ISaCAGE lavorerà su:
- Algoritmi innovativi e possibilmente cognitivi per il rilevamento in scenari di spettro affollato.
- Sviluppo di approcci di scattering inverso per migliorare il rilevamento e l’imaging radar in scenari complessi.
- Modellazione statistica in ambienti a spettro affollato per migliorare il rilevamento e l’inseguimento.
- Architetture olistiche per il rilevamento e le comunicazioni congiunte, eventualmente supportate da una superficie intelligente riconfigurabile (RIS).
- ISAC per algoritmi di localizzazione avanzati.
- Algoritmi cooperativi e ottimizzazione congiunta per ISAC.
ISaCAGE fa parte dello Spoke 7 – Green and Smart Environments
PI di progetto: Marco Lops
Organizzazione:
Tutti i traguardi sono stati raggiunti. Nei primi 15 mesi sono stati pubblicati oltre 20 articoli di riviste oltre a oltre 10 articoli di conferenze. Durante i primi 18 mesi del progetto si sono svolti incontri mensili, sia per scopi organizzativi che di scambio scientifico. In particolare, ciascun leader del Workpackage (WP) ha anche indetto un "incontro tecnico del WP", invitando tutta l'unità di ricerca, nel quale ciascun gruppo partecipante al WP ha illustrato il proprio contributo scientifico: ciò ha prodotto una serie di scambi tecnici tra i diversi Unità di Ricerca, con l’obiettivo di favorire collaborazioni tra unità.
È stato inoltre curato il lavoro di divulgazione dei principali risultati, attraverso la realizzazione di una serie di keynote lectures e/o sessioni plenarie da parte di membri delle unità di ricerca in conferenze internazionali, ed è stata organizzata una sessione speciale – il cui titolo riproduce quello della conferenza – per l'IEEE 2023 IEEE International Workshop on Technologies for Defense Security (Roma, novembre 2023). Un'altra sessione speciale sarà organizzata per il Workshop internazionale IEEE 2024 sulle tecnologie per la sicurezza della difesa (Napoli, novembre 2024).
- Scelta dei WP leader e dei Task leader;
- Scelta del comitato d'acquisto (un membro per ogni unità di ricerca).
- Organizzazione di una sessione speciale denominata "ISaCAGE" al 2023 IEEE Int'l Workshop on Technologies for Defense and Security (Roma, novembre 2023).
- WP1 - Tutte le pietre miliari sono state raggiunte. Sono stati pubblicati più di dieci articoli scientifici.
- WP2 - Tutte le pietre miliari sono state raggiunte. Sono stati pubblicati (o accettati) tra 5 e 10 articoli.
- WP3 - Tutte le tappe sono state raggiunte. Sono stati pubblicati o accettati tre lavori.
- WP4 - Tutte le tappe sono state raggiunte. Tre lavori sono stati pubblicati o accettati. Nove lavori sono stati pubblicati o accettati.
Tutti i traguardi sono stati raggiunti. Nei primi 15 mesi sono stati pubblicati oltre 20 articoli di riviste oltre a oltre 10 articoli di conferenze. Durante i primi 18 mesi del progetto si sono svolti incontri mensili, sia per scopi organizzativi che di scambio scientifico. In particolare, ciascun leader del Workpackage (WP) ha anche indetto un "incontro tecnico del WP", invitando tutta l'unità di ricerca, nel quale ciascun gruppo partecipante al WP ha illustrato il proprio contributo scientifico: ciò ha prodotto una serie di scambi tecnici tra i diversi Unità di Ricerca, con l’obiettivo di favorire collaborazioni tra unità.
È stato inoltre curato il lavoro di divulgazione dei principali risultati, attraverso la realizzazione di una serie di keynote lectures e/o sessioni plenarie da parte di membri delle unità di ricerca in conferenze internazionali, ed è stata organizzata una sessione speciale – il cui titolo riproduce quello della conferenza – per l'IEEE 2023 IEEE International Workshop on Technologies for Defense Security (Roma, novembre 2023). Un'altra sessione speciale sarà organizzata per il Workshop internazionale IEEE 2024 sulle tecnologie per la sicurezza della difesa (Napoli, novembre 2024).
1a) Rilevamento abilitato alle comunicazioni.
