Cientistas do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA desenvolveram um novo algoritmo que permite a localização de humanos e robôs em áreas onde o GPS não está disponível.

De acordo com os pesquisadores da ARL Gunjan Verma e o Dr. Fikadu Dagefu, o Exército precisa ser capaz de localizar agentes que operam em áreas fisicamente complexas, ambientes desconhecidos e com pouca infraestrutura.

"Esta capacidade é crítica para ajudar a encontrar soldados desmontados e para humanos e agentes robóticos se unirem de maneira eficaz, "Disse Verma." Na maioria das aplicações civis, soluções como GPS funcionam bem para essa tarefa, e nos ajude, por exemplo, navegue até um destino através do nosso carro. "

Contudo, observaram os pesquisadores, tais soluções não são adequadas para o ambiente militar.

"Por exemplo, um adversário pode destruir a infraestrutura (por exemplo, satélites) necessários para GPS; alternativamente, ambientes complexos (por exemplo, dentro de um edifício) são difíceis para o sinal de GPS penetrar, "Dagefu disse." Isso ocorre porque ambientes complexos e desordenados impedem a propagação em linha reta de sinais sem fio. "

Dagefu disse que os obstáculos dentro do prédio, especialmente quando seu tamanho é muito maior do que o comprimento de onda do sinal sem fio, enfraquecer a potência do sinal (atenuação) e redirecionar seu fluxo (chamado multipercurso), tornando um sinal sem fio muito confiável para comunicar informações sobre a localização.

De acordo com os pesquisadores, abordagens típicas de localização, que usam a potência ou atraso de um sinal sem fio (ou seja, quanto tempo leva para alcançar um alvo de uma fonte), funcionam bem em cenas externas com obstáculos mínimos; Contudo, eles têm um desempenho insatisfatório em cenas com muitos obstáculos.

A equipe de cientistas da ARL, incluindo Dagefu e Verma, desenvolveu uma nova técnica para determinar a direção de chegada, ou DoA, de uma fonte de sinal de radiofrequência, que é um facilitador fundamental da localização.

"A técnica proposta é robusta para múltiplos efeitos de espalhamento, ao contrário dos métodos existentes, como aqueles que dependem da fase ou tempo de chegada do sinal para estimar o DoA, "Disse Verma." Isso significa mesmo na presença de oclusores que espalham o sinal em diferentes direções antes de ser recebido pelo receptor, a abordagem proposta pode estimar com precisão a direção da fonte. "

A ideia subjacente é que o gradiente da intensidade do sinal recebido espacialmente amostrado, ou RSS, carrega informações sobre a direção da fonte.

"Extrair o DoA requer uma análise teoricamente fundamentada para obter um estimador robusto na presença de fenômenos de propagação indesejáveis, "Disse Verma." Por exemplo, grandes obstáculos fazem com que as amostras de RSS próximas se tornem altamente correlacionadas (o chamado "sombreamento correlacionado"). Se não for corrigido, esta correlação pode influenciar seriamente a estimativa DoA. "

A principal invenção, de acordo com os pesquisadores, é um algoritmo que modela estatisticamente o gradiente RSS e controla valores discrepantes e correlações espaciais.

Mais importante, quando o sinal é extremamente ruidoso, o estimador emite corretamente que nenhum DoA está presente, em vez de estimar incorretamente uma direção arbitrária.

A saída é um DoA estimado e a incerteza associada.

Os pesquisadores validaram a abordagem com vários conjuntos de dados de medição disponíveis publicamente, bem como coletados internamente nas bandas de 40 MHz e 2,4 GHz, bem como dados de simulações de alta fidelidade.

A técnica funciona em condições de multipercurso pesado em que as estimativas baseadas na fase clássica ou no tempo de chegada falhariam.

Além de não exigir nenhuma infraestrutura fixa, a técnica proposta também não depende de nenhum dado de treinamento anterior, conhecimento sobre o meio ambiente, múltiplas antenas, ou calibração prévia entre nós.

Um artigo de jornal documentando a pesquisa foi aceito para publicação no Institute of Electrical and Electronics Engineers Transações em tecnologia veicular .