ITRM20110691A1 - Procedimento di localizzazione di un target in un ambiente chiuso. - Google Patents
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Description
PROCEDIMENTO DI LOCALIZZAZIONE DI UN TARGET IN UN
AMBIENTE CHIUSO
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la localizzazione di dispositivi, oggetti, persone, ecc., da qui in poi indicati genericamente con il nome di target, all'interno di un ambiente chiuso.
Con il termine di target si fa riferimento a dispositivi, oggetti, persone, ecc. dotati di mezzi di ricetrasmissione radio per trasmettere e ricevere segnali.
In particolare, per la localizzazione di target sono utilizzati dispositivi wireless.
Attualmente, i sistemi di telecomunicazione sono in forte espansione ed è impensabile non prevedere una rete Wireless-LAN (rete WLAN) e/o una rete LAN all'interno di un ambiente chiuso, come ad esempio in un ufficio, per soddisfare la sempre crescente richiesta di connettività ad elevata capacità di scambio di dati (datarate).
Inoltre, esistono anche altre reti, quali ad esempio le reti Zigbee o reti simili, che trovano largo impiego in applicazioni industriali o in applicazioni domotiche che sono basate su protocolli simili.
La localizzazione del target mediante sistemi di localizzazione in tempo reale (Reai Time Location System - RTLS) è una delle applicazioni che può avere nel futuro un forte impatto nel mercato e nella vita quotidiana.
Diverse sono le tecnologie usate per localizzare un target, quali ad esempio ultrasuoni, laser, onde radio, a loro volta basate su altre tecnologie, come ad esempio la tecnologia GPS, quella Ultrawide-Band, la WLAN, ecc..
I sistemi di localizzazione di tipo noto basati su reti WLAN (o reti Zigbee o reti simili) hanno una precisione tipica dell'ordine di 3-5 metri.
In tali sistemi di localizzazione, il target è dotato o collegato ad un modulo di ricetrasmissione o transceiver in grado di comunicare con i nodi di una infrastruttura wireless di rete.
La maggior parte dei sistemi di localizzazione noti si basa sulla misura dell'intensità del segnale (RSS Received Signal Strenght) che viene inviato dai nodi dell'infrastruttura di rete e ricevuto dal target.
Altri sistemi di localizzazione sono basati sulla misura dell'intensità del segnale trasmesso dal target ai nodi dell'infrastruttura di rete.
Sia la prima tecnica di localizzazione basata sulla misura dell'intensità del segnale ricevuto dal target, che la seconda tecnica di localizzazione basata sulla misura dell'intensità del segnale trasmesso dal target, sono presentate in letteratura senza che siano indicati particolari vantaggi per l'una o l'altra tecnica. Tuttavia, la prima tecnica viene utilizzata nella maggior parte dei sistemi di localizzazione noti, in quanto semplice da implementare.
Indipendentemente dai sistemi di localizzazione, una volta acquisiti i dati, la posizione del target è determinata mediante apposite tecniche, quali ad esempio la multilaterazione o il fingerprint.
Lo svantaggio di un sistema di localizzazione wireless è dato dal fatto che la precisione è limitata dalle caratteristiche aleatorie del canale radio del sistema di telecomunicazione stesso.
Le variazioni aleatorie di un segnale radio possono essere dovute a variazioni dell'ambiente fisico all'interno del quale avviene la propagazione del segnale stesso.
A causa delle variazioni di detto ambiente fisico è possibile che il segnale sia soggetto ad una distorsione cosiddetta fading , i.e. la distorsione dovuta ad un certo numero di repliche originate da vari percorsi (multi-path) che il segnale può aver seguito durante la sua propagazione. Tali repliche, combinandosi con fasi e ampiezze diverse, a seconda del percorso in detto ambiente (e quindi della disposizione di persone e/o oggetti in esso), determinano una variabilità della potenza ricevuta. Proprio tale distorsione per i sistemi di localizzazione noti rappresenta un limite fondamentale.
Le uniche tecniche esistenti o proposte in letteratura per far fronte a problemi sopra menzionati sono di carattere statistico. Pertanto, sono previste numerose misure dell'intensità del segnale da individuare prima di elaborare la media o il suo valore massimo o il suo valore minimo. Nella maggior parte dei casi, è prevista una calibrazione del sistema di localizzazione da eseguire nell'ambiente fisico in cui il sistema di localizzazione deve essere installato. Ad esempio, per determinare la posizione di un target con una precisione inferiore ai 5m sono necessari numerosi dispositivi di ricetrasmissione, numerose misure dell'intensità del segnale da individuare, ed una calibrazione del sistema di localizzazione.
Tuttavia, detta calibrazione viene seguita manualmente da parte di un operatore, con la relativa perdita di tempo che ne consegue.
Scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento per la localizzazione di un target all'interno di un ambiente chiuso in grado di localizzare detto target con elevata precisione, indipendentemente dal tipo di ambiente in cui esso è inserito.
Ciò è stato ottenuto con un procedimento di localizzazione che si basa sulla realizzazione di un modello che tiene sostanzialmente conto della struttura fisica che definisce detto ambiente chiuso, nonché delle proprietà radiative di dispositivi ricetrasmettitori utilizzati per la localizzazione del target, e della presunta intensità dei segnali che possono essere inviati dal target stesso all'interno di detto ambiente chiuso, e sul confronto di detto modello con quanto effettivamente avviene in detto ambiente chiuso.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un procedimento di localizzazione di un target all'interno di un ambiente chiuso, che comprende le seguenti fasi:
A) disporre uno o più dispositivi ricetrasmettitori in detto ambiente chiuso e collegare ciascun dispositivo ricetrasmett itore ad un elaboratore;
B) inserire nell'elaboratore i seguenti dati: - i parametri fisici della struttura che definisce detto ambiente chiuso,
- i dati relativi al modulo di ricetrasmissione radio di ciascun dispositivo ricetrasmettitore, nonché - i dati relativi al modulo di ricetrasmissione radio di ciascun target da localizzare;
C) associare a ciascun dispositivo ricetrasmettitore, e a ciascun punto dello spazio definito da detto ambiente chiuso una funzione di densità di probabilità di intensità ideale, detta funzione di densità di probabilità ideale avendo come variabile l'intensità di un segnale trasmesso da mezzi ricetrasmettitori ideali, dove detti mezzi ricetrasmettitori ideali hanno un diagramma di radiazione isotropo e sono atti a trasmettere un segnale avente una potenza di riferimento, che è ricevuto da almeno un dispositivo ricetrasmettitore presente in detto ambiente chiuso; detta funzione di densità di probabilità di intensità ideale essendo calcolata a partire dalla geometria di detto ambiente chiuso, e/o dal coefficiente di riflessione e/o dal coefficiente di trasmissione di una o più pareti che definiscono detto ambiente chiuso, e/o dal diagramma di radiazione del dispositivo ricetrasmettitore in detto ambiente chiuso
D) per ciascun target, determinare la funzione di densità di probabilità di intensità reale rispetto a ciascun dispositivo ricetrasmettitore presente in detto ambiente chiuso, dove l'intensità è il risultato della moltiplicazione tra l'intensità ideale del segnale trasmesso da un rispettivo target presente in detto ambiente chiuso ed il rapporto tra la potenza di un segnale trasmesso da detto target e la potenza di riferimento di un segnale trasmesso da detti mezzi di ricetrasmissione ideali, detta densità di probabilità di intensità reale essendo calcolata a partire dalla funzione densità di probabilità ideale;
E) acquisire da parte di ciascun dispositivo ricetrasmettitore il valore di intensità di ciascun segnale inviato da un rispettivo target;
F) inviare a detto elaboratore detti valori di intensità dei segnali trasmessi da un rispettivo target;
G) per ciascun target, determinare una funzione di densità di probabilità di posizione rispetto a ciascun dispositivo ricetrasmettitore presente in detto ambiente chiuso, inserendo nella funzione di densità di probabilità di intensità reale il corrispondente valore di intensità;
H) per ciascun target, determinare una funzione di densità di probabilità di posizione, moltiplicando tra loro le funzioni di densità di probabilità di posizione corrispondenti a detto target;
I) per ciascun target, determinare la posizione presunta che corrisponde al massimo della rispettiva funzione di densità di probabilità di posizione.
Secondo l'invenzione, i parametri fisici della struttura che definisce detto ambiente chiuso possono essere la disposizione delle pareti e/o del pavimento e/o del soffitto e/o la tipologia del(i) materiale(i) con cui detta struttura è realizzata, e/o la(le) costante (i) dielettrica(e) di detti materiali.
Ancora secondo l'invenzione, dalla fase E) alla fase I) del procedimento, è possibile prevedere che l'intensità del segnale inviato da ciascun target sia sostituita dal suo valor medio o dal suo valore massimo o dal suo valore minimo o dalla sua varianza. In particolare, detto valor medio o detto valore massimo o detto valore minimo o detta varianza può essere calcolato/a in un predeterminato intervallo di tempo.
Vantaggiosamente, detto valor medio o detto valore massimo o detto valore minimo o detta varianza può essere calcolato/a da ciascun dispositivo ricetrasmettitore .
Secondo l'invenzione è possibile prevedere che le fasi del procedimento dalla fase E) alla fase I) siano ripetute almeno una volta.
