Master's Thesis

Multisensor system for unmanned aerial vehicle detection

Final Thesis 11.81 MB Appendix 205.71 kB

Author of thesis: Bc. Jan Plaček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Janoušek, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.

Abstract:

This thesis addresses multi-sensor detection of unmanned aerial vehicles (UAVs) combining radio-frequency, acoustic, and optical modalities. The RF branch uses an ADALM-PLUTO software-defined radio with PSD-based detection in the 2.4 and 5.8 GHz ISM bands, the acoustic branch performs harmonic analysis of the blade-passing frequency on a BM-500 microphone signal, and the optical branch detects motion on a USB webcam using MOG2 background subtraction. A fusion engine combines per-modality confidence scores with exponential temporal decay. The complete Python pipeline with web GUI was validated on outdoor recordings of an FPV quadcopter and on the public DroneRF and Svanström multi-sensor datasets. The reference architecture of a stationary detection station integrating SDR, microphone array, PTZ camera, thermal imager, and Jetson edge computing is proposed for the target deployment.

Keywords:

UAV, drone detection, RF detection, acoustic detection, optical detection, multi-sensor fusion, SDR, PlutoSDR, MOG2, harmonic analysis, DroneRF, Svanstrom dataset

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student odprezentoval a s drobnými výhradami zodpověděl otázky oponenta. Student potvrdil, že jeho nastavení parametrů pro fúzi dat je provedeno empiricky a přijal výtku, že toto nastavení se nabízí statisticky podložit, případně měnit adaptivně. Práce vyzdvihla, že některé informace v práci jsou mylné, nepravdivé a nepodložené literaturou či experimentem (tedy vymyšlené). Komise se ptala na srovnání s anotovanými datasety.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Cybernetics, Control and Measurements (MPC-KAM)

Composition of Committee

prof. Ing. Michal Prauzek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Beneš, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jakub Arm, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Čala, Ph.D. (člen)
Ing. Jaroslav Lepka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Pohl, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Janoušek, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá velmi aktuální problematikou detekce bezpilotních prostředků s využitím kombinace radiových, akustických a optických metod. Zadání práce bylo poměrně rozsáhlé a vyžadovalo znalosti z několika technických oblastí současně. Student měl provést rešerši současných metod detekce UAV, navrhnout experimentální sestavu, realizovat sběr dat z více senzorů, implementovat algoritmy jednotlivých modalit, provést jejich porovnání a navrhnout komplexní detekční systém vhodný pro reálné nasazení.
Všechny body zadání byly v práci splněny a jejich výsledky jsou v textu jednoznačně doloženy.


Za nejsilnější stránku práce považuji její komplexnost. Student se musel vypořádat s návrhem a implementací radiové detekce pomocí SDR, akustické detekce založené na harmonické analýze, optické detekce využívající počítačové vidění a následně všechny tyto zdroje propojit pomocí systému multisenzorové fúze. Oceňuji zejména skutečnost, že student nezůstal pouze u teoretického rozboru jednotlivých metod, ale vytvořil vlastní experimentální sestavu a provedl reálná měření i implementaci algoritmů. Přínosná je také návrhová část, kde student diskutuje vhodnou konfiguraci komplexního detekčního systému pro praktické použití.


Rozsah tématu však současně představuje určité omezení práce. Vzhledem k tomu, že bylo potřeba pokrýt několik samostatných technických oblastí, nebylo možné věnovat všem tématům stejnou hloubku, jakou by bylo možné očekávat u práce zaměřené pouze na jednu detekční metodu. Některé části, zejména pokročilé algoritmy detekce a klasifikace UAV, by si zasloužily detailnější experimentální vyhodnocení. Přesto hodnotím rozsah zpracování vzhledem k šíři zadání jako odpovídající. Student během řešení pracoval samostatně, pravidelně konzultoval a postupně dokázal zvládnout i oblasti, které přesahovaly jeho původní specializaci.


Po formální stránce je práce zpracována na dobré úrovni. Struktura je logická, text je přehledný a obsahuje odpovídající množství odborných zdrojů. Součástí práce jsou vlastní experimentální výsledky, které zvyšují její praktickou hodnotu.

Práci doporučuji k obhajobě s hodnocením: B – 80 bodů Points proposed by supervisor: 80

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.

Splnění zadání
Zadání obsahuje pět bodů. Bod 1 (rešerše) je splněn v plném rozsahu – student zpracoval 84 zdrojů z let 2020–2025 pokrývajících RF, akustickou a optickou detekci. Bod 2 (experimentální sestava) je splněn s výhradou k nedostatečně popsané metodice měření (vizuální odhad vzdáleností ±20 %, absence GPS reference, chybí počet opakování). Bod 3 (software a fúze) je splněn nad rámec očekávání – implementovány tři detekční algoritmy a fúzní engine v asynchronní webové aplikaci s REST API. Bod 4 (porovnání přístupů) je splněn, avšak fúze byla ověřena pouze na vlastních datech s jedním modelem dronu. Bod 5 (návrh cílového zařízení) je splněn na úrovni referenční architektury.

Prezentační a formální úroveň
Práce má 117 stran (jádro ≈ 78 normostran), je sazena v LaTeXu s logickou strukturou. Z formálních nedostatků: některé nevysvětlené zkratky při prvním výskytu (v abstraktu i textu), velké vertikální mezery před kapitolami (str. 38, 58, 72), některé vzorce bez číslování a nevhodné zalomení rovnic na dva řádky. Práce s literaturou je na velmi dobré úrovni.

Odborná úroveň
Klady: komplexní pokrytí tří modalit s vlastní implementací, vyhodnocení na veřejných datasetech (DroneRF, Svanström), diskuze limitů, modulární software s veřejným kódem, praktický návrh cílového systému s odhadem nákladů.
Nedostatky: metodika měření neumožňuje spolehlivou reprodukci (vizuální odhad vzdáleností, jeden model dronu, chybí měřicí protokol); optická modalita má pouze demonstrační charakter (dosah 15 m, vysoký FAR); fúze nebyla nezávisle ověřena na veřejných datasetech; parametry detektorů nastaveny empiricky bez systematické optimalizace. Student transparentně přiznává využití AI nástrojů (Anthropic Claude) v souladu se směrnicí VUT pro rešeršní podporu, jazykové korektury a pair programming.

Souhrnné hodnocení
Práce splňuje všech pět bodů zadání a svědčí o dobrých inženýrských schopnostech studenta, zejména v softwarovém vývoji a systémové integraci. Metodická stránka experimentů a formální úprava si zasloužily větší pečlivost. Práci doporučuji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Fúzní engine používá pevné váhy modalit (akustika 0,45, RF 0,35, optika 0,20) nastavené na základě empirické úvahy. Zvažoval jste adaptivní úpravu vah v závislosti na aktuálních podmínkách prostředí (např. úroveň okolního hluku, spektrální obsazenost ISM pásma, osvětlení)? Jak by taková adaptace mohla ovlivnit FAR a TPR systému?
  2. Akustická detekce v obytném prostředí vykazuje FAR 43,8 % způsobenou harmonickými strukturami okolního hluku (HVAC, vozidla). Jaké konkrétní kroky byste navrhl pro snížení této hodnoty bez výrazného dopadu na TPR? Bylo by možné využít naučený model spektrálních vzorů typických rušivých zdrojů?
  3. Popište, jak byste při opakování experimentu zajistil přesné a reprodukovatelné měření vzdálenosti dronu od senzorické sestavy. Jaký vliv by přesnější reference vzdálenosti měla na kalibraci prahových hodnot detektorů?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová