https://hdl.handle.net/ripcmb/30290 2026-04-22T18:54:40Z https://hdl.handle.net/ripcmb/848001 Título: Acoustic-based drone localization and DOA estimation for highly noisy environments Autor(es): Fernandes, Rigel Procópio Abstract: ABSTRACT The constant development of unmanned aerial vehicles (UAVs) has drawn attention from sectors such as law enforcement, agriculture, emergency response services, and defense. This growing interest can be attributed to their simplicity and cost-effectiveness. However, the fact that these devices can be easily used for illegal activities becomes a concern, as they could be employed in actions such as terrorism, unauthorized surveillance, and multiple types of cyberattacks, including eavesdropping, jamming, and spoofing. Therefore, the ability to estimate the location and direction of arrival (DOA) of drones is necessary to ensure the security of critical infrastructure and to enable the deployment of countermeasures. The main goal of this thesis is to estimate the drone’s location and DOA, as these are the most important parameters for launching acoustic-based countermeasures. The contributions to drone DOA estimation include: (1) the recognition of the potential of the zero cyclic sum (ZCS) condition for evaluating the consistency of multiple time delay estimates by exploring various combinations of primary and secondary peaks in the cross-correlation function; (2) the mitigation of the computational complexity of exhaustive search through a heuristic strategy based on genetic algorithms, while preserving estimation accuracy; (3) the proposal of a refinement step based on a least squares (LS) solution, which complements the ZCS condition and increases robustness against spurious peaks; and (4) the development of a passive DOA estimator that is simple to configure and does not require prior training, making it suitable for noisy environments. The proposed methods achieved success rates of up to 94.0±3.1% in correctly identifying the DOA in experiments with real drones in reverberant settings. The contributions to drone localization based on TDOA measurements between microphones include: (1) the formulation of optimization methods that exploit both primary and secondary peaks of the cross-correlation functions; (2) the validation of these optimization methods through real-world experiments; (3) the comparison of these methods with a neural network-based approach, which confirmed the validity of the proposed LS-based estimators that achieved localization errors below 1 meter; and (4) the demonstration that the proposed methods are flexible and can be used for both DOA estimation and localization tasks. The lowest mean localization error obtained using the ZCS-LS method was 0.55±0.35 m, while the neural network approach achieved 1.02±0.02 m at its best position, confirming the effectiveness of the proposed techniques. Descrição: O constante desenvolvimento de veículos aéreos não tripulados (VANT) chama a atenção de setores como forças policiais, agricultura, serviços de resposta a emergências e defesa. Esse interesse crescente pode ser atribuído à sua simplicidade e custo-benefício. O fato de que esses dispositivos podem ser facilmente usados para atividades ilegais torna-se uma preocupação, já que poderia ser empregados para atividades como: terrorismo, vigilância não-autorizada e múltiplos tipos de cyber-ataques como eavesdropping, jamming, e spoofing. Portanto, a capacidade de estimar a localização e a direção de chegada de drones é necessária para assegurar a segurança de infraestruturas críticas e para lançar contra-ataques. O objetivo principal da tese é estimar a localização e a direction of arrival (DOA) do drone por serem os parâmetros mais importantes para o lançamento de contra-medidas usando acústica. As contribuições para a estimação da DOA de sinais acústicos emitidos por drones incluem: (1) o reconhecimento do potencial da condição zero cyclic sum (ZCS) para avaliar a consistência entre múltiplas estimativas de atraso temporal, explorando as várias combinações de picos primários e secundários da função de correlação cruzada; (2) a mitigação da complexidade computacional da busca exaustiva por meio de uma abordagem heurística baseada em algoritmos genéticos, mantendo a acurácia da estimativa; (3) a proposição de uma etapa de refinamento baseada em mínimos quadrados (LS), que complementa a condição ZCS e contribui para melhorar a robustez frente a picos espúrios; e (4) o desenvolvimento de um estimador de DOA passivo, de fácil implementação e sem necessidade de treinamento prévio, adequado para ambientes ruidosos. Os métodos propostos alcançaram taxas de acerto de até 94,0±3,1% na identificação correta de DOA em experimentos com drones reais em ambiente reverberante. As