Passive radio localization : channel modeling and algorithms

Questo lavoro di tesi, dai contenuti sia teorici sia sperimentali, propone un sistema di localizzaione passiva progettato per: operare senza una complessa fase di calibrazione, ma con una più semplice e veloce fase di setup necessaria per adattare il sistema all'ambiente circostante; lavorare in ambienti non regolari in condizioni LOS/NLOS superando i limiti degli attuali sistemi. I sistemi di localizzazione passiva basati su una rete di sensori wireless, sono in grado di localizzare un target privo di dispositivi elettronici analizzando le fluttuazioni, indotte dal movimento del target stesso e legate alla sua posizione, sul segnale a radio frequenza scambiato tra i nodi di rete. In letteratura sono presenti molti articoli che trattano questo sistemi, tuttavia in nessuno di essi viene proposto un modello in grado di descrivere analiticamente il legame tra le fluttuazioni osservate e la posizione del target. Il contributo innovativo di questa tesi è stato la definizione di un semplice modello analitico, basato sulla teoria della diffrazione, come soluzione strumentale al problema della localizzazione. Questo modello di propagazione descrive gli effetti provocati dalla presenza del target (modellato come un'interfaccia perfettamente assorbente) sulla potenza del segnale ricevuto osservato sui link della rete. Attraverso questo modello sono state costruite in modo automatico le mappe radio riducendo notevolmente sia la complessità sia il dispendio temporale della fase di calibrazione, necessaria per adattare il sistema alle condizioni ambientali circostanti. Le prestazioni della localizzazione sono state migliorate attraverso l'implementazione dell'algoritmo particle filter che introduce memoria al processo di localizzazione e sfrutta un campionamento non uniforma dello spazio delle posizioni. Il sistema proposto è stato testato in ambiente LOS/NLOS, rilassando i vincoli presenti nei convenzionali sistemi DFL, ottenendo ottimi risultati di localizzazione. Visto il carattere innovativo apportato dal lavoro svolto, parte del materiale è stato sottoposto ad una rivista internazionale: IEEE Journal on Selected Topics in Signal Processing: Special Issue on Non-cooperative Localization Networks: S. Savazzi, M. Nicoli, F. Carminati, M. Riva "A Bayesian approach to device-free localization: modeling and experimental testing".