependence and is denoted time-walk. The calibrated system achieves a mean accuracy of 1cm. Two distinct target materials are used for characterization and performance evaluation: a metallic automotive paint and a diffuse material. This selection is representative of two extremes of actual LiDAR applications. The optical and electronic characterization is thoroughly detailed, including the recognition of a good agreement between empirical observations and simulations in ZEMAX, for optical design, and in a SPICE software, for the electrical subsystem. The foremost meaningful limitation of the implemented design is identified as an outcome of the leading-edge discrimination. A proposal for a Constant Fraction Discriminator addressing sub-millimetric accuracy is provided to replace the previous signal processing element. This modification is mandatory to virtually eliminate the aforementioned systematic bias in range sensing due to the intensity dependency. A further crucial addition is a scanning mechanism to supply the required Field-of-View (FOV) for automotive usage. The opto-electromechanical guidelines to interface a MEMS micromirror scanner, achieving a 46º×17º FOV, with the LiDAR sensor are furnished. Ultimately, a proof-of-principle to the use of polarization in material classification for advanced processing is carried out, aiming to complement the ToF measurements. The original design is modified to include a variable wave retarder, allowing the simultaneous detection of orthogonal linear polarization states using a single detector. The material classification with polarization sensing is tested with the previously referred materials culminating in an 87% and 11% degree of linear polarization retention from the metallic paint and the diffuse material, respectively, computed by Stokes parameters calculus. The procedure was independently validated under the same conditions with a micro-polarizer camera (92% and 13% polarization retention).O intuito primordial do trabalho reportado no presente documento é o desenvolvimento de um sensor LiDAR funcional, que permita validar o conceito de medição direta do tempo de voo de pulsos óticos para a estimativa de distância, e a aquisição de conhecimento crítico respeitante a aspetos fundamentais que prejudicam a performance do sensor, ambicionando melhorias futuras para um sensor endereçado para aplicações automóveis. Destarte, o sistema LiDAR é implementado através de uma arquitetura que engloba tanto funções óticas como eletrónicas, sendo posteriormente caracterizado através de uma sequência de testes experimentais comumente aplicáveis em benchmarking de sensores LiDAR. O design tira partido de um díodo de laser híbrido (pulsado a 6kHz, largura temporal de 46ns; comprimento de onda de pico de 919nm e largura espetral de 5nm), um fotodíodo PIN para detetar a radiação refletida, um andar de transamplificação e dois conversores tempo-digital, com discriminação temporal com threshold constante para marcar o tempo de trânsito entre emissão e receção. Ademais, um design modular flexível é adotado através de duas PCBs independentes, compondo o transmissor e o recetor (deteção e processamento de sinal). A divergência global do feixe emitido para o ambiente circundante é 0.4º×1º, apresentando uma potência ótica de pico de 60W (eficiência de 87% na transmissão). O sensor é testado em ambiente fechado, entre 0.56 e 4.42 metros. A precisão dentro das distâncias de trabalho varia entre 4cm e 7cm, o que se reflete numa razão sinal-ruído entre 12dB e 18dB. O design requer calibração para corrigir erros sistemáticos nas distâncias adquiridas devido a duas fontes: o desvio no ToF devido a diferenças nos percursos optoeletrónicos, inerentes à arquitetura, e uma dependência adicional da intensidade do sinal refletido, induzida pela técnica de discriminação implementada e denotada time-walk. A exatidão do sistema pós-calibração perfaz um valor médio de 1cm. Dois alvos distintos são utilizados durante a fase de caraterização e avaliação performativa: uma tinta metálica aplicada em revestimentos de automóveis e um material difusor. Esta seleção é representativa de dois cenários extremos em aplicações reais do LiDAR. A caraterização dos subsistemas ótico e eletrónico é minuciosamente detalhada, incluindo a constatação de uma boa concordância entre observações empíricas e simulações óticas em ZEMAX e elétricas num software SPICE. O principal elemento limitante do design implementado é identificado como sendo a técnica de discriminação adotada. Por conseguinte, é proposta a substituição do anterior bloco por uma técnica de discriminação a uma fração constante do pulso de retorno, com exatidões da ordem sub-milimétrica. Esta modificação é imperativa para eliminar o offset sistemático nas medidas de distância, decorrente da dependência da intensidade do sinal. Uma outra inclusão de extrema relevância é um mecanismo de varrimento que assegura o cumprimento dos requisitos de campo de visão para aplicações automóveis. As diretrizes para a integração de um micro-espelho no sensor concebido são providenciadas, permitindo atingir um campo de visão de 46º×17º. Conclusivamente, é feita uma prova de princípio para a utilização da polarização como complemento das medições do tempo de voo, de modo a suportar a classificação de materiais em processamento avançado. A arquitetura original é modificada para incluir uma lâmina de atraso variável, permitindo a deteção de estados de polarização ortogonais com um único fotodetetor. A classificação de materiais através da aferição do estado de polarização da luz refletida é testada para os materiais supramencionados, culminando numa retenção de polarização de 87% (tinta metálica) e 11% (difusor), calculados através dos parâmetros de Stokes. O procedimento é independentemente validado com uma câmara polarimétrica nas mesmas condições (retenção de 92% e 13%)

Система пеленгації і блокування каналів зв’язку з безпілотними апаратами

Дипломна роботаскладається з 60сторінок, 39рисунків та 20джерелпосилань. Метою роботиєдослідження методів та реалізації засобів виявлення та блокування каналів зв’язку з безпілотними літальними апаратами. Об’єктом дослідженняє процесивиявлення та блокування каналів керування та передачі даних з безпілотних літальних апаратів.Предметом дослідженняє система пеленгації радіоелектронних засобів, що забезпечують зв’язок з безпілотними літальними апаратами.Дипломная работа состоит из 60сторинок, 39рисункив и 20джерелпосилань. Целью роботиедослидження методов и реализации средств обнаружения и блокирования каналов связи с беспилотными летательными аппаратами. Объектом исследования является процесивиявлення и блокировки каналов управления и передачи данных с беспилотных летательных апаратив.Предметом исследования является система пеленгации радиоэлектронных средств, обеспечивающих связь с беспилотными летательными апаратами

Navigation and guidance requirements for commercial VTOL operations

The NASA Langley Research Center (LaRC) has undertaken a research program to develop the navigation, guidance, control, and flight management technology base needed by Government and industry in establishing systems design concepts and operating procedures for VTOL short-haul transportation systems in the 1980s time period. The VALT (VTOL Automatic Landing Technology) Program encompasses the investigation of operating systems and piloting techniques associated with VTOL operations under all-weather conditions from downtown vertiports; the definition of terminal air traffic and airspace requirements; and the development of avionics including navigation, guidance, controls, and displays for automated takeoff, cruise, and landing operations. The program includes requirements analyses, design studies, systems development, ground simulation, and flight validation efforts

Antenna Systems

This book offers an up-to-date and comprehensive review of modern antenna systems and their applications in the fields of contemporary wireless systems. It constitutes a useful resource of new material, including stochastic versus ray tracing wireless channel modeling for 5G and V2X applications and implantable devices. Chapters discuss modern metalens antennas in microwaves, terahertz, and optical domain. Moreover, the book presents new material on antenna arrays for 5G massive MIMO beamforming. Finally, it discusses new methods, devices, and technologies to enhance the performance of antenna systems