contribuições para a localização de drones a partir de medidas de TDOA entre microfones incluem: (1) a formulação de métodos de otimização para explorar os picos primários e secundários das correlações cruzadas; (2) a validação dos métodos de otimização através de experimentos reais; (3) a comparação dos métodos com uma abordagem baseada em rede neural que demonstrou que validou a utilização dos estimadores propostos baseados em LS que atingem erros inferiores a 1 metro; e (4) a demonstração de que os métodos são flexíveis e podem ser utilizados tanto para estimação de DOA e quanto para localização. O menor erro médio de localização obtido com o método que explorou o ZCS e o LS (ZCS-LS) foi de 0,55±0,35 m, enquanto o método baseado em rede neural atingiu 1,02±0,02 m na melhor posição, confirmando a efetividade das abordagens propostas. Tipo: doctoralThesis 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/ripcmb/26268 Título: Utilização de glicerofosfolipídios sintéticos análogos do PAF como agentes anti-incrustantes na composição de tintas marítimas: proposta, síntese, caracterização química e avaliação de performance Autor(es): Batista, William Romão Abstract: This work presents, as an innovative proposition, the use of the specific subclass of glycerophospholipid, synthesized from commercial soybean lecithin, as biocide antifouling agent. To support this proposal the main objectives of the work were to characterize chemically the synthetics glycerophospholipid and evaluate their antifouling performance using it as biocides agents. The synthesis used, an alkylating and a methanolysis, produced a mixture of different glycerophospholipid, which were characterized using techniques of sequential mass spectrometry with iontrap analyzer, where the production of glycerophospholipids of interest were confirmed. In evaluating the antifouling performance, the synthesized glycerophospholipids along with natural glycerophospholipids, were tested against the settlement of micro and macro marine organisms using laboratory essay and field tests. In the laboratories essays, compared to the action reached by copper sulfate (CuSO 4 ) (control), the synthesis products showed a significant reduction of bacteria growth processes (80% inhibition of the CuSO 4 inhibition, using concentrations of 100 μg/L), and marine microalgae (up to 63% over of the CuSO 4 inhibition, using concentrations of 300 μg/L). The field tests, compared to the action of the commercial and in research antifouling paint, showed that synthesis products, replacing the organo-metallic biocides (booster), have a better efficiency in the reduction of fouling organisms and showed a very good activity with a significant reduction of macro-fouling organisms coverage when compared to negative controls (without biocide). The results showed that use of these special glycerophospholipids can become a great biocide option - natural appeal, raw material with low-cost and metals free- in the preparation of antifouling paints for naval use. Descrição: O presente trabalho traz como proposição inovadora utilizar como agente biocida anti- incrustante uma subclasse específica de glicerofosfolipídios, sintetizados a partir da lecitina de soja comercial. Para sustentação da proposta, se definiu como principais objetivos efetuar a caracterização química dos glicerofosfolipídios sintéticos e avaliar suas performances anti-incrustante ao usá-los como agente biocida. As sínteses empregadas, uma metanólise e uma alquilação, produziram uma mistura de diferentes glicerofosfolipídios, os quais foram caracterizados pelo uso de técnicas de espectrometria de massas sequencial com analisador tipo iontrap, tendo sido constatado a produção dos glicerofosfolipídios de interesse. Na avaliação das performances anti-incrustante, os glicerofosfolipídios sintetizados, juntamente com os outros naturais, foram testados contra o assentamento de micro e macro-organismos marinhos por meio de ensaios laboratoriais e testes de campo. Nos ensaios laboratoriais, realizados em comparação a ação alcançada pelo sulfato de cobre (CuSO 4 ) (controle), os produtos da síntese demonstraram provocar uma significativa redução dos processos de crescimento de bactérias (80% inibição relativa à conseguida pelo CuSO 4 , usando concentrações de 100 μg/L), e de microalgas marinhas (até 63% inibição acima daquela conseguida pelo CuSO 4 , usando concentrações de 300 μg/L). Os testes de campo, realizados em comparação a diferentes tintas anti-incrustantes, já comercializadas e sob pesquisa, demonstraram que os produtos de síntese, em substituição aos biocidas organo-metálicos (booster), apresentaram uma melhor eficiência na redução dos organismos incrustantes e uma muito boa atividade com significativa redução da cobertura dos macro-organismos