Quando le fasi del procedimento, dalla fase E) alla fase I) sono ripetute almeno due volte, una prima volta ad un primo istante temporale e una seconda volta ad un secondo istante temporale, detto procedimento può comprendere ulteriormente le seguenti fasi:
L) confrontare la posizione presunta del target determinata al secondo istante temporale con la posizione presunta determinata al primo istante temporale per verificare se la differenza tra dette due posizioni è una distanza minore o uguale ad una distanza di soglia predeterminata;
M) se la differenza tra dette due posizioni è una distanza minore o uguale ad una distanza di soglia predeterminata, confermare la posizione presunta determinata al secondo istante temporale, altrimenti ritornare alla fase E).
Vantaggiosamente, è possibile prevedere che la fase A) comprenda una sottofase di disporre dei mezzi di visualizzazione o dei mezzi di acquisizione di immagini in detto ambiente chiuso, e che detto procedimento comprenda una fase terminale, successiva a tutte le altri fasi del procedimento, di direzionare detti mezzi di visualizzazione o detti mezzi di acquisizione immagini verso la posizione presunta del target determinata per identificare detto target.
Inoltre, tra la fase C) e la fase D) del procedimento è possibile prevedere un procedimento di autocalibrazione per la correzione automatica della stima delle funzioni di densità di probabilità ideali determinate alla fase C) . Detto procedimento di autocalibrazione comprende le seguenti fasi:
i) selezionare un determinato dispositivo ricetrasmettitore tra i dispositivi ricetrasmettitori presenti in detto ambiente chiuso;
ii) acquisire da parte di ciascun dispositivo ricetrasmettitore differente da detto dispositivo ricetrasmettitore selezionato, il valore di intensità del segnale inviato dal dispositivo ricetrasmettitore selezionato;
iii) inviare a detto elaboratore detto valore di intensità del segnale inviato dal dispositivo ricetrasmettitore selezionato;
iv) per ciascun dispositivo ricetrasmettitore differente da detto dispositivo ricetrasmettitore selezionato, determinare la funzione densità di probabilità di intensità reale a partire dalla funzione densità di probabilità di intensità ideale determinata alla fase C);
v) determinare la funzione di densità di probabilità di posizione, inserendo nella funzione di densità di probabilità di intensità reale il valore dell'intensità del segnale inviato dal dispositivo selezionato;
vi) stimare la posizione di detto dispositivo ricetrasmettitore selezionato, moltiplicando tra loro le funzioni di densità di probabilità di posizione di ciascun dispositivo ricetrasmett itore differente da detto dispositivo ricetrasmettitore selezionato;
vii) per detto dispositivo ricetrasmettitore selezionato, determinare un errore di posizione dato dalla differenza tra la sua posizione stimata e la sua posizione reale, detta posizione reale essendo nota; viii) ripetere le fasi dalla fase i) alla fase vii) per ciascuno dei dispositivi ricetrasmettitori restanti presente in detto ambiente chiuso per ottenere il rispettivo errore di posizione;
ix) se almeno un errore di posizione è maggiore o uguale ad un errore di posizione di soglia predeterminato, variare i parametri relativi alla geometria di detto ambiente chiuso e/o al coefficiente di riflessione e/o al coefficiente di trasmissione di una o più pareti che definiscono detto ambiente chiuso e/o al diagramma di radiazione di detto dispositivo ricetrasmettitore presente in detto ambiente chiuso, e ripetere le fasi dalla fase vi) in poi, altrimenti andare alla fase D).
Ulteriormente, detto procedimento di autocalibrazione può essere eseguito ad intervallo di tempo regolari.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma di realizzazione, con particolare riferimento alle figure allegate, in cui:
la figura 1 mostra schematicamente un sistema di localizzazione di un target, secondo l'invenzione;
la figura 2A-2B mostrano rispettivamente una vista prospettica ed una vista dall'alto di un particolare del sistema di localizzazione di fig. 1, relativo ad un sistema di antenne;
la figura 3 mostra schematicamente una seconda forma di realizzazione di un sistema di localizzazione di un target;
la figura 4 mostra una variante della seconda forma di realizzazione del sistema di localizzazione di fig.
3.
Con riferimento alla figura 1 nella prima forma di realizzazione che si descrive, si prevede un sistema di localizzazione di un target T all'interno di un ambiente chiuso (non mostrato in figura), dove detto target T è dotato di mezzi di trasmissione e ricezione per trasmettere e ricevere segnali.
Il sistema di localizzazione del target T si basa sulla misura dell'intensità del segnale ricevuto dai nodi dell'infrastruttura di una rete WLAN non mostrata in figura.
