Schwerpunkte

Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen

12. Dezember 2007, 10:17 Uhr   |  Prof. Dr.-Ing. Axel Sikora


Fortsetzung des Artikels von Teil 3 .

Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen

Auch für den Innenraumbereich existieren viele Veröffentlichungen, die meist auf der Nutzung von Nahbereichsfunknetzen wie z.B. ZigBee basieren [7, 8]. Auch wenn eigentlich keine spezielle Hardware notwendig ist, existiert z.B. mit dem CC2430 von Texas Instruments [9] eine Register-Erweiterung, die eine bessere Speicherung der jeweils gemessenen Feldstärken erlaubt. Allerdings zeigen Messungen [10], dass Abweichungen im Bereich bis zu einigen Metern möglich sind, auch wenn die Raummaße nur wenige Meter betragen.

Verbesserungen bringen Systeme, die den Raum vorher ausmessen [11]. Allerdings lässt sich hierbei feststellen, dass bei jeder Veränderung der räumlichen Gegebenheiten erneut größere Abweichungen auftreten, solange nicht erneut kalibriert wird. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass die Sammlung von Kalibrierungsdaten für viele Anwendungen einen viel zu großen Aufwand bedeutet, zumal bislang keine Ansätze für eine Automatisierung vorliegen.

Berücksichtigung der Einfallswinkel

Auch die Auswertung der Einfallswinkel basiert auf mehreren Basisstationen, die jeweils den Winkel zum gemessenen Objekt ausmessen. Angle-of-Arrival-basierte Verfahren (AOA) sind vergleichsweise selten anzutreffen, weil sie zwei wesentliche Nachteile mit sich bringen: Zum einen sind Antennen erforderlich, die eine Winkelmessung unterstützen. Hierzu werden mindestens zwei Antennen benötigt, zwischen denen dann der Unterschied in der Laufzeit oder der Phasenlage des Signals ausgewertet wird. Im allgemeinen Fall werden aber Antennen-Felder eingesetzt, die natürlich entsprechend kostenaufwendiger sind. Zum anderen versagen AOA-basierte Verfahren sehr schnell, wenn keine direkte oder nur eine behinderte Sichtverbindung (Non-Line of Sight, Near-Line of Sight) zwischen Sender und Empfänger existiert. Auch im Fall der Mehrwegeausbreitung weisen AOA-basierte Systeme meist eine schlechte Genauigkeit auf.

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Bild 3. Die Messergebnisse zeigen eine gute Linearität der Entfernungsmessung mit maximalen Reichweiten bis zu 120 m bei 0 dBm Ausgangsleistung. Bild 4. Bei Freifeldmessungen treten im Wesentlichen entfernungsunabhängige absolute Fehler auf, die kle

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Bild 3. Die Messergebnisse zeigen eine gute Linearität der Entfernungsmessung mit maximalen Reichweiten bis zu 120 m bei 0 dBm Ausgangsleistung. Bild 4. Bei Freifeldmessungen treten im Wesentlichen entfernungsunabhängige absolute Fehler auf, die kle

Bei den zeitbasierten Verfahren nutzt man die zwar große, aber endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen. In 1 ns legen die Signale etwa 3 m zurück. Es existieren folgende Ansätze:

  • Ausgehend von verschiedenen Referenzpunkten können die Laufzeitunterschiede gemessen werden. Ein Beispiel hierfür ist z.B. das Global Positioning System (GPS), bei dem der Empfänger die verzögert eintreffenden Signale verschiedener Satelliten auswertet. GPS-basierte Systeme bringen für die oben genannten Anwendungen jedoch zwei wesentliche Nachteile mit sich. Ein Einsatz in Gebäuden ist nicht möglich, und die typische Ungenauigkeit – insbesondere im Innenstadtbereich – liegt bei nicht-militärischen Geräten deutlich über 10 m, im schlimmsten Fall auch über 50 m. Mit Hilfseinrichtungen (Differential GPS) und hoffentlich zukünftig mit Galileo sind bessere Genauigkeiten erreichbar.
  • Laufzeitmessungen zwischen zwei Knoten (Round Trip Time) sind bereits lange bekannt und werden z.B. auch bei laserbasierten Messsystemen verwendet. Diese werten in der Regel den Zeitpunkt des ersten eintreffenden Signals aus und sind damit meist recht unempfindlich gegen Hindernisse und Mehrwegeausbreitung.

Bei beiden Ansätzen wird bisher allerdings keine Informationsauswertung des Signals vorgenommen. Gleiches gilt auch für HF-basierte Systeme [12]. Hierzu muss ein normaler Funktransceiver so angepasst werden, dass neben der Demodulation und Decodierung des Signals auch eine Zeitmessung möglichst nah am Antenneneingang vorgenommen wird.

Bei beiden Ansätzen wird bisher allerdings keine Informationsauswertung des Signals vorgenommen. Gleiches gilt auch für HF-basierte Systeme [12]. Hierzu muss ein normaler Funktransceiver so angepasst werden, dass neben der Demodulation und Decodierung des Signals auch eine Zeitmessung möglichst nah am Antenneneingang vorgenommen wird.

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1. Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen
2. Literatur Links
3. Der Transceiver nanoLOC kann ein Funksignal auswerten
4. Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen
5. Big Brother: Lokalisierung von Personen und Objekten mit Funkwellen

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