Localizzazione di un UAV mediante tecnica TOA in sistemi UWB

Questo lavoro di tesi descrive una tecnica di localizzazione 3D di un UAV (Unmanned Aerial Vehicle) in ambiente outdoor mediante analisi numerica. Grazie a quattro nodi ubicati a bordo di un rover o GS (Ground Station), ovvero la testa di un convoglio militare, che interrogano sequenzialmente un nodo posto sull’UAV che si muove di fronte ad essa, è possibile determinare la posizione di quest’ultimo attraverso un algoritmo di multilaterazione. Impiegando la tecnologia UWB (Ultra Wide Band), le distanze tra i due sensori sono misurate con accuratezza centimetrica e la durata della singola misura è dell’ordine del millisecondo. Inoltre, grazie alla tecnica TOA (Time Of Arrival) nella modalità TW-TOF (Two Way-Time Of Flight), la misura della distanza tra due nodi è estratta a partire dal tempo di volo del segnale trasmesso senza la necessità di una sincronizzazione. Per la risoluzione dell’algoritmo di multilaterazione è stato scelto l’algoritmo di Levenberg-Marquardt, valido strumento di risoluzione in forma iterativa dei sistemi non lineari che presenta prestazioni migliori rispetto ad un metodo algebrico di tipo LSM (Least Square Method), che applica il metodo dei minimi quadrati al sistema lineare ottenuto da quello non lineare mediante una modifica delle equazioni. A causa del moto relativo tra l’UAV e la GS, le distanze misurate sono riferite a differenti posizioni dell’UAV nel tempo, e questo fenomeno deve essere considerato nel risolvere l’algoritmo di multilaterazione. In questo contesto, viene proposto di impiegare la stima della velocità relativa dell’UAV lungo la direzione principale di avanzamento che coincide con la coordinata stimata con maggiore precisione. Le distanze misurate sono così opportunamente corrette in base alla velocità stimata, riferite ad una stessa posizione dell’UAV e possono essere impiegate nell’algoritmo di multilaterazione. Analizzando diverse configurazioni dei sensori sulla GS e diversi ordini temporali con cui essi effettuano la misura della distanza, è possibile determinare una configurazione che permette di avere un errore dell’ordine del decimetro per le coordinate trasverse al moto e dell’ordine del centimetro per la coordinata relativa alla direzione principale di avanzamento. Il metodo proposto ha il vantaggio di non dover impiegare alcun dispositivo esterno per la stima della velocità e di non dover sincronizzare i nodi UWB