Radiolocalisation

On peut localiser un objet en mesurant les caractéristiques des ondes radio qu'il reçoit. Ces ondes peuvent être émises par l'objet lui-même ou être des ondes rétrodiffusées (comme dans le cas d'un radar ou d'une puce RFID passive ). Un détecteur de montants utilise la radiolocalisation lorsqu'il exploite les ondes radio plutôt que les ultrasons .

Une technique permet de mesurer une distance en utilisant la différence de puissance du signal reçu (RSSI) par rapport à celle du signal émis. Une autre technique utilise le temps d'arrivée (TOA), lorsque l'heure d'émission et la vitesse de propagation sont connues. La combinaison des données TOA de plusieurs récepteurs situés à différents endroits connus (différence de temps d'arrivée, TDOA) permet d'estimer la position même sans connaître l'heure d'émission. L' angle d'arrivée (AOA) à une station de réception peut être déterminé à l'aide d'une antenne directionnelle, ou par la différence de temps d'arrivée à un réseau d'antennes de position connue. Les informations AOA peuvent être combinées aux estimations de distance obtenues par les techniques précédemment décrites pour établir la position d'un émetteur ou d'un rétrodiffuseur. Alternativement, l'AOA à deux stations de réception de position connue permet de déterminer la position de l'émetteur. L'utilisation de plusieurs récepteurs pour localiser un émetteur est appelée multilatération .

Les estimations sont améliorées lorsque les caractéristiques de transmission du milieu sont prises en compte dans les calculs. Pour le RSSI, cela concerne la perméabilité électromagnétique ; pour le TOA, cela peut concerner les réceptions hors visibilité directe .

L'utilisation du RSSI pour localiser un émetteur à partir d'un récepteur unique nécessite de connaître la puissance émise (ou rétrodiffusée) par l'objet à localiser, ainsi que les caractéristiques de propagation de la région intermédiaire. Dans le vide, la puissance du signal diminue en inverse du carré de la distance pour les grandes distances par rapport à la longueur d'onde et à l'objet à localiser. Cependant, dans la plupart des environnements réels, plusieurs perturbations peuvent survenir : absorption, réfraction, masquage et réflexion. L'absorption est négligeable pour la propagation radio dans l'air aux fréquences inférieures à environ 10 GHz, mais devient importante aux fréquences de plusieurs GHz où des états moléculaires rotationnels peuvent être excités. La réfraction est importante sur de longues distances (de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilomètres) en raison des gradients d'humidité et de température dans l'atmosphère. En milieu urbain, montagneux ou intérieur, l'obstruction par des obstacles et la réflexion sur les surfaces environnantes sont très fréquentes et contribuent à la distorsion par trajets multiples : les répliques réfléchies et retardées du signal émis se combinent au niveau du récepteur. Les signaux provenant de trajets différents peuvent s'additionner de manière constructive ou destructive : ces variations d'amplitude sont appelées évanouissement . La dépendance de l'intensité du signal à la position de l'émetteur et du récepteur devient complexe et souvent non monotone, ce qui rend les estimations de position effectuées par un seul récepteur imprécises et peu fiables. La multilatération, utilisant plusieurs récepteurs, est souvent combinée à des mesures d'étalonnage (« empreinte digitale ») pour améliorer la précision.

Les mesures de temps d'arrivée (TOA) et d'angle d'arrivée (AOA) sont également sujettes aux erreurs de trajets multiples, notamment lorsque le trajet direct entre l'émetteur et le récepteur est obstrué par un obstacle. Les mesures de temps d'arrivée sont par ailleurs plus précises lorsque le signal présente des caractéristiques temporelles distinctes à l'échelle considérée – par exemple, lorsqu'il est composé d'impulsions courtes de durée connue – mais la théorie de la transformée de Fourier montre que, pour modifier l'amplitude ou la phase sur une courte échelle de temps, un signal doit utiliser une large bande passante. Par exemple, pour créer une impulsion d'environ 1 ns, durée suffisante pour localiser un point à 0,3 m près , une bande passante d'environ 1 GHz est nécessaire. Dans de nombreuses régions du spectre radioélectrique, les émissions sur une bande passante aussi large sont interdites par les autorités de régulation compétentes, afin d'éviter les interférences avec les autres utilisateurs de bandes étroites. Aux États-Unis, les transmissions sans licence sont autorisées dans plusieurs bandes, telles que les bandes ISM industrielles, scientifiques et médicales ( ISM) de 902 à 928 MHz et de 2,4 à 2,483 GHz , mais les transmissions de forte puissance ne peuvent pas s'étendre en dehors de ces bandes. Cependant, plusieurs juridictions autorisent désormais la transmission ultra-large bande sur des bandes passantes de l'ordre du GHz ou de plusieurs GHz, avec des limitations de puissance d'émission afin de minimiser les interférences avec les autres utilisateurs du spectre. Les impulsions UWB peuvent être très courtes dans le temps et fournissent souvent des estimations précises du temps d'arrivée (TOA) en milieu urbain ou intérieur.

La radiolocalisation est utilisée dans de nombreuses activités industrielles et militaires. Les systèmes radar combinent souvent le temps d'arrivée (TOA) et l'angle d'arrivée (AOA) pour déterminer la position d'un objet rétrodiffusant à l'aide d'un seul récepteur. En radar Doppler , l' effet Doppler est également pris en compte, permettant de déterminer la vitesse plutôt que la position (bien qu'il contribue à la détermination de la position future). Les systèmes de localisation en temps réel (RTLS), utilisant des RTLS calibrés et le TDOA, sont disponibles dans le commerce. Le système de positionnement global ( GPS ) , largement répandu, repose sur le TOA des signaux émis par des satellites de positions connues.