Localizzazione in ambienti chiusi mediante trasmissione di segnali a banda ultra larga ed elaborazione statistica

Il tema del posizionamento in ambiente indoor è di grande attualità, anche alla luce della nuova concezione di città intelligente (smart cities), oggetto di finanziamento nella prossima programmazione comunitaria Horizon 2020. I sistemi di ranging e localizzazione possono sfruttare vari principi di misura, come ad esempio la misurazione della ampiezza, della direzione di arrivo, o del tempo di volo di segnali elettromagnetici (EM), ottici, o ultrasonori. A tal riguardo, i sistemi riportati in letteratura basati sulla trasmissione di impulsi ultrasonori o su campi EM a bassissima frequenza, basati sull'accoppiamento induttivo tra antenne wireloop, possono raggiungere accuratezze di qualche centimetro, operando tuttavia su portate di alcuni metri e al prezzo di consumi energetici elevati, Per contro, i sistemi i ottici basati su laser consentono portate elevate, fino al km, con accuratezze che per distanze di pochi metri possono essere inferiori al cm, ma richiedono collegamenti in vista, non sempre disponibili, e, benché adatti alla realizzazione di range finder, portano alla realizzazione di sistemi di localizzazione dai costi elevati. Per quanto riguarda i sistemi di localizzazione indoor basati sulla propagazione di segnali RF, l'utilizzo di segnali a banda stretta tipici dei sistemi di comunicazione tradizionali porta all'insorgenza di fenomeni di multipath, che, in assenza di tecniche di compensazione o di stima del canale, tendono a limitare fortemente l'accuratezza ottenibile. In tale ambito, l’attività dell’Unità di Ricerca di Perugia è stata incentrata sullo sviluppo di un sistema di localizzazione, basato sulla trasmissione di segnali EM a banda ultra larga (Ultra Wide Band, UWB). Tali segnali, avendo natura impulsiva e buone capacità di penetrazione dei materiali, sono ritenuti buoni candidati per la realizzazione di sistemi di localizzazione indoor, robusti al multipath. L’attività richiede competenze interdisciplinari, che includono la metrologia, l’ingegneria delle radiofrequenze, l’elaborazione numerica dei segnali, e l’ingegneria dei sistemi, ed è stata articolata in due fasi. In una prima fase, svolta in collaborazione con alcuni colleghi del Dipartimento di Ingegneria Elettronica e dell’Informazione dell’Università degli Studi di Perugia, finanziata attraverso il PRIN 2008TK5B55-2008, è stato sviluppato un sistema per la generazione e ricezione di segnali UWB impulsivi, in grado di misurare il tempo di ricircolo (Round Trip Time, RTT). Tale sistema, una volta tarato, è stato utilizzato per effettuare stime di posizione in ambiente indoor, ottenendo una buona accuratezza di misura in un raggio di circa 2m. In una fase successiva, svolta in collaborazione con alcuni colleghi del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, e parzialmente finanziata dalla Swedish Agency for Innovation Systems (VINNOVA), il sistema è stato ulteriormente sviluppato, estendendone la portata fino a circa 30 m e caratterizzandone le prestazioni per misurazioni di distanza. Per entrambi i sistemi, sono state applicate tecniche statistiche ai risultati di misura, basate sulla identificazione e rimozione degli outlier, al fine di migliorare l'accuratezza dei risultati di misura.