Localization with UAVs in emergency scenarios

Unmanned aerial vehicles (UAV) have been a part of our lives for several years bringing different types of advantages. They have been widely used in the photography, video recording, live streaming. Due to their flexibility of movement and deployment advantages, they can take part of the communication technologies as they can be used as relaying base stations w.r.t. a ground area in different scenarios. Starting from this point of view, this work considers the use of UAVs in emergency scenarios in order to estimate the locations of the victims on the ground with very high accuracy and thus limiting all possible errors. As it is known, in emergency scenarios it is very crucial to provide very fast response and intervention in order to address the victims needs in the possible shortest time. Therefore, use of the UAVs is related to their ease of deployment, flexibility in their movement and high possibility of having line-of-sight advantages. In this work, the channel models and all the parameters affecting the performance of localization have been investigated deeply. Then the estimation of direction of arrival of the ground signal with the MUSIC algorithm in different multipath conditions has been evaluated and analyzed. Several techniques that decrease the estimation errors with multipath are studied and applied to the thesis work and finally we present an architecture, called hybrid, in which we are able to achieve low estimation errors and a reduction of the receiver complexity.

I veicoli aerei senza pilota (UAV) fanno parte della nostra vita da diversi anni portando diversi tipi di vantaggi. Sono stati ampiamente utilizzati nella fotografia, registrazione video, live streaming. Grazie alla loro flessibilità di movimento e ai vantaggi di implementazione, possono prendere parte alle tecnologie di comunicazione in quanto possono essere utilizzati come stazioni di ritrasmissione su aree a terra in diversi scenari. Partendo da questo punto di vista, il presente lavoro considera l'utilizzo degli UAV in scenari di emergenza al fine di stimare la localizzazione delle vittime a terra con alta precisione e limitare i possibili errori. Come è noto, negli scenari di emergenza è molto importante fornire una risposta e un intervento molto rapidi al fine di affrontare le esigenze delle vittime nel più breve tempo possibile. Pertanto, l'uso degli UAV è legato alla loro facilità di impiego, flessibilità nei loro movimenti e all’alta possibilità di avere propagazione in linea di vista. In questo lavoro sono stati studiati a fondo i modelli di canale e tutti i parametri che influenzano le prestazioni di localizzazione. Successivamente è stata valutata e analizzata la stima della direzione di arrivo del segnale di terra con l'algoritmo MUSIC in diverse condizioni di propagazione multi-percorso. Diverse tecniche che riducono gli errori di stima con propagazione multi-percorso vengono studiate e applicate al lavoro di tesi e infine presentiamo un'architettura, chiamata ibrida, in cui siamo in grado di ottenere bassi errori di stima e una riduzione della complessità del ricevitore.