Les scientifiques du laboratoire de recherche de l'armée américaine ont développé un nouvel algorithme qui permet la localisation des humains et des robots dans les zones où le GPS n'est pas disponible.

Selon les chercheurs de l'ARL Gunjan Verma et le Dr Fikadu Dagefu, l'Armée de terre doit être capable de localiser les agents opérant dans des environnements physiquement complexes, environnements inconnus et pauvres en infrastructures.

"Cette capacité est essentielle pour aider à trouver des soldats débarqués et pour que les humains et les agents robotiques s'associent efficacement, " dit Verma. " Dans la plupart des applications civiles, des solutions telles que le GPS fonctionnent bien pour cette tâche, et aidez-nous, par exemple, naviguer vers une destination via notre voiture."

Cependant, ont noté les chercheurs, de telles solutions ne sont pas adaptées à l'environnement militaire.

"Par exemple, un adversaire peut détruire l'infrastructure (par exemple, satellites) nécessaires au GPS ; alternativement, environnements complexes (par exemple, à l'intérieur d'un bâtiment) sont difficiles à pénétrer pour le signal GPS, " Dagefu a déclaré. "C'est parce que les environnements complexes et encombrés entravent la propagation en ligne droite des signaux sans fil."

Dagefu a déclaré que les obstacles à l'intérieur du bâtiment, surtout lorsque leur taille est beaucoup plus grande que la longueur d'onde du signal sans fil, affaiblir la puissance du signal (atténuation) et rediriger son flux (appelé multitrajet), rendant un signal sans fil très peu fiable pour communiquer des informations sur l'emplacement.

Selon les chercheurs, approches typiques de la localisation, qui utilisent la puissance ou le retard d'un signal sans fil (c'est-à-dire, combien de temps il faut pour atteindre une cible à partir d'une source), fonctionne bien dans les scènes extérieures avec un minimum d'obstacles ; cependant, ils fonctionnent mal dans les scènes riches en obstacles.

L'équipe de scientifiques de l'ARL comprenant Dagefu et Verma a développé une nouvelle technique pour déterminer la direction d'arrivée, ou DoA, d'une source de signal radiofréquence, qui est un catalyseur fondamental de la localisation.

"La technique proposée est robuste aux effets de diffusion multiples, contrairement aux méthodes existantes telles que celles qui reposent sur la phase ou l'heure d'arrivée du signal pour estimer la DoA, " dit Verma. " Cela signifie même en présence d'occluseurs qui diffusent le signal dans différentes directions avant qu'il ne soit reçu par le récepteur, l'approche proposée permet d'estimer avec précision la direction de la source."

L'idée sous-jacente est que le gradient de la force du signal reçu échantillonné spatialement, ou RSS, porte des informations sur la direction de la source.

« Extraire le DoA nécessite une analyse théoriquement fondée pour obtenir un estimateur robuste en présence de phénomènes de propagation indésirables, " dit Verma. " Par exemple, de grands obstacles font que les échantillons RSS à proximité deviennent fortement corrélés (ce que l'on appelle "l'ombrage corrélé"). S'il n'est pas corrigé, cette corrélation peut sérieusement biaiser l'estimation du DoA."

L'invention clé selon les chercheurs est un algorithme qui modélise statistiquement le gradient RSS et contrôle les valeurs aberrantes spatiales et les corrélations.

Surtout, lorsque le signal est extrêmement bruyant, l'estimateur indique correctement qu'aucun DoA n'est présent, plutôt que d'estimer incorrectement une direction arbitraire.

La sortie est une DoA estimée et l'incertitude associée.

Les chercheurs ont validé l'approche avec plusieurs ensembles de données de mesure disponibles publiquement et en interne sur les bandes de 40 MHz et 2,4 GHz, ainsi que des données issues de simulations haute fidélité.

La technique fonctionne dans des conditions de trajets multiples intenses dans lesquelles les estimations classiques basées sur la phase ou l'heure d'arrivée échoueraient.

En plus de ne nécessiter aucune infrastructure fixe, la technique proposée ne repose pas non plus sur des données d'entraînement préalables, connaissance de l'environnement, plusieurs antennes, ou un étalonnage préalable entre les nœuds.

Un article de journal documentant la recherche a été accepté pour publication à l'Institute of Electrical and Electronics Engineers Transactions sur la technologie véhiculaire .