Les chercheurs de l’armée développent une nouvelle technique pour localiser les robots et les soldats dans des environnements fascinés par le GPS

Les scientifiques du US Army Research Laboratory ont développé un nouvel algorithme qui permet la localisation des humains et des robots dans les zones où le GPS n’est pas disponible.

  Les scientifiques du laboratoire de recherche de l’armée américaine, le Dr Fikadu Dagefu et Gunjan Verma, posent avec l’un des robots utilisés pour valider un nouvel algorithme qu’ils ont développé. (Photo de l’armée américaine par Jhi Scott) 

Selon les chercheurs d’ARL Gunjan Verma et le Dr Fikadu Dagefu, l’armée doit être en mesure de localiser des agents opérant dans des environnements physiquement complexes, inconnus et pauvres en infrastructure.
« Cette capacité est essentielle pour aider à trouver des soldats débarqués et pour que les humains et les agents robotiques s’associent efficacement », a déclaré Verma. «Dans la plupart des applications civiles, des solutions telles que le GPS fonctionnent bien pour cette tâche et nous aident, par exemple, à naviguer vers une destination via notre voiture.»
Cependant, ont noté les chercheurs, de telles solutions ne conviennent pas à l’environnement militaire.
« Par exemple, un adversaire peut détruire l’infrastructure (par exemple, des satellites) nécessaire pour le GPS; les environnements complexes (par exemple, à l’intérieur d’un bâtiment) sont difficiles pour le signal GPS pour pénétrer », a déclaré Dagefu. «En effet, 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, en particulier lorsque leur taille est beaucoup plus grande que la longueur d’onde du signal sans fil, affaiblit la puissance du signal (atténuation) et redirigeant son débit (appelé trajet multiples), ce qui rend un signal sans fil très peu fiable pour communiquer des informations sur l’emplacement.
Selon les chercheurs, les 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), fonctionnent bien dans des scènes extérieures avec un minimum d’obstacles; Cependant, ils fonctionnent mal dans des scènes riches en obstacles.
L’équipe de scientifiques de l’ARL, dont 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 le DOA », a déclaré Verma. «Cela signifie que même en présence d’occluseurs qui dispersent le signal dans différentes directions avant d’être reçu par le récepteur, l’approche proposée peut estimer avec précision la direction de la source.»
L’idée sous-jacente est que le gradient de la résistance du signal reçus spatialement, ou RSS, porte des informations sur la direction de la source.
« L’extraction du DOA nécessite une analyse théoriquement ancrée pour obtenir un estimateur robuste en présence de phénomènes de propagation indésirables », a déclaré Verma. « Par exemple, de grands obstacles font que les échantillons RSS à proximité deviennent très corrélés (soi-disant« ombrage corrélé »). S’il n’est pas corrigé, cette corrélation peut sérieusement biaiser l’estimation DOA.»
L’invention clé selon les chercheurs est un algorithme qui modélise statistiquement le gradient RSS et les contrôles des valeurs aberrantes et des corrélations spatiales.
Surtout, lorsque le signal est extrêmement bruyant, l’estimateur énonce correctement qu’aucun DOA n’est présent, plutôt que d’estimer de manière incorrecte une direction arbitraire.
La sortie est une DOA estimée et une incertitude associée.
Les chercheurs ont validé l’approche avec plusieurs ensembles de données de mesure collectés au public et collectés en interne dans des bandes 40 MHz et 2,4 GHz, ainsi que des données de simulations haute fidélité.
La technique fonctionne dans des conditions de trajectoire multipliée lourde dans laquelle la phase classique ou le temps d’arrivée des estimations basées sur l’arrivée échouerait.
En plus de ne nécessiter aucune infrastructure fixe, la technique proposée ne repose pas non plus sur des données de formation antérieures, des connaissances sur l’environnement, plusieurs antennes ou un étalonnage antérieur entre les nœuds.
Un journal documentant la recherche a été accepté pour publication dans l’Institut des transactions d’ingénieurs électriques et électroniques sur la technologie des véhicules.
Une version d’accès précoce peut être trouvée ICI.
Note de l’éditeur: Cet article a été republié avec la permission de l’institution de recherche Fraunhofer. L’article original peut être trouvé ICI.