In particolare, il sistema di localizzazione comprende :
- un dispositivo ricetrasmett itore AP, che comprende almeno una antenna A, ciascuna delle quali è in grado di ricevere un segnale inviato dal target T, - un dispositivo elettronico di elaborazione di segnali o elaboratore S, collegato a detto dispositivo ricetrasmett itore AP, tramite una rete wireless, per elaborare i segnali inviati a detto elaboratore S da parte di detto dispositivo ricetrasmett itore AP, contenti le informazioni relative alla intensità dei segnali trasmessi dal target T, in modo da localizzare il target T all'interno dell'ambiente chiuso per mezzo di detta intensità.
In una prima alternativa, i segnali possono essere inviati direttamente dal dispositivo ricetrasmett itore AP all'elaboratore S.
In una seconda alternativa, detti segnali possono essere inviati all'elaboratore S dopo che è stata effettuata dallo stesso dispositivo ricetrasmett itore AP una prima elaborazione statistica su un certo numero di campioni ricevuti o su un periodo di tempo definito. Ad esempio, il dispositivo ricetrasmett itore AP può fornire il valor medio dell'intensità del segnale ricevuto dal target T, la varianza di tale intensità, il valor massimo e quello minimo.
Per il trasferimento dei dati dal dispositivo ricetrasmettitore AP all'elaboratore S, in alternativa alla rete wireless, può essere utilizzata una rete cablata.
Secondo l'invenzione, l'elaboratore S può trasmettere a sua volta tali dati ad un database centrale o ad un centro servizi.
Nella forma di realizzazione che si descrive, il diagramma di radiazione di un dispositivo ricetrasmettitore AP intercetta il target T (fig. 1) e detto dispositivo ricetrasmettitore AP comprende otto antenne A a simmetria cilindrica che sono disposte lungo una circonferenza (figg. 2A, 2B).
Detto dispositivo ricetrasmettitore AP riceve un segnale da parte del target T intercettato e trasmette a detto elaboratore S un segnale contenente le informazioni relative alla intensità del segnale trasmesso da detto target T, per consentire la determinazione della posizione del target T rispetto al dispositivo ricetrasmettitore AP secondo il procedimento descritto più avanti.
Nella seconda forma di realizzazione mostrata in figura 3, il sistema per localizzare il target T all'interno di un ambiente chiuso comprende tre dispositivi ricetrasmettitori AP, ciascuno dei quali comprende otto antenne a simmetria cilindrica A.
In questa forma di realizzativa, il target viene intercettato da tre diagrammi di radiazione, ciascuno dei quali è generato dalla pluralità di antenne A di ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP.
In una variante della seconda forma di realizzazione mostrata in figura 4, il sistema di localizzazione comprende dei mezzi di visualizzazione o dei mezzi di acquisizione di immagini R per identificare il target T, che vengono direzionati verso la posizione presunta del target determinata.
In questo modo, vantaggiosamente, una volta localizzato il target T, è possibile procedere alla sua identificazione. Oltre all'identificazione del target, è possibile, mediante detti mezzi di acquisizione di immagini R, zoomare, fotografare o filmare il target T localizzato.
Nell'esempio che si descrive, detti mezzi per l'acquisizione di immagini R comprendono una telecamera per ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP.
Il procedimento di localizzazione di un target T all'interno di un ambiente chiuso mediante un sistema di localizzazione sin qui descritto si basa sulla creazione di un modello che tiene conto della struttura fisica che definisce detto ambiente chiuso, unitamente alle probabili intensità dei segnali che possono essere inviati da uno specifico target T da localizzare, e sul confronto di dette probabili intensità con le intensità dei segnali che vengono effettivamente trasmessi da detto target.
In particolare, per la localizzazione di un target T sono necessari i seguenti dati:
- i parametri fisici della struttura che definisce l'ambiente chiuso all'interno del quale localizzare detto target T,
- i dati relativi al modulo di ricezione radio di ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP che viene disposto nell'ambiente chiuso per localizzare il target T,
- i dati relativi al modulo di trasmissione radio del target T da localizzare.
Con riferimento ai parametri fisici della struttura che definisce l'ambiente chiuso, tali parametri fisici possono comprendere ad esempio la disposizione delle pareti, del pavimento, del soffitto, informazioni sui materiali che compongono la stessa struttura (calcestruzzo, vetro, metallo, cartongesso, ecc.), in particolare la costante dielettrica di detti materiali.
I dati relativi al modulo di ricezione radio di ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP possono comprendere informazioni sul tipo di dispositivo ricetrasmettitore, sulla tipologia di antenne di cui è dotato, sul numero di dette antenne, sulla tecnologia che implementa detto dispositivo ricetrasmettitore per ricevere i segnali dal target, sulla sensibilità e sull'accuratezza del segnale ricevuto, sul diagramma di radiazione del dispositivo ricetrasmettitore AP.
