Los científicos del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. Han desarrollado un algoritmo novedoso que permite la localización de humanos y robots en áreas donde el GPS no está disponible.

Según los investigadores de ARL Gunjan Verma y el Dr. Fikadu Dagefu, el Ejército necesita poder localizar a los agentes que operan en zonas físicamente complejas, entornos desconocidos y con poca infraestructura.

"Esta capacidad es fundamental para ayudar a encontrar soldados desmontados y para que los humanos y los agentes robóticos se unan de manera efectiva, ", Dijo Verma." En la mayoría de las aplicaciones civiles, soluciones como el GPS funcionan bien para esta tarea, y ayúdanos, por ejemplo, navegar a un destino a través de nuestro automóvil ".

Sin embargo, señalaron los investigadores, tales soluciones no son adecuadas para el entorno militar.

"Por ejemplo, un adversario puede destruir la infraestructura (por ejemplo, satélites) necesarios para GPS; alternativamente, entornos complejos (por ejemplo, dentro de un edificio) son difíciles de penetrar para la señal GPS, "Dagefu dijo." Esto se debe a que los entornos complejos y desordenados impiden la propagación en línea recta de las señales inalámbricas ".

Dagefu dijo que los obstáculos dentro del edificio, especialmente cuando su tamaño es mucho mayor que la longitud de onda de la señal inalámbrica, debilitar la potencia de la señal (atenuación) y redirigir su flujo (llamado multitrayecto), haciendo que una señal inalámbrica sea muy poco confiable para comunicar información sobre la ubicación.

Según los investigadores, enfoques típicos de la localización, que utilizan la potencia o el retraso de una señal inalámbrica (es decir, cuánto tiempo se tarda en llegar a un objetivo desde una fuente), funciona bien en escenas al aire libre con obstáculos mínimos; sin embargo, se desempeñan mal en escenas llenas de obstáculos.

El equipo de científicos de ARL, incluidos Dagefu y Verma, desarrolló una técnica novedosa para determinar la dirección de llegada, o DoA, de una fuente de señal de radiofrecuencia, que es un habilitador fundamental de la localización.

"La técnica propuesta es robusta a múltiples efectos de dispersión, a diferencia de los métodos existentes, como los que se basan en la fase o el tiempo de llegada de la señal para estimar la DoA, "Verma dijo." Esto significa que incluso en presencia de oclusores que dispersan la señal en diferentes direcciones antes de que sea recibida por el receptor, el enfoque propuesto puede estimar con precisión la dirección de la fuente ".

La idea subyacente es que el gradiente de la intensidad de la señal recibida muestreada espacialmente, o RSS, lleva información sobre la dirección de la fuente.

"Extraer el DoA requiere un análisis basado en la teoría para obtener un estimador robusto en presencia de fenómenos de propagación no deseados, "Dijo Verma." Por ejemplo, los grandes obstáculos hacen que las muestras RSS cercanas se vuelvan altamente correlacionadas (el llamado "sombreado correlacionado"). Si no se corrige, esta correlación puede sesgar seriamente la estimación de DoA ".

La invención clave según los investigadores es un algoritmo que modela estadísticamente el gradiente RSS y controla los valores atípicos espaciales y las correlaciones.

En tono rimbombante, cuando la señal es extremadamente ruidosa, el estimador produce correctamente que no hay DoA presente, en lugar de estimar incorrectamente una dirección arbitraria.

El resultado es un DoA estimado y la incertidumbre asociada.

Los investigadores han validado el enfoque con varios conjuntos de datos de medición recopilados internamente y disponibles públicamente en bandas de 40 MHz y 2,4 GHz. así como datos de simulaciones de alta fidelidad.

La técnica funciona en condiciones de trayectorias múltiples intensas en las que fallarían las estimaciones basadas en la fase clásica o el tiempo de llegada.

Además de no requerir ninguna infraestructura fija, la técnica propuesta tampoco se basa en ningún dato de entrenamiento previo, conocimiento sobre el medio ambiente, múltiples antenas, o calibración previa entre nodos.

Un artículo de revista que documenta la investigación ha sido aceptado para su publicación en el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. Transacciones sobre tecnología vehicular .