(Indoor)-Lokalisation

Transkript

1 (Indoor)-Lokalisation Mathias Pelka Forschung erforschen 1

2 Global Positioning System (NAVSTAR GPS) Ermöglicht die Positionsbestimmung Zwei Frequenzen (L1, L2) im GHz-Bereich Genauigkeit: Standard Position Service (SPS): 15 m in 95 % der Messungen Precise Position Service (PPS): 6 m in 95 % der Messungen Verbesserung: DGPS und SBAS 24 Satelliten in km Höhe Forschung erforschen 2

3 Das Problem ist doch längst gelöst, oder? Wie kann ein Flugzeug (MH370) ohne Spur verschwinden aber das US Militär Personen in der Wüste bis auf 100m genau Orten können? Forschung erforschen 3

4 Übersicht Arten der Positionsbestimmung Einführung GPS Funktionsweise Fehler bei GPS Indoor-Lokalisation Anwendungen Probleme bei der Indoor-Lokalisation Vorstellung der Forschungsprojekte m:flo LUMEN Forschung erforschen 4

5 Wie können Positionen bestimmt werden? Winkelmessung Streckenmessung Forschung erforschen 5

6 Zusammenhang Zeitmessung - Strecken Funksignale breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus Zeit die das Funksignal unterwegs ist, lässt Rückschlüsse auf die Signallaufzeit zu s= vt = ct Forschung erforschen 6

7 Zeitmessungen bei Satelliten (I) Bidirektionale Kommunikation zwischen Satellit und Empfänger nicht möglich Position der Satelliten nur ungefähr bekannt und verändern sich auch noch Forschung erforschen 7

8 Zeitmessungen bei Satelliten (II) Satellit führt eine genaue (Atom)-Uhr mit Satellit verschickt genaue Bahndaten (Ephemeriden) mit der Nachricht Mit der genauen Zeit, kann die Entfernung zum Satelliten genau bestimmt werden Forschung erforschen 8

9 Positionsbestimmung bei GPS Da eine Ortsbestimmung in 3D vorgenommen werden soll und gleichzeitig die Zeit ebenfalls synchronisiert werden muss, müssen mindestens vier Signale empfangen werden Forschung erforschen 9

10 Probleme bei GPS Fehlerhafte Satellitenposition Fehlerhafte Satellitenzeit Atmosphärenfehler (5m) Mehrwegeausbreitung / Abschattungen Ungünstige Geometrie GPS funktioniert nicht bei Häuserschluchten und nicht innerhalb von (massiven) Gebäuden Forschung erforschen 10

11 Wie lassen sich noch Strecken bestimmen? Signalstärkemessungen Mobiltelefone können über Funkzelle geortet werden Ultra-Breitband Systeme (UWB) Optische Verfahren (Kinect) Und weitere (Ultraschall, LASER ) Forschung erforschen 11

12 Warum Indoor-Lokalisation? Logistik Diebstahlschutz Optimierung von Wegen Verfolgung von Warenströmen Industrie Verfolgung eines Produktes innerhalb des Werkes Betriebsoptimierung Weitere Anwendungen Medizin, Endkunden usw Forschung erforschen 12

13 Indoor-Lokalisation Ähnliche Probleme wie bei GPS Genaue Uhren werden benötigt Für Zeitmessungen müssen die Teilnehmer genau synchronisiert werden Beispiel: GPS benutzt Atomuhren (Genauigkeit ) Fehler t = s Tag = s ~10 7 Streckenfehler s = t v = t c = 25,9 m Quarzuhren haben Genauigkeiten von 10 6 Fehler t = s Tag 10 6 = 0,0864 s Tag Streckenfehler: t v = t c = km s Tag Forschung erforschen 13

14 m:flo Multiple Frequenz Lokalisation Verwendet verschