Schwerpunkte

Millimetergenaue Laufzeitmessung

Neuer Ansatz für die Funkortung

13. Juli 2020, 15:00 Uhr   |  Nicole Wörner

Neuer Ansatz für die Funkortung
© Bartels

Bild 1: Aktueller diskret aufgebauter Transponder mit zwei Antennen zur Bestimmung der Lage im Raum

Ein neues Messsystem von Bartels soll künftig eine noch genauere Positionserfassung ermöglichen. Dazu setzt das Unternehmen auf zwei Patentlösungen.

Bestehende Funkortungssysteme wie etwa GPS und Galileo zur Lokalisierung von Personen und Objekten funktionieren innerhalb von Gebäuden meist nicht oder nur schlecht. Eine lokale Funkortung benötigt bisher eine Vielzahl an Stationen, um eine sogenannte Time-Difference-of-Arrival-Abfrage durchführen zu können – ein aufwendiges und kostspieliges Unterfangen. Dabei wird das von dem zu ortenden Objekt gesendete Funksignal von mehreren Stationen gleichzeitig empfangen und gegen die Systemzeit verglichen. Dieses Verfahren ist zwar erheblich genauer als die Ortung über die Signalstärke, leider wird jedoch das empfangene Signal durch mehrere parallele Signalwege verfälscht. Das gilt im Grundsatz auch für herkömmliche UWB-Systeme, die zudem unter sehr niedrigen Signalpegeln leiden.

Die Vermessung der Wellenfront eines Funksignals zur Ortung und die millimetergenaue Time-of-Flight-Laufzeitmessung – also eine echte hochgenaue Punkt-zu-Punkt-Messung – galten bis vor kurzem als praktisch nicht umsetzbar. Dank zweier Erfindungen, die im Preciwave-System von Bartels umgesetzt sind, ist laut Hersteller nun jedoch erstmals eine millimetergenaue echte Wellenfront-Laufzeitmessung möglich, Einflüsse durch Mehrwegeausbreitung werden durch diese Art der Messung weitgehend eliminiert. Wie funktioniert das?

Die erste Patentlösung…

...ermöglicht bei höchster Präzision den Antwortpuls vom Abfragepuls zu entkoppeln – das ist nötig, um Echos aufgrund der Mehrwegeausbreitung ausklingen zu lassen. Bei sehr kurzen Entfernungen innerhalb von Gebäuden beträgt die Signallaufzeit nur wenige Nanosekunden, daher ist für höchste Genauigkeit eine Pikosekunden-Präzision zwingend.

Die zweite Patentlösung…

...in Preciwave setzt auf einen extrem präzisen Detektor, der eine spezielle (Chirp-) Impulsform auf die Pikosekunde genau lokalisiert und erhebliche theoretische Vorteile gegenüber der UWB-Amplitudenauswertung bietet. Vergleichbar sei dieser technologische Fortschritt mit dem Übergang von Mittelwelle zu UKW oder Digitalfunk, so die Entwickler von Bartels. 

Das so erstmals aufgebaute Time-of-Flight-Messsystem…

...wurde bisher diskret realisiert. Bild 1 zeigt einen entsprechenden Aufbau für das 5,8-GHz-Band. Erste Messungen zeigen, dass die Erwartung an millimetergenaue Messergebnisse erfüllt wird, bei schon heute perspektivisch Reichweiten >10km. Das Verfahren eignet sich daher zum Aufbau eines ad-hoc-V2V/V2X-Funknetzes mit optimiertem Routing im Bereich des autonomen Fahrens oder zum Ausrichten des mm-Wellen-Signals in Breitband-Mobilfunknetzen auf ein Handy zwecks höchster Datenrate. 

Mit Preciwave lassen sich Objekte aller Art im Raum hochgenau lokalisieren. Damit ist das Verfahren die ideale Basis für den Einsatz in vielfältigen Anwendungen in der Automobilindustrie, der Logistik, im Maschinenbau oder auf Baustellen. Für den Transponder macht es keinen Unterschied, ob er sich an einem Fahrzeug oder Einkaufswagen befindet, ob er an einer Drohne oder einem Baukran befestigt ist.
Zudem sind auch die klassischen Anwendungen für Trackingsysteme in diversen Sportarten realisierbar. Aktuelle Tests setzen Preciwave zudem als terrestrisches System zur automatisierten Landung und Kollisionsvermeidung bei Luftfahrzeugen –Lufttaxi und Drohnen – ein. 

Preciwave wird derzeit…

...von Bartels als Transponder in einen einzigen SiGe-Chip (BAC1010) integriert, dadurch sind künftig auch solche Anwendungen realisierbar, die sehr kostensensitiv sind oder eine sehr geringe Baugröße und hohe Batterielebensdauer fordern. 
 

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