I dati relativi al modulo di trasmissione del target T possono comprendere la tipologia del target stesso, ad esempio se questo è un telefono cellulare, un computer, o un altro dispositivo elettronico, o se è un oggetto che implementa una o più antenne, le tecniche di trasmissione di segnale, l'intensità dei segnali trasmessi dal target.
Il procedimento per localizzare almeno un target T presente in un ambiente chiuso comprende le seguenti fasi:
A) disporre uno o più dispositivi ricetrasmettitori AP in detto ambiente chiuso e collegare detti dispositivi ricetrasmettitore ad un elaboratore S;
B) inserire nell'elaboratore S i seguenti dati: - i parametri fisici della struttura che definisce detto ambiente chiuso,
- i dati relativi al modulo di ricetrasmissione radio di ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP, nonché
- i dati relativi al modulo di ricetrasmissione radio di ciascun target T da localizzare;
C) associare a ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP, e a ciascun punto dello spazio definito da detto ambiente chiuso una funzione di densità di probabilità di intensità ideale PAP(x, y,zH) , detta funzione di densità di probabilità ideale avendo come variabile l'intensità di un segnale trasmesso da mezzi di ricetrasmissione ideali, dove detti mezzi di ricetrasmissioni ideali hanno un diagramma di radiazione isotropo e sono atti a trasmettere un segnale avente una potenza di riferimento, che è ricevuto da almeno un dispositivo ricetrasmettitore AP presente in detto ambiente chiuso; detta funzione di densità di probabilità di intensità ideale Ρ^ χ,γ,ζ,ΐ) essendo calcolata a partire dalla geometria di detto ambiente chiuso e/o dal coefficiente di riflessione e/o dal coefficiente di trasmissione di una o più pareti che definiscono detto ambiente chiuso, e/o dal diagramma di radiazione di detto dispositivo ricetrasmettitore AP in detto ambiente chiuso;
D) per ciascun target T, determinare la funzione di densità di probabilità di intensità reale PTAP{x,y,Z,/') rispetto a ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP presente in detto ambiente chiuso, dove l'intensità Γ è il risultato della moltiplicazione tra l'intensità ideale del segnale trasmesso da un rispettivo target T presente in detto ambiente chiuso ed il rapporto tra la potenza PTdi un segnale trasmesso da detto target T e la potenza di riferimento di un segnale trasmesso da detti mezzi di ricetrasmissione ideali; detta densità di probabilità di intensità reale PTAP{x,y,z,P) essendo calcolata a partire dalla funzione di densità di probabilità ideale PAP{x,y,z,l);
E) acquisire da parte di ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP il valore di intensità ITAPdi ciascun segnale inviato da un rispettivo target T;
F) inviare a detto elaboratore S detti valori di intensità ITAPdei segnali trasmessi da un rispettivo target T;
G) per ciascun target T, determinare una funzione di densità di probabilità di posizione rispetto a ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP presente in detto ambiente chiuso, inserendo nella funzione di densità di probabilità di intensità reale PT AP{x, y, z,/') il corrispondente valore di
intensità lTAPì
H) per ciascun target T, determinare una funzione di densità di probabilità di posizione PT{x, y, z) , moltiplicando tra loro le funzioni di densità di probabilità di posizione PT AP(x, y, z) corrispondenti a detto target T;
I) per ciascun target T, determinare la posizione presunta che corrisponde al massimo della rispettiva funzione di densità di probabilità di posizione PT(x, y, z) .
Con riferimento alla fase B) la funzione di densità di probabilità di intensità ideale PAP{x, y, zH) può essere ottenuta mediante un modello statistico di propagazione di un segnale elettromagnetico all'interno di un ambiente chiuso.
Secondo l'invenzione, è possibile prevedere che dalla fase E) alla fase I) l'intensità IT APdi ciascun segnale inviato dal target T sia sostituita con il suo valor medio o la sua varianza o il suo valore massimo o il suo valore minimo, preferibilmente ottenuto entro un predeterminato intervallo di tempo.
E' preferibile che detto valor medio dell'intensità o la varianza dell'intensità o il valore massimo dell'intensità o il valore minimo dell'intensità è calcolato (a) da ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP.
Tra la fase C) e la fase D) è possibile prevedere un procedimento di autocalibrazione per la correzione automatica delle funzioni di densità di probabilità di intensità ideali determinate alla face C) tramite le quali vengono stimate le posizioni presunte di ciascun target T.
