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Detection and Estimation of Gas Sources with Arbitrary Locations based on Poisson's Equation

Shutin, Dmitriy und Wiedemann, Thomas und Hinsen, Patrick (2023) Detection and Estimation of Gas Sources with Arbitrary Locations based on Poisson's Equation. IEEE Open Journal of Signal Processing, Seiten 1-15. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/OJSP.2023.3344076. ISSN 2644-1322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10368587

Kurzfassung

Accurate estimation of the number and locations of dispersed material sources is critical for optimal disaster response in Chemical, Biological, Radiological, or Nuclear accidents. This paper introduces a novel approach to Gas Source Localization that uses sparse Bayesian learning adapted to models based on Partial Differential Equations for modeling gas dynamics. Using method of Green’s functions and the adjoint state method, a gradient-based optimization with respect to source location is derived, allowing superresolving (arbitrary) source locations. By combing the latter with sparse Bayesian learning, a sparse source support can be identified, thus indirectly assessing the number of sources. Simulation results and comparisons with classical sparse estimators for linear models demonstrate the effectiveness of the proposed approach. The proposed sparsity-constrained gas source localization method offers thus a flexible solution for disaster response and robotic exploration in hazardous environments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/202397/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Detection and Estimation of Gas Sources with Arbitrary Locations based on Poisson's Equation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Shutin, Dmitriydmitriy.shutin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6065-6453NICHT SPEZIFIZIERT
Wiedemann, ThomasThomas.Wiedemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hinsen, Patrickpatrick.hinsen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4561-9769NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 Dezember 2023
Erschienen in:IEEE Open Journal of Signal Processing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/OJSP.2023.3344076
Seitenbereich:Seiten 1-15
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2644-1322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Gas source localization, partial differential equations, super-resolution, Green's functions
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
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DLR - Forschungsgebiet:D IAS - Innovative autonome Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):D - STARE
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Shutin, Dmitriy
Hinterlegt am:25 Jan 2024 16:11
Letzte Änderung:29 Jan 2024 14:53

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