Naukowcy z WAT opracowali nową metodę lokalizacji nadajników radiowych
Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej opracowali metodę lokalizowania nadajników radiowych w gęstej zabudowie miejskiej. Rozwiązanie wykorzystuje autorski algorytm przetwarzania sygnałów, modelowanie propagacji fal oraz sztuczną inteligencję. Do określenia położenia nadajnika wystarczy jedna stacja pomiarowa.
Lokalizowanie nadajników radiowych w miastach stanowi duże wyzwanie ze względu na wielokrotne odbicia fal od budynków. Sygnał dociera do odbiornika różnymi drogami, co utrudnia określenie rzeczywistego kierunku jego pochodzenia. Tradycyjne metody namierzania wymagają zazwyczaj co najmniej dwóch stacji odbiorczych, a ich skuteczność spada w warunkach ograniczonej widoczności między antenami.
– W gęstej zabudowie miejskiej niezwykle rzadko zachodzi sytuacja, w której anteny » widzą się «. Sygnał najczęściej dociera do odbiornika różnymi drogami, gdzie odbija się, między innymi od ścian budynków. W związku z tym kąt wyznaczony przez urządzenie namierzające nie odpowiada rzeczywistemu położeniu źródła emisji radiowej, a wskazuje jedynie kierunek ostatniego odbicia sygnału – mówi por. mgr inż. Jaromir Gajewski.
Badacze z Wydziału Elektroniki WAT postanowili wykorzystać zjawisko wielodrogowości, zamiast traktować je wyłącznie jako źródło błędów pomiarowych.
– Okiełznanie zjawiska wielodrogowości umożliwiło nam wyznaczenie kilku kierunków nadejścia sygnału już z poziomu pojedynczej stacji pomiarowej, co po odwzorowaniu trajektorii sygnału z wykorzystaniem cyfrowej mapy terenu pozwoliło na wyznaczenie lokalizacji jego źródła. Oczywiście nadal możemy wykorzystać dodatkowe stacje pomiarowe do dokładniejszego określania tych wskazań, jednak każda z takich stacji będzie w stanie działać również samodzielnie, co znacząco podnosi zdolności operacyjne w wojskowych scenariuszach, gdzie każde takie urządzenie jest narażone na zniszczenie – wyjaśnia Jaromir Gajewski.
Autorski algorytm CM-MUSIC pozwala wyznaczyć kilka kierunków nadejścia sygnału, nawet gdy fale wielokrotnie odbijają się od przeszkód. Następnie system wykorzystuje cyfrową mapę terenu do odtworzenia możliwych tras propagacji fal.
W kolejnym etapie sieć neuronowa analizuje wyniki działania algorytmu i wskazuje obszar, w którym z największym prawdopodobieństwem znajduje się źródło emisji. Takie połączenie przetwarzania sygnałów, modelowania propagacji i uczenia maszynowego umożliwia lokalizowanie nadajników przy użyciu pojedynczej stacji pomiarowej.
– Istotne wydaje się nasze alternatywne podejście do wykorzystania sztucznej inteligencji. Standardowe metody jako jej dane wejściowe wykorzystują surowe parametry odebranych sygnałów. My postanowiliśmy wykorzystać już wyniki naszego algorytmu CM-MUSIC. Pozwoliło to na ujednolicenie danych wejściowych niezależnie od rodzaju odebranego sygnału – mówi por. Jaromir Gajewski.
Badania terenowe przeprowadzono na terenie Wojskowej Akademii Technicznej. Odbiornik umieszczono w jednym punkcie, natomiast nadajnik kolejno ustawiano w ośmiu lokalizacjach pomiędzy budynkami.
Uzyskane wyniki potwierdziły potencjał opracowanej metody. Mediana błędu lokalizacji wyniosła 9,22 m, a najmniejszy odnotowany błąd 2,05 m. Naukowcy zaznaczają jednak, że konieczne są dalsze testy w różnych warunkach propagacyjnych, które pozwolą zweryfikować skuteczność rozwiązania i ograniczyć sporadyczne duże błędy pomiarowe.
– Choć uzyskane rezultaty potwierdzają duży potencjał opracowanej metody, to konieczne są dalsze badania w różnych środowiskach i warunkach propagacyjnych. Pozwolą one zweryfikować skuteczność rozwiązania poza obszarem, na którym przeprowadzono dotychczasowe eksperymenty, oraz ograniczyć sporadycznie pojawiające się duże błędy lokalizacji – wyjaśnia por. Jaromir Gajewski.
Technologia może znaleźć zastosowanie w wojskowych systemach rozpoznania radioelektronicznego, monitorowaniu widma radiowego oraz wykrywaniu źródeł zakłóceń i nielegalnych nadajników. Możliwość pracy z jedną stacją odbiorczą może mieć szczególne znaczenie w zastosowaniach wojskowych, gdzie infrastruktura pomiarowa jest narażona na uszkodzenia lub zniszczenie.
Autorami badań są por. mgr inż. Jaromir Gajewski oraz dr hab. inż. Jerzy Łopatka, prof. WAT. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Sensors” w artykule „A Hybrid Raytracing and Deep Learning-Based Approach for Single-Site Localization of Radio Emitters in Urban Environment”.
Zapraszamy na TEK.day Wrocław, 11 marca 2027. Zapisz się tutaj!