incrustantes quando comparados com os controles negativos (sem biocida). Os resultados alcançados demonstram que o uso destes glicerofosfolipídios especiais pode tornar-se uma ótima opção biocida - com apelo natural, matéria-prima de baixo custo e isenção de metais pesados - no preparo de tintas anti-incrustantes para uso naval. Tipo: masterThesis 2012-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/ripcmb/26267 Título: Biocorrosão marinha: a comunidade macroincrustante e seu efeito na corrosão de aços inoxidáveis especiais de alta liga (AISI 316, AISI 904l e Zeron 100) Autor(es): Messano, Luciana Vicente Resende de Abstract: Metallic materials expose to marine environment are susceptible to the growth of biofouling on the surfaces immersed. The main goal of this work was to verify the effects of biofouling, especially barnacles in high-alloyed stainless steels (AISI 904L, Zeron 100 e AISI 316) used in marine systems. Two experiments were assembled: a field experiment, where the coupons were immersed for 285 days hung over rafts in Cabo Frio Island (Arraial do Cabo), in which open circuit potential and the percentage cover of biofouling were estimated. The second was done in laboratory and the aim was to estimate the open circuit potential, breakdown potential and to acquire impedance diagrams associated to the attachment and initial development of the barnacle Balanus amphitrite, which larvae were cultivated until the attachment stage. The results obtained did not allow compare the AISI 316 steel with the high-alloyed stainless steels. Therefore, based on the breakdown potential values obtained in polarization tests and the Nyquist diagrams, it was possible to conclude that 904L steel was more susceptible to localized corrosion caused by biofouling than Zeron 100. Descrição: Os materiais metálicos quando expostos ao ambiente marinho são susceptíveis à fixação de organismos incrustantes sobre as superfícies imersas. O objetivo principal deste trabalho foi verificar os efeitos da incrustação dos organismos, e em especial de balanídeos (crustáceos também conhecidos como cracas) em aços inoxidáveis de alta liga (AISI 904L, Zeron 100 e AISI 316) utilizados em sistemas marinhos. Dois experimentos foram realizados: o primeiro em campo, onde os corpos-de-prova ficaram submersos por um período de 285 dias em balsas na Ilha de Cabo Frio (Arraial do Cabo), sendo acompanhados o potencial a circuito aberto dos metais e o percentual de cobertura de organismos. O segundo experimento realizado em laboratório objetivou, além do acompanhamento do potencial a circuito aberto, o levantamento de curvas de polarização anódica e diagramas de impedância eletroquímica. Os parâmetros foram acompanhados juntamente com o assentamento e a fixação do balanídeo Balanus amphitrite, a partir do cultivo das larvas até o estágio de fixação. Os resultados obtidos não possibilitaram a comparação do desempenho do aço AISI 316 com os aços especiais. Além disso, através dos valores de potencial de ruptura obtidos a partir dos ensaios de polarização anódica e comportamento dos diagramas de Nyquist, foi possível concluir que o aço 904L apresentou uma maior susceptibilidade ao ataque localizado causado pela bioincrustação do que o aço Zeron 100. Tipo: masterThesis 2007-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/ripcmb/26269 Título: Composição da matéria orgânica no gradiente estuarino da Baia de Sepetiba/RJ Autor(es): Thomazelli, Fernanda Freyesleben Abstract: This study was developed in Sepetiba Bay, a complex estuarine system with high economic, social and environment importance to the Rio de Janeiro State. The main objective of this study was to determine the composition of organic matter in an estuarine gradient, involving the river compartment, consisting of the Guandu River and Channel, Guarda River and São Francisco Channel; a salt gradient in the São Francisco Channel characterizing the mixing zone and the estuarine region represented by Sepetiba Bay itself. This approach was applied in order to determine the main sources and processes acting in the Sepetiba Bay. To assess the composition of organic matter elemental (C/N), isotopic (δ 13 C and δ 15 N) and molecular (lignin, sterols and hydrocarbons) markers were used in sediment and suspended particulate matter samples. In this last compartment was only possible analysis of elemental and isotopic composition of organic matter. The trace metals were also determined to verify its correlation with organic matter or with existing processes in the Sepetiba Bay. The results of C/N ratio, δ 13 C and δ 15 N indicate that in the riverine compartment dominates fluvial terrigenous organic matter from higher plants debris. In the salt gradient was observed mixture of terrestrial and marine