Gli scienziati del laboratorio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti hanno sviluppato un nuovo algoritmo che consente la localizzazione di esseri umani e robot in aree in cui il GPS non è disponibile.

Secondo i ricercatori dell'ARL Gunjan Verma e il Dr. Fikadu Dagefu, l'Esercito deve essere in grado di localizzare agenti che operano in ambienti fisicamente complessi, ambienti sconosciuti e poveri di infrastrutture.

"Questa capacità è fondamentale per aiutare a trovare soldati smontati e per gli esseri umani e gli agenti robotici per collaborare efficacemente, " Verma ha detto. "Nella maggior parte delle applicazioni civili, soluzioni come il GPS funzionano bene per questo compito, e aiutaci, Per esempio, navigare verso una destinazione tramite la nostra auto."

Però, hanno notato i ricercatori, tali soluzioni non sono adatte per l'ambiente militare.

"Per esempio, un avversario può distruggere l'infrastruttura (ad es. satelliti) necessari per il GPS; in alternativa, ambienti complessi (es. all'interno di un edificio) sono difficili da penetrare per il segnale GPS, "Dagefu ha detto. "Questo è dovuto al fatto che ambienti complessi e disordinati impediscono la propagazione in linea retta dei segnali wireless".

Dagefu ha detto che gli ostacoli all'interno dell'edificio, soprattutto quando la loro dimensione è molto più grande della lunghezza d'onda del segnale wireless, indebolire la potenza del segnale (attenuazione) e reindirizzare il suo flusso (chiamato multipath), rendendo un segnale wireless molto inaffidabile per la comunicazione di informazioni sulla posizione.

Secondo i ricercatori, approcci tipici alla localizzazione, che utilizzano la potenza o il ritardo di un segnale wireless (ad es. quanto tempo ci vuole per raggiungere un obiettivo da una fonte), lavorare bene in scene all'aperto con ostacoli minimi; però, si comportano male nelle scene ricche di ostacoli.

Il team di scienziati dell'ARL, tra cui Dagefu e Verma, ha sviluppato una nuova tecnica per determinare la direzione di arrivo, o DoA, di una sorgente di segnale a radiofrequenza, che è un abilitatore fondamentale della localizzazione.

"La tecnica proposta è robusta per molteplici effetti di scattering, a differenza dei metodi esistenti come quelli che si affidano alla fase o al tempo di arrivo del segnale per stimare la DoA, " Ha detto Verma. "Ciò significa che anche in presenza di occlusori che disperdono il segnale in direzioni diverse prima che venga ricevuto dal ricevitore, l'approccio proposto può stimare con precisione la direzione della fonte."

L'idea di fondo è che il gradiente della forza del segnale ricevuto spazialmente campionato, o RSS, porta informazioni sulla direzione della fonte.

"L'estrazione della DoA richiede un'analisi teoricamente fondata per ottenere uno stimatore robusto in presenza di fenomeni di propagazione indesiderati, "Verma ha detto. "Per esempio, grandi ostacoli fanno sì che i campioni RSS vicini diventino altamente correlati (il cosiddetto "ombreggiatura correlata"). Se non corretto, questa correlazione può falsare seriamente la stima della DoA".

L'invenzione chiave secondo i ricercatori è un algoritmo che modella statisticamente il gradiente RSS e controlla i valori anomali e le correlazioni spaziali.

È importante sottolineare che quando il segnale è estremamente rumoroso, lo stimatore restituisce correttamente che non è presente alcuna DoA, piuttosto che stimare erroneamente una direzione arbitraria.

L'output è una DoA stimata e l'incertezza associata.

I ricercatori hanno convalidato l'approccio con diversi set di dati di misurazione disponibili pubblicamente e raccolti internamente alle bande di 40 MHz e 2,4 GHz, così come i dati di simulazioni ad alta fedeltà.

La tecnica funziona in condizioni di multipath pesante in cui la fase classica o le stime basate sul tempo di arrivo fallirebbero.

Oltre a non richiedere alcuna infrastruttura fissa, la tecnica proposta inoltre non si basa su alcun dato di formazione precedente, conoscenza dell'ambiente, antenne multiple, o previa calibrazione tra i nodi.

Un articolo di giornale che documenta la ricerca è stato accettato per la pubblicazione presso l'Institute of Electrical and Electronics Engineers Transazioni su tecnologia veicolare .