Tale procedimento di autocalibrazione comprende le seguenti fasi:
i) selezionare un determinato dispositivo ricetrasmettitore APKtra i dispositivi ricetrasmettitori AP presenti in detto ambiente chiuso;
ii) acquisire da parte di ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP differente da detto dispositivo ricetrasmettitore APKselezionato, il valore di intensità /AP APKdel segnale inviato dal dispositivo
ricetrasmettitore APKselezionato;
iii) inviare a detto elaboratore S detto valore di intensità 1Ap APKdel segnale inviato dal dispositivo ricetrasmettitore APKselezionato;
iv) per ciascun dispositivo ricetrasmettitore AP differente da detto dispositivo ricetrasmettitore APKselezionato, determinare la funzione densità di probabilità di intensità reale PAP APK{X,y,z,Γ) a partire dalla funzione densità di probabilità di densità ideale PAP(<x>,y,ZH) determinata alla fase C);
v) determinare la funzione di densità di probabilità di posizione PAP(x,y,z), inserendo nella funzione di densità di probabilità di intensità reale PTAP{x,y,Z,P) il valore dell'intensità ΙΊdel segnale inviato dal dispositivo APKselezionato;
vi) stimare la posizione di detto dispositivo ricetrasmettitore APKselezionato, moltiplicando tra loro le funzioni di densità di probabilità di posizione PAP(x,y,z) di ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP) differente da detto dispositivo ricetrasmettitore APKselezionato;
vii) per detto dispositivo ricetrasmettitore APKselezionato, determinare un errore di posizione dato dalla differenza tra la sua posizione stimata e la sua posizione reale nota;
viii) ripetere le fasi dalla fase i) alla fase vii) per ciascuno dei dispositivi ricetrasmett itori AP restanti presente in detto ambiente chiuso per ottenere il rispettivo errore di posizione;
ix) se almeno un errore di posizione è maggiore o uguale ad un errore di posizione di soglia predeterminato, variare i parametri relativi alla geometria di detto ambiente chiuso e/o al coefficiente di riflessione e/o al coefficiente di trasmissione di una o più pareti che definiscono detto ambiente chiuso e/o al diagramma di radiazione di detto dispositivo ricetrasmettitore AP presente in detto ambiente chiuso, e ripetere le fasi dalla fase vi) in poi, altrimenti andare alla fase D).
Il procedimento di autocalibrazione può essere eseguito ad intervalli di tempo regolari per correggere le funzioni di densità di probabilità di intensità ideale PAP(x, y,zH) , che dipendono dal modello di propagazione elettromagnetica del segnale all'interno di un ambiente chiuso, tramite le quali vengono stimate le posizioni dei target presenti all'interno dell'ambiente chiuso. Come già detto, la propagazione di un segnale all'interno di un ambiente chiuso può subire nel tempo delle variazioni dovute alla presenza di oggetti e/o persone.
Vantaggiosamente, mediante la correzione della stima delle posizioni dei dispositivi ricetrasmettitori AP è possibile ottenere un modello adattativo che permette di incrementare la precisione con cui la posizione del target T è stimata.
Ancora secondo l'invenzione, le fasi dalla E) alla fase I) sono ripetute almeno una volta.
Nel caso tali fasi vengano ripetute due volte, una prima volta ad un primo istante temporale e una seconda volta ad un secondo istante temporale,il procedimento comprende ulteriormente le seguenti fasi:
L) confrontare la posizione presunta del target T determinata al secondo istante temporale con la posizione presunta determinata al primo istante temporale per verificare se la differenza tra dette due posizioni è una distanza minore o uguale ad una distanza di soglia predeterminata;
M) se la differenza tra dette due posizioni è una distanza minore o uguale ad una distanza di soglia predeterminata, confermare la posizione presunta determinata al secondo istante temporale, altrimenti ritornare alla fase E).
Tali fasi ulteriori consentono ad un operatore di sapere se il target ha subito uno spostamento all'interno di detto ambiente chiuso.
Vantaggiosamente, come già accennato, il sistema di localizzazione di un target, oggetto dell'invenzione permette di individuare la posizione di detto target T con un'elevata accuratezza indipendentemente dal tipo di ambiente chiuso in cui detto target è inserito.
Un altro vantaggio è dato dalla possibilità di migliorare l'intensità del segnale RSS ricevuto dai dispositivi ricetrasmettitori e la sua stabilità nel tempo. Ciò è dato dalla diversità spaziale presente in sistemi di antenne con antenne multiple, dove lunghezze d'onda dell'ordine di 12,5cm (2,4GHz) permettono a dette antenne di essere più facilmente installabili nei dispositivi ricetrasmettitori , che sono fissati all'infrastruttura, invece che in un ricetrasmettitore di ridotte dimensioni, che può essere un telefono cellulare, palmare, un computer o un oggetto dedicato.