sources and, in Sepetiba Bay was observed the predominance of bacteria and phytoplankton, corroborated by the ch-a data and the highest concentrations of sterols (β-sit., cholestanol, cholestanone). The hydrocarbon showed high concentrations in the study area, ranging from 16 to 488 μgg -1 , recorded for coastal environment with high anthropogenic activity. These high concentrations associated with the distribution of n-alkanes and the presence of unresolved complex mixture, indicate an intense introduction of petrogenic hydrocarbons. The coprostanol, a fecal sterol associated with the release of untreated sewage, was detected in 81% of the stations, with concentrations ranging from undetectable levels to 4.0μgg -1 , and the highest values recorded in the Guandu River and Channel and after its mouth, in Sepetiba Bay. The lignin phenols showed low concentrations in the study area, with values between 0.05 and 0.72 mg.100 mg -1 O.C. with syringyl group predominance, indicating that Sepetiba Bay is a depositional system and the transport by watershed is not significant. The principal component analysis (PCA) showed 30.1% of the variability explained on axis 1, which grouped the samples from the rivers characterized as allochthonous terrigenous source. Moreover, samples from the estuary were characterized by processes of autochthonous production and degradation of organic matter. Conversely, the ACP when considering the axis 2, had 51% of the total variability explained, suggesting that the samples located in the mixing zone was influenced by the process of dredging of the Canal of San Francisco and the entry of industrial effluent. Descrição: Este estudo foi realizado na Baía de Sepetiba, um complexo sistema estuarino de grande importância sócio-econômica e ambiental do Estado do Rio de Janeiro. O principal objetivo deste estudo foi determinar a composição da matéria orgânica em um gradiente estuarino, abrangendo o compartimento fluvial composto pelo Rio e Canal do Guandu, Rio da Guarda e Canal do São Francisco; um gradiente salino no Canal do São Francisco, caracterizando a zona de mistura; e o compartimento estuarino representado pela Baía de Sepetiba. A abordagem utilizada objetivou determinar as principais fontes e processos atuantes na Baía de Sepetiba. A composição da matéria orgânica foi caracterizada através de marcadores elementares (C/N), isotópicos (δ 13 C e δ 15 N) e moleculares (lignina, esteróis e hidrocarbonetos) em amostras de sedimento e de material particulado em suspensão, sendo que neste último compartimento só foi possível a análise da composição elementar e isotópica da matéria orgânica. Os metais traços também foram determinados a fim de verificar sua correlação com a matéria orgânica ou com os processos existentes na Baía de Sepetiba. Maiores valores da razão C/N e menores de δ 13 C indicaram que no compartimento fluvial predomina matéria orgânica terrígena proveniente de restos de plantas superiores. No gradiente salino foi verificada mistura de fontes terrestres e marinhas e, na Baía de Sepetiba foi observado um forte predomínio de bactéria e fitoplâncton, evidenciados pelos dados de cl-a e pelas maiores concentrações de esteróis (β-sit., colestanol e colestanona). Os hidrocarbonetos apresentaram concentrações elevadas na área de estudo, com valores totais oscilando entre 16 e 488 μg.g -1 , registrados apenas para ambientes costeiros com alta atividade antrópica. Estas elevadas concentrações, associadas à distribuição dos n-alcanos e a presença da mistura complexa não resolvida, indicam uma intensa introdução de hidrocarbonetos petrogênicos. O coprostanol, um esterol fecal associado ao lançamento de esgoto doméstico não tratado, foi detectado em 81 % das estações, apresentando concentrações entre níveis não detectáveis à 4,0 μg.g -1 , sendo os maiores valores registrados no Rio e no Canal do Guandu e após sua foz, já na Baía de Sepetiba. Os fenóis de lignina apresentaram baixas concentrações na área de estudo, com valores entre 0,05 e 0,72 mg.100 mg -1 e predomínio do grupo siringil, indicando que a Baía de Sepetiba não é um sistema deposicional e que o transporte pela bacia de drenagem não é significativo. A análise de componentes principais (ACP) apresentou 30,1% da variabilidade explicada no eixo 1, o qual agrupou as amostras dos rios caracterizadas como fonte terrígena alóctone. Por outro lado, as amostras do estuário foram caracterizadas por processos autóctones de produção e degradação da matéria orgânica. Inversamente, a ACP ao considerar o eixo 2, teve 51% da variabilidade total explicada, sugerindo que as amostras localizadas na zona de mistura foram influenciadas pelo processo de dragagem do Canal do São Francisco e a entrada de efluente industrial. Tipo: masterThesis 2010-01-01T00:00:00Z