L'attività si è concentrata sul rilevamento abilitato alle comunicazioni in cui i segnali emessi da un trasmettitore esistente vengono sfruttati per rilevare l'ambiente attraverso uno o più ricevitori radar dedicati. In particolare, sono state concepite diverse strategie per il rilevamento non cooperativo/parzialmente cooperativo basato su OFDM con l'obiettivo di migliorare le prestazioni di rilevamento in termini di rilevamento del bersaglio e della sua localizzazione e di mitigare l'interferenza attraverso un'adeguata progettazione del ricetrasmettitore. Particolare enfasi è stata dedicata alle soluzioni basate su sensori a basso costo con architetture e algoritmi a bassa complessità, requisiti limitati di sincronizzazione e implementazione hardware compatta. I risultati sperimentali basati su ricevitori Software Defined Radar (SDR) hanno dimostrato in via preliminare l'efficacia degli approcci proposti quando il ricevitore è installato su piattaforme sia fisse che mobili.
Impatto sociale ed economico:
implementazione di una fitta rete di sensori a basso costo da incorporare in sistemi di comunicazione commerciale per applicazioni sia indoor che outdoor.
1b) Design della forma d'onda compatibile.
L'attività si è concentrata sulla validazione sperimentale di segnali di sondaggio progettati per consentire il funzionamento del radar in ambienti spettralmente affollati utilizzando un Software Defined Radar (SDR) in banda S. Le forme d'onda testate garantiscono la coesistenza spettrale tra il sistema di rilevamento e gli emettitori sovrapposti in frequenza, ottimizzando al tempo stesso le prestazioni del radar. Ciò si ottiene attraverso un taglio personalizzato dello spettro del segnale radar per controllare la quantità di interferenza iniettata dal radar in ciascun intervallo di frequenza condiviso. I risultati hanno dimostrato che sfruttando i segnali di sondaggio radar progettati, il sistema SDR è in grado di condividere lo spettro con altri sistemi wireless RF consentendo al tempo stesso di rilevare bersagli sia fissi che in movimento.
Impatto sociale ed economico:
realizzare più servizi nella stessa banda evitando l'assegnazione di nuove frequenze dedicate.
1c) Dispositivi RadCom automobilistici cooperativi.
È stato proposto un nuovo approccio di rilevamento cooperativo in rete per utilizzare dispositivi RadCom automobilistici a bordo di diversi veicoli come un unico radar per immagini ad alte prestazioni. La cooperazione prevede la sincronizzazione di fase multistatica fine utilizzando obiettivi di opportunità e imaging ad alta risoluzione mediante elaborazione coerente. La ricerca mostra che il rilevamento cooperativo in rete può raggiungere con successo capacità di rilevamento di fascia alta utilizzando sensori del mercato di massa a basso costo, aumentando così la consapevolezza ambientale nel contesto della guida assistita e autonoma.
1e) Risultati sperimentali.
Il concetto di rilevamento cooperativo in rete è stato sperimentato utilizzando dati reali acquisiti utilizzando un radar automobilistico commerciale installato su un veicolo in movimento. L'esperimento ha dimostrato la possibilità di rilevare un bersaglio debole (un pedone) in prossimità di uno forte (un'auto parcheggiata) mediante la fusione coerente di dati acquisiti da posizioni molto diverse.
2b) Posizionamento del sensore intelligente. L'attività si è concentrata sull'implementazione ottimale dei ricevitori che compongono un sistema di localizzazione multistatico dei bersagli. L'obiettivo è aumentare la precisione ottenibile nella stima del target (sia in scenari 2D che3D) garantita da tecniche di localizzazione basate su diversi tipi di misurazioni (DOA, TOA, TSOA, RSS). Il problema è formulato in termini di ottimizzazione vincolata in cui la funzione obiettivo è costruita sfruttando l'appropriato CRLB per la precisione della posizione. Sono stati ideati strumenti di ottimizzazione innovativi e le prestazioni degli algoritmi risultanti sono state analizzate su dati simulati.
Impatto sociale ed economico:
riduzione in termini di potenza di trasmissione per soddisfare i requisiti prestazionali (soluzione verde)
Papers:
D. Tagliaferri et al., "Cooperative Coherent Multistatic Imaging and Phase Synchronization in Networked Sensing," in IEEE Journal on Selected Areas in Communications, doi: 10.1109/JSAC.2024.3414609.
