Wetenschappers van het onderzoekslaboratorium van het Amerikaanse leger hebben een nieuw algoritme ontwikkeld waarmee mensen en robots kunnen worden gelokaliseerd in gebieden waar GPS niet beschikbaar is.

Volgens ARL-onderzoekers Gunjan Verma en Dr. Fikadu Dagefu, het leger moet agenten kunnen lokaliseren die opereren in fysiek complexe, onbekende en infrastructuurarme omgevingen.

"Dit vermogen is van cruciaal belang om gedemonteerde soldaten te helpen vinden en voor mensen en robotagenten om effectief samen te werken, " zei Verma. "In de meeste civiele toepassingen, oplossingen zoals GPS werken goed voor deze taak, en help ons, bijvoorbeeld, met onze auto naar een bestemming navigeren."

Echter, merkten de onderzoekers op, dergelijke oplossingen zijn niet geschikt voor de militaire omgeving.

"Bijvoorbeeld, een tegenstander kan de infrastructuur vernietigen (bijv. satellieten) nodig voor GPS; alternatief, complexe omgevingen (bijv. in een gebouw) zijn moeilijk voor het GPS-signaal om door te dringen, "Zei Dagefu. "Dit komt omdat complexe en rommelige omgevingen de lineaire voortplanting van draadloze signalen belemmeren."

Dagefu zei dat obstakels in het gebouw, vooral wanneer hun grootte veel groter is dan de golflengte van het draadloze signaal, de kracht van het signaal verzwakken (verzwakking) en de stroom omleiden (multipath genoemd), een draadloos signaal zeer onbetrouwbaar maken voor het communiceren van informatie over de locatie.

Volgens de onderzoekers is typische benaderingen van lokalisatie, die de kracht of vertraging van een draadloos signaal gebruiken (d.w.z. hoe lang het duurt om een ​​doel van een bron te bereiken), werk goed in buitenscènes met minimale obstakels; echter, ze presteren slecht in scènes met veel obstakels.

Het team van ARL-wetenschappers, waaronder Dagefu en Verma, ontwikkelde een nieuwe techniek om de aankomstrichting te bepalen, of DoA, van een radiofrequentiesignaalbron, wat een fundamentele factor is voor lokalisatie.

"De voorgestelde techniek is robuust tegen meerdere verstrooiingseffecten, in tegenstelling tot bestaande methoden, zoals methoden die afhankelijk zijn van de fase of het tijdstip van aankomst van het signaal om de DoA te schatten, "Zei Verma. "Dit betekent dat zelfs in de aanwezigheid van occluders die het signaal in verschillende richtingen verspreiden voordat het door de ontvanger wordt ontvangen, de voorgestelde aanpak kan de richting van de bron nauwkeurig inschatten."

Het onderliggende idee is dat de gradiënt van de ruimtelijk bemonsterde ontvangen signaalsterkte, of RSS, bevat informatie over de bronrichting.

"Het extraheren van de DoA vereist een theoretisch gefundeerde analyse om een ​​robuuste schatter te verkrijgen in de aanwezigheid van ongewenste voortplantingsverschijnselen, "Zei Verma. "Bijvoorbeeld, grote obstakels zorgen ervoor dat de RSS-samples in de buurt sterk gecorreleerd raken (zogenaamde "gecorreleerde schaduwen"). Indien niet gecorrigeerd, deze correlatie kan de DoA-schatting ernstig vertekenen."

De belangrijkste uitvinding volgens de onderzoekers is een algoritme dat de RSS-gradiënt statistisch modelleert en controleert op ruimtelijke uitbijters en correlaties.

belangrijk, wanneer het signaal extreem veel ruis heeft, de schatter geeft correct aan dat er geen DoA aanwezig is, in plaats van een willekeurige richting verkeerd in te schatten.

De output is een geschatte DoA en bijbehorende onzekerheid.

De onderzoekers hebben de aanpak gevalideerd met verschillende openbaar beschikbare en intern verzamelde meetgegevenssets op 40 MHz- en 2,4 GHz-banden, evenals gegevens van hifi-simulaties.

De techniek werkt in omstandigheden van zware multipath waarin klassieke schattingen op basis van fase of aankomsttijd zouden mislukken.

Naast het feit dat er geen vaste infrastructuur nodig is, de voorgestelde techniek is ook niet afhankelijk van eerdere trainingsgegevens, kennis over het milieu, meerdere antennes, of eerdere kalibratie tussen knooppunten.

Een tijdschriftartikel waarin het onderzoek wordt gedocumenteerd, is geaccepteerd voor publicatie in het Institute of Electrical and Electronics Engineers Transacties op voertuigtechnologie .