Un ulteriore vantaggio è dato dal fatto che il sistema di localizzazione, oggetto dell'invenzione, che è basato sulla misura dell'intensità del segnale trasmesso dal target ai nodi dell'infrastruttura di rete, può essere alimentato dalla rete elettrica e quindi essere programmato in modo tale da svolgere operazioni computazionali, differentemente dai ricetrasmettitori fissati al target, le cui capacità di calcolo vengono preferibilmente limitate, poiché i ricetrasmettitori necessitano di essere alimentati con batterie.
Una migliore intensità e stabilità del segnale unitamente all'alimentazione da rete elettrica del sistema di localizzazione, rende possibile implementare nei nodi dell'infrastruttura di rete tecniche note, come la tecnica Rx-Diversity o la tecnica SIMO (Single Input Multiple Output) o la tecnica MIMO (Multiple Input Multiple Out), o tecniche note più sofisticate che impiegano attenne intelligenti, per aumentare la stabilità del segnale e quindi la precisione della stima di posizione del target, e/o diminuire il numero di nodi necessari per ottenere una stima accurata della posizione del target.
La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua forma preferita di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1) Procedimento per localizzare uno o più target (T) in un ambiente chiuso comprendente le seguenti fasi: A) disporre uno o più dispositivi ricetrasmettitori (AP) in detto ambiente chiuso e collegare ciascun dispositivo ricetrasmettitore ad un elaboratore (S); B) inserire nell'elaboratore (S) i seguenti dati: - i parametri fisici della struttura che definisce detto ambiente chiuso, - i dati relativi al modulo di ricetrasmissione radio di ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP), nonché - i dati relativi al modulo di ricetrasmissione radio di ciascun target (T) da localizzare; C) associare a ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP), e a ciascun punto dello spazio definito da detto ambiente chiuso una funzione di densità di probabilità di intensità ideale PAP(x, y,zH) , detta funzione di densità di probabilità ideale avendo come variabile l'intensità di un segnale trasmesso da mezzi ricetrasmettitori ideali, dove detti mezzi ricetrasmettitori ideali hanno un diagramma di radiazione isotropo e sono atti a trasmettere un segnale avente una potenza di riferimento, che è ricevuto da almeno un dispositivo ricetrasmettitore (AP) presente in detto ambiente chiuso; detta funzione di densità di probabilità di intensità ideale PAP(<x>,y,ZH) essendo calcolata a partire dalla geometria di detto ambiente chiuso, e/o dal coefficiente di riflessione e/o dal coefficiente di trasmissione di una o più pareti che definiscono detto ambiente chiuso, e/o dal diagramma di radiazione del dispositivo ricetrasmettitore (AP) in detto ambiente chiuso; D) per ciascun target (T), determinare la funzione di densità di probabilità di intensità reale PTAP{x,y,Z,/') rispetto a ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP) presente in detto ambiente chiuso, dove l'intensità (/') è il risultato della moltiplicazione tra l'intensità ideale del segnale trasmesso da un rispettivo target (T) presente in detto ambiente chiuso ed il rapporto tra la potenza (PT)di un segnale trasmesso da detto target (T) e la potenza di riferimento di un segnale trasmesso da detti mezzi di ricetrasmissione ideali, detta densità di probabilità di intensità reale PTAP{x,y,Z,/') essendo calcolata a partire dalla funzione densità di probabilità ideale PAP(x,y,zH); E) acquisire da parte di ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP) il valore di intensità {ITAP)di ciascun segnale inviato da un rispettivo target (T); F) inviare a detto elaboratore (S) detti valori di intensità (/T Ap )dei segnali trasmessi da un rispettivo target (T); G) per ciascun target (T), determinare una funzione di densità di probabilità di posizione PT Ap{x,y,z) rispetto a ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP) presente in detto ambiente chiuso, inserendo nella funzione di densità di probabilità di intensità reale PTAP(x,y,z,P) il corrispondente valore di intensità (/T AP)ì H) per ciascun target (T), determinare una funzione di densità di probabilità di posizione PT{x,y,z), moltiplicando tra loro le funzioni di densità di probabilità di posizione PTAP(x,y,z) corrispondenti a detto target (T); I) per ciascun target (T), determinare la posizione presunta che corrisponde al massimo della rispettiva funzione di densità di probabilità di posizione PT(x,y,z).
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che i parametri fisici della struttura che definisce detto ambiente chiuso é/sono la disposizione delle pareti e/o del pavimento e/o del soffitto e/o la tipologia del(i) materiale (i) con cui detta struttura è realizzata, e/o la(le) costante(i) dielettrica(e) di detti materiali.
- 3. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dalla fase E) alla fase I) l'intensità (ITAp )del segnale inviato da ciascun target (T) è sostituita dal suo valor medio o dal suo valore massimo o dal suo valore minimo o dalla sua varianza.
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto valor medio o detto valore massimo o detto valore minimo o detta varianza è calcolato/a in un predeterminato intervallo di tempo.