This paper proposes for the first time the use of multiple automotive RadCom devices on-board different vehicles to operate as a single high-performance imaging Radar, greatly enhancing detection of faint targets in urban scenarios.
A. Aubry, P. Babu, A. De Maio, G. Fatima, and N. Sahu, "A Robust Framework to Design Optimal Sensor Locations for TOA or RSS Source Localization Techniques," IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 71, pp. 1293-1306, 2023.
The paper proposes an amazing framework, leveraging the block Majorization Minimization (MM) optimization tool, to design on the fly the best positions of the sensing nodes. The convergence of the techniques is theoretically proved and the performance is analyzed in comparison with state of the art solutions.
F. Colone, F. Filippini, M. Di Seglio, P. V. Brennan, R. Du and T. X. Han, "Reference-Free Amplitude-Based WiFi Passive Sensing," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 59, no. 5, pp. 6432-6451, Oct. 2023.
The parasitic exploitation of WiFi signals for passive sensing purposes is a topic that is attracting considerable interest in the scientific community. In an attempt at meeting the requirements for sensor compactness, easy deployment, and low cost, we proposed a non-coherent sensing strategy that relaxes the constraints on the sensor hardware implementation. Specifically, with the proposed strategy, the presence of a target is determined by detecting the amplitude modulation that it produces on the direct signal transmitted from a WiFi access point. The conceived approach is validated on both simulated and experimental data, collected in different operational scenarios.
L'attività si è concentrata sul rilevamento abilitato alle comunicazioni in cui i segnali emessi da un trasmettitore esistente vengono sfruttati per rilevare l'ambiente attraverso uno o più ricevitori radar dedicati. In particolare, sono state concepite diverse strategie per il rilevamento non cooperativo/parzialmente cooperativo basato su OFDM con l'obiettivo di migliorare le prestazioni di rilevamento in termini di rilevamento del bersaglio e della sua localizzazione e di mitigare l'interferenza attraverso un'adeguata progettazione del ricetrasmettitore. Particolare enfasi è stata dedicata alle soluzioni basate su sensori a basso costo con architetture e algoritmi a bassa complessità, requisiti limitati di sincronizzazione e implementazione hardware compatta. I risultati sperimentali basati su ricevitori Software Defined Radar (SDR) hanno dimostrato in via preliminare l'efficacia degli approcci proposti quando il ricevitore è installato su piattaforme sia fisse che mobili.
Impatto sociale ed economico:
implementazione di una fitta rete di sensori a basso costo da incorporare in sistemi di comunicazione commerciale per applicazioni sia indoor che outdoor.
1b) Design della forma d'onda compatibile.
L'attività si è concentrata sulla validazione sperimentale di segnali di sondaggio progettati per consentire il funzionamento del radar in ambienti spettralmente affollati utilizzando un Software Defined Radar (SDR) in banda S. Le forme d'onda testate garantiscono la coesistenza spettrale tra il sistema di rilevamento e gli emettitori sovrapposti in frequenza, ottimizzando al tempo stesso le prestazioni del radar. Ciò si ottiene attraverso un taglio personalizzato dello spettro del segnale radar per controllare la quantità di interferenza iniettata dal radar in ciascun intervallo di frequenza condiviso. I risultati hanno dimostrato che sfruttando i segnali di sondaggio radar progettati, il sistema SDR è in grado di condividere lo spettro con altri sistemi wireless RF consentendo al tempo stesso di rilevare bersagli sia fissi che in movimento.
Impatto sociale ed economico:
realizzare più servizi nella stessa banda evitando l'assegnazione di nuove frequenze dedicate.
1c) Dispositivi RadCom automobilistici cooperativi.
È stato proposto un nuovo approccio di rilevamento cooperativo in rete per utilizzare dispositivi RadCom automobilistici a bordo di diversi veicoli come un unico radar per immagini ad alte prestazioni. La cooperazione prevede la sincronizzazione di fase multistatica fine utilizzando obiettivi di opportunità e imaging ad alta risoluzione mediante elaborazione coerente. La ricerca mostra che il rilevamento cooperativo in rete può raggiungere con successo capacità di rilevamento di fascia alta utilizzando sensori del mercato di massa a basso costo, aumentando così la consapevolezza ambientale nel contesto della guida assistita e autonoma.
