m:flo
Multiple Frequenzbänder für Lokalisation
| Laufzeit: | 01.01.2014 - 30.08.2016 |
| Leitung: | Prof. Dr.-Ing. Horst Hellbrück |
| Mitarbeiter: | Dr.-Ing. Mathias Pelka |
Hintergrund
Hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Lokalisation erreicht man mittels Funk-Laufzeitmessung (siehe GPS). Hierbei werden kurze Datenpakete im Mikrowellenbereich ausgesendet und die Zeit bis zum Eintreffen am Empfänger ermittelt. Über die bekannte Ausbreitungsgeschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit) wird die Entfernung berechnet. Um eine Auflösung von 30cm zu erreichen, ist eine Zeitsynchronisation mit einer Genauigkeit von 1ns notwendig. Die Anforderungen an die Zeitsynchronisation sind daher sehr hoch.
Ziel
Ziel des Projekts ist es, ein System zur Ortung zu entwickeln, das Objekte in unterschiedlichen örtlichen Umgebungsbedingungen mit verschiedenen Genauigkeitsklassen orten kann. Je nach Größe und Beschaffenheit der Räumlichkeiten werden durch die flexible Wahl aus drei Frequenzbereichen 900 MHz, 2,4 GHz und 5,8 GHz, die gewünschte Genauigkeit und Reichweite erzielt. Die verwendete, handelsübliche Hardwareausstattung und die entwickelte Software bleiben dabei gleich: Die Funk-Chips inkl. Antennen können über Breakout-Boards ausgetauscht werden. Dadurch lässt sich der Zeitaufwand zur Installation und Inbetriebnahme des Systems minimieren, sowie die Herstellkosten durch Nutzung einer Plattformstrategie senken.
Ansatz
Gegenstand dieses Forschungs- und Entwicklungsprojektes ist, drei ausgewählte Funk-Chips aus der Massenproduktion in drei unterschiedlichen Frequenzbereichen so zu ertüchtigen, dass das Senden und der Empfang ihrer Signale zur Funklaufzeitmessung genutzt werden kann. Aus Gründen der Standardisierung und Kostenreduktion ist das Ziel, mindestens zwei geeignete Chips zu finden und entsprechend aufzubereiten, die einer Chip-Familie angehören und wenn möglich Pin-kompatibel sind.
Ergebnisse
Abb.1: UWB-Impuls in der Zeitdarstellung.
Im m:flo Projekt wurden verschiedene Technologien auf ihre Eignung für das Lokalisationssystem untersucht. Dazu wurden kommerzielle Systeme, wie zum Beispiel CSS oder UWB Systeme, aber auch nicht kommerzielle Systeme, z.B. auf Basis von QR Codes, untersucht.
Um Funklokalisationssysteme, wie z.B. auf UWB-basierte Systeme, auswerten zu können, ist hochspezialisiertes Messequipment notwendig. Hochgenaue Oszilloskope helfen Signalverläufe sichtbar zu machen. Es lassen sich damit Störungen, wie z.B. durch Mehrwegeausbreitung, untersuchen. Diese Ergebnisse helfen die Abstrahlcharakteristik der Antenne anzupassen, Leistungsmessungen durchzuführen oder um Störquellen zu identifizieren.
Zur Auswertung wurden verschiedene Programme geschrieben. Diese sind zum Teil textbasiert und kondensieren sehr große Datenmengen auf relevante statistische Lageparameter, aber auch grafisch, wie im Bild gezeigt.
Abb.2: 3D-Visualisierung von UWB-Messdaten im Labor.
Diese Visualiserung (Abb.2) wurde mit UWB-Daten gewonnen. Das verwendete Positionierungssystem wurde von CoSA entwickelt und erreicht hohe Updateraten (über 200 Hz) bei hoher Tagdichte (über 50 Teilnehmer bei gleichbleibender Updaterate) und hohe Genauigkeit (mittlerer Positionierungsfehler von unter 30 cm). Die Visualisierung hilft z.B. bei der Annotation von Positionsdaten, um sofort Anomalien bei der Positionsberechnung festzustellen. Solche Anomalien treten z.B. durch Mehrwegeausbreitung auf.
QR Transformer
Im Rahmen einer Abschlussarbeit, wurden graphische Codes, vornehmlich der QR Code, analysiert. Dabei wurde untersucht, wie durch Rücktransformationen die Grenzen der QR Erkennung erweitert werden können. Des weiteren sollte ermittelt werden, ob sich mittels QR Codes die Distanz und auch die Orientierung im Raum feststellen lassen. Die Abschlussarbeit wurde von Daniel Neckel erfolgreich zu Ende geführt.
Als Ergebnis enstand eine Android Anwendung, namens QRTransformer. Diese erlaubt es, QR Codes zu erstellen und durch manuelle oder automatische Rücktransformation wieder einzulesen. Die Anwendung ist in der Lage, die Distanz sowie den Winkel zwischen dem Smartphone und dem QR Code zu bestimmen.
Projektpartner | Gefördert durch | |
| Solcon Systemtechnik GmbH | Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Förderkennzeichen: KF3177201ED3 | |
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