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto valor medio o detto valore massimo o detto valore minimo o detta varianza è calcolato/a da ciascun dispositivo ricetrasmett itore (AP) .
- 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le fasi dalla fase E) alla fase I) sono ripetute almeno una volta.
- 7. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che, quando le fasi dalla fase E) alla fase I) sono ripetute almeno due volte, una prima volta ad un primo istante temporale e una seconda volta ad un secondo istante temporale, detto procedimento comprende ulteriormente le seguenti fasi: L) confrontare la posizione presunta del target (T) determinata al secondo istante temporale con la posizione presunta determinata al primo istante temporale per verificare se la differenza tra dette due posizioni è una distanza minore o uguale ad una distanza di soglia predeterminata; M) se la differenza tra dette due posizioni è una distanza minore o uguale ad una distanza di soglia predeterminata, confermare la posizione presunta determinata al secondo istante temporale, altrimenti ritornare alla fase E).
- 8. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la fase A) comprende una sottofase di disporre dei mezzi di visualizzazione o dei mezzi di acquisizione di immagini (R) in detto ambiente chiuso, e che detto procedimento comprende una fase terminale, successiva a tutte le altri fasi del procedimento, di direzionare detti mezzi di visualizzazione o detti mezzi di acquisizione immagini (R) verso la posizione presunta del target (T) determinata per identificare detto target.
- 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che tra la fase C) e la fase D) è previsto un procedimento di autocalibrazione per la correzione automatica della stima delle funzioni di densità di probabilità ideali PAP{x,y,ZH ) determinate alla fase C), detto procedimento di autocalibrazione comprendendo le seguenti fasi: i) selezionare un determinato dispositivo ricetrasmettitore (APk)tra i dispositivi ricetrasmettitori (AP) presenti in detto ambiente chiuso; ii) acquisire da parte di ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP) differente da detto dispositivo ricetrasmettitore (APK )selezionato, il valore di intensità (ITAPK )del segnale inviato dal dispositivo ricetrasmettitore (APK)selezionato; iii) inviare a detto elaboratore (S) detto valore di intensità {ITAPk)del segnale inviato dal dispositivo ricetrasmettitore (APK)selezionato; iv) per ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP) differente da detto dispositivo ricetrasmettitore (APK )selezionato, determinare la funzione densità di probabilità di intensità reale PAP APK{X,y,z,P) a partire dalla funzione densità di probabilità di intensità ideale PAP{x,y,zH ) determinata alla fase C); v) determinare la funzione di densità di probabilità di posizione PAP(x,y,z), inserendo nella funzione di densità di probabilità di intensità reale PTAP{x,y,z,P) il valore dell'intensità (ΙΊ■APl[ )del segnale inviato dal dispositivo (APK )selezionato; vi) stimare la posizione di detto dispositivo ricetrasmettitore UPK)selezionato, moltiplicando tra loro le funzioni di densità di probabilità di posizione PAP(<x>,y,z) di ciascun dispositivo ricetrasmettitore (AP) differente da detto dispositivo ricetrasmettitore UPK)selezionato; vii) per detto dispositivo ricetrasmettitore (APK )selezionato, determinare un errore di posizione dato dalla differenza tra la sua posizione stimata e la sua posizione reale, detta posizione reale essendo nota; viii) ripetere le fasi dalla fase i) alla fase vii) per ciascuno dei dispositivi ricetrasmettitori (AP) restanti presente in detto ambiente chiuso per ottenere il rispettivo errore di posizione; ix) se almeno un errore di posizione è maggiore o uguale ad un errore di posizione di soglia predeterminato, variare i parametri relativi alla geometria di detto ambiente chiuso e/o al coefficiente di riflessione e/o al coefficiente di trasmissione di una o più pareti che definiscono detto ambiente chiuso e/o al diagramma di radiazione di detto dispositivo ricetrasmett itore (AP) presente in detto ambiente chiuso, e ripetere le fasi dalla fase vi) in poi, altrimenti andare alla fase D).
- 10. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto procedimento di autocalibrazione è eseguito ad intervallo di tempo regolari.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000691A ITRM20110691A1 (it) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Procedimento di localizzazione di un target in un ambiente chiuso. |
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| IT000691A ITRM20110691A1 (it) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Procedimento di localizzazione di un target in un ambiente chiuso. |
Publications (1)
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|---|---|
| ITRM20110691A1 true ITRM20110691A1 (it) | 2013-06-30 |
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ID=45814602
Family Applications (1)
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| IT000691A ITRM20110691A1 (it) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Procedimento di localizzazione di un target in un ambiente chiuso. |
Country Status (1)
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|---|---|
| IT (1) | ITRM20110691A1 (it) |
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