1e) Risultati sperimentali.
Il concetto di rilevamento cooperativo in rete è stato sperimentato utilizzando dati reali acquisiti utilizzando un radar automobilistico commerciale installato su un veicolo in movimento. L'esperimento ha dimostrato la possibilità di rilevare un bersaglio debole (un pedone) in prossimità di uno forte (un'auto parcheggiata) mediante la fusione coerente di dati acquisiti da posizioni molto diverse.
2b) Posizionamento del sensore intelligente. L'attività si è concentrata sull'implementazione ottimale dei ricevitori che compongono un sistema di localizzazione multistatico dei bersagli. L'obiettivo è aumentare la precisione ottenibile nella stima del target (sia in scenari 2D che3D) garantita da tecniche di localizzazione basate su diversi tipi di misurazioni (DOA, TOA, TSOA, RSS). Il problema è formulato in termini di ottimizzazione vincolata in cui la funzione obiettivo è costruita sfruttando l'appropriato CRLB per la precisione della posizione. Sono stati ideati strumenti di ottimizzazione innovativi e le prestazioni degli algoritmi risultanti sono state analizzate su dati simulati.
Impatto sociale ed economico:
riduzione in termini di potenza di trasmissione per soddisfare i requisiti prestazionali (soluzione verde)
Papers:
D. Tagliaferri et al., "Cooperative Coherent Multistatic Imaging and Phase Synchronization in Networked Sensing," in IEEE Journal on Selected Areas in Communications, doi: 10.1109/JSAC.2024.3414609.
This paper proposes for the first time the use of multiple automotive RadCom devices on-board different vehicles to operate as a single high-performance imaging Radar, greatly enhancing detection of faint targets in urban scenarios.
A. Aubry, P. Babu, A. De Maio, G. Fatima, and N. Sahu, "A Robust Framework to Design Optimal Sensor Locations for TOA or RSS Source Localization Techniques," IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 71, pp. 1293-1306, 2023.
The paper proposes an amazing framework, leveraging the block Majorization Minimization (MM) optimization tool, to design on the fly the best positions of the sensing nodes. The convergence of the techniques is theoretically proved and the performance is analyzed in comparison with state of the art solutions.
F. Colone, F. Filippini, M. Di Seglio, P. V. Brennan, R. Du and T. X. Han, "Reference-Free Amplitude-Based WiFi Passive Sensing," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 59, no. 5, pp. 6432-6451, Oct. 2023.
The parasitic exploitation of WiFi signals for passive sensing purposes is a topic that is attracting considerable interest in the scientific community. In an attempt at meeting the requirements for sensor compactness, easy deployment, and low cost, we proposed a non-coherent sensing strategy that relaxes the constraints on the sensor hardware implementation. Specifically, with the proposed strategy, the presence of a target is determined by detecting the amplitude modulation that it produces on the direct signal transmitted from a WiFi access point. The conceived approach is validated on both simulated and experimental data, collected in different operational scenarios.
Negli ultimi anni sono state numerose le aziende coinvolte nell'ISAC. Per citarne alcuni, Leonardo è profondamente coinvolta nell’ISAC incentrato sul radar, mentre Huawei studia da tempo il rilevamento incentrato sulla comunicazione.
- La coesistenza tra sistemi di comunicazione e di rilevamento appare sicuramente fattibile, a condizione che venga intrapresa un'adeguata progettazione del ricetrasmettitore, possibilmente sfruttando le informazioni ambientali;
- La comunicazione ed i segnali Radar, già presenti nell'ambiente, possono essere sfruttati per svolgere la duplice funzione;
- I canali sfavorevoli possono essere domati utilizzando tecniche di nuova concezione, come i RIS, senza un significativo consumo energetico aggiuntivo.
- Publications (journal+conferences) : Readiness >1;
- Talks (plenary/keynote)>1;
- Equipment: not yet applicable;
- demos: not yet applicable
Ricercatori coinvolti: 250-300
Proposte di collaborazione:
È possibile avanzare proposte di collaborazione sul progetto contattando andrea.giorgetti at unibo.it
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