Enhancing search and rescue capabilities through integrated sensing and communication for unmanned aerial vehicles

This thesis investigates the potential of Integrated Sensing And Communication (ISAC) systems to improve Search and Rescue operations using Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The research specifically addresses the limitations imposed by modern communication standards, such as reduced power and bandwidth, and the unique requirements of Search and Rescue missions, including the need for rapid target detection and localization in complex environments. The thesis presents a collection of four articles that chronicle the evolution of the research, starting from a foundational study on Received Signal Strength Indicator (RSSI) based localization to the development of a sophisticated ISAC-enabled Search and Rescue system. The research demonstrates the feasibility of utilizing communication waveforms, such as Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), for Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging, achieving high quality imagery and accurate target localization even under challenging conditions like different snow depths, wetness levels, and UAV altitudes. The integration of active localization techniques, leveraging RSSI measurements, further enhances the system’s ability to distinguish between true targets and clutter, improving the efficiency and effectiveness of Search and Rescue operations. The findings of this thesis contribute to the advancement of UAV-based Search and Rescue technology, offering a promising pathway towards faster, more reliable, and more successful rescue missions in critical situations, ultimately saving lives and revolutionizing emergency response efforts.

Questa tesi indaga il potenziale dei sistemi di Integrated Sensing and Communication(ISAC) per migliorare le operazioni di Ricerca e Soccorso mediante l'uso di Veicoli Aerei Senza Pilota (UAV). La ricerca affronta in particolare le limitazioni imposte dagli standard di comunicazione moderni, come la ridotta potenza e larghezza di banda, e i requisiti specifici delle missioni di Ricerca e Soccorso, tra cui la necessità di un rapido rilevamento e localizzazione dei bersagli in ambienti complessi. La tesi presenta una raccolta di quattro articoli che documentano l’evoluzione della ricerca, partendo da uno studio di base sulla localizzazione basata sull’Indicatore di Intensità del Segnale Ricevuto (RSSI) fino allo sviluppo di un sofisticato sistema di Ricerca e Soccorso abilitato all’ISAC. La ricerca dimostra la fattibilità dell'uso di forme d'onda di comunicazione, come la Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), per l'imaging radar ad apertura sintetica (SAR), ottenendo immagini di alta qualità e una localizzazione accurata dei bersagli anche in condizioni difficili, come diverse profondità di neve, livelli di umidità e altitudini degli UAV. L'integrazione di tecniche di localizzazione attiva, sfruttando misurazioni RSSI, migliora ulteriormente la capacità del sistema di distinguere tra veri bersagli e interferenze, aumentando l'efficienza e l'efficacia delle operazioni di Ricerca e Soccorso. I risultati di questa tesi contribuiscono all'avanzamento della tecnologia di Ricerca e Soccorso basata su UAV, offrendo un percorso promettente verso missioni di salvataggio più rapide, affidabili e di successo in situazioni critiche, con il potenziale di salvare vite umane e rivoluzionare le operazioni di risposta alle emergenze.