1 Napoli, 28 maggio 2012 Pasquale Imperatore, Antonio Iodice

2 –Motivations –Advanced Radio-Localization Methods based on the EM propagation Simulation in Urban Environment:  Method1: Candidate Regions Method  Method2: Direct Location Search via Hooke-Jeeves Algorithm  Method3: Back-Propagation Method –Simulation Results Summary

TDOA TOAAOA 3 I metodi di localizzazione convenzionali (AOA, TDOA, Signal Strenght based- SS, etc.), nonché quelli ibridi o più evoluti, esibiscono prestazioni ridotte, soffrendo di una fondamentale limitazione insita nella loro costituzione: l’effetto dell’ambiente è concepito come deleterio e quindi da contrastare! Motivations

4 EM Models - Solver

5 Candidate Regions Method

6 U 0 =[U(r 1, r 0 ),…, U(r M, r 0 )]. U c =[U(r 1, r c ),…, U(r M, r c )] Funzione U(b, a):livello di campo EM prodotto in b da una sorgente posta in a; Sorgente in posizione incognita r 0 Acquisizione sperimentalmente i livelli di campo EM in M punti dello scenario (in M posizioni r 1, r 2, …, r M ) Si definisce un insieme finito (partizione) di N regioni candidate con sorgente candidata di posizione r c, (con c=1,…,N): si determina l'indice c (e dunque la posizione candidata r c ) che minimizza la seguente funzione di costo

7 Scenario (665mx665m), 16 regioni candidate, misure in 10 differenti punti sorgente incognita posizionata nella regione candidata, n°6, altezza 30m, 5W Sorgente nella regione candidata n°6: livelli di campo EM [V/m] Sorgente nella regione candidata n°15: livelli di campo EM [V/m] Candidate Regions Method Simulation Results

8 Candidate Regions Method Simulation Results Scenario (665mx665m), 16 regioni candidate, misure in 10 differenti punti sorgente incognita nella regione candidata n°6, altezza 30m, 5W Valutazione della funzione di costo, per diversi valori della potenza di ingresso adoperata: 5(nero), 0.1, 1, 10, 25W

9 Supervised Approach Scenario (665mx665m), 16 regioni candidate, misure in 10 differenti punti sorgente incognita nella regione candidata n°6, altezza 30m, 5W Valutazione della funzione di costo, per diversi valori della potenza di ingresso adoperata: 5(nero), 0.1, 1, 10, 25W

10 Candidate Regions Method Simulation Results Robustezza rispetto al numero di punti di misura adoperati. M=7 M=5 M=3 M=2

11 Candidate Regions Method Simulation Results Il metodo di localizzazione proposto è robusto rispetto a non perfetta stima della potenza e dell’altezza del trasmettitore incognito, al numero di punti di misura adoperati. Applicazione su più livelli Suddividendo iterativamente la regione individuata, si può ottenere l’accuratezza desiderata nella stima della posizione della sorgente incognita.

12 Applicable for Numerical problems for which classical methods of solution are unfeasible Faster solutions for some problems that are solvable by classical methods Sequential examination of trial solutions involving comparison of each trial solution with the "best" obtained up to that time together with a strategy for determining what the next trial solution will be. Direct Location Search method

13 Hook-Jeeves Algorithm

14 Hook-Jeeves Algorithm

15 Hook-Jeeves Algorithm

16 EM levels at the Measurement Points obtained via Simulation Is the method robust? with diffraction without diffraction

17 Is the method robust? EM levels at the Measurement Points obtained via Simulation with diffraction without diffraction

18 Transmitter Antenna

19 Reciprocal channel

20 2-D ( AZIMUTH AND ELEVATION ) A O A ANALYSIS –wide band radio channel sounder –a synthetic uniform circular array (UCA). –The UCA-MUSIC algorithm and forward/backward averaging High-Resolution AoA Measurement Y.L.C.deJong, M.H.A.J.Herben, “High-resolution angle-of-arrival measurement of the mobile radio channel,” IEEE Trans. Antennas Propag.,vol.47,pp.1677–1687,Nov.1999.

21 High-Resolution AoA Measurement Y.L.C.deJong, M.H.A.J.Herben, “High-resolution angle-of-arrival measurement of the mobile radio channel,” IEEE Trans. Antennas Propag.,vol.47,pp.1677–1687,Nov.1999.

22 High-Resolution AoA Measurement M.R.J.A.E.Kwakkernaat,Y.L.C.deJong, M.H.A.J.Herben, “High-Resolution Angle-of-Arrival Measurements onPhysically - Nonstationary Mobile Radio Channels,” IEEE Trans. Antennas Propag., VOL.56, NO.8, D tiled cross switched antenna array

23 Back-Propagation Method Direct Propagation Simulation “punto di misura” : numero, ampiezza ed intensità dei contributi nel punto pattern di radiazione sintetizzato

24 Back-Propagation Method Posizionamento dell’antenna sintetizzata nel “punto di misura” Back Propagation Simulation Valutazione opportune metriche al fine di localizzare il punto sorgente

25 Back-Propagation Method Proposto un metodo innovativo che sfrutta efficacemente il multipath in ambiente urbano Sviluppato un simulatore per la retro-propagazione, Il metodo prevede in principio una sola misura, sebbene non banale. L’efficacia del metodo non presuppone la conoscenza del pattern della radiosorgente Le prestazioni ottenute sperimentalmente sono incoraggianti: la posizione della sorgente viene localizzata con un errore dell’ordine della decina di metri. Tale approccio è anche suscettibile di ulteriori miglioramenti: Includere Misurare anche i ritardi Approssimazioni nella descrizione e nei modelli EM : Studio perturbativo Realizzazioni di più misure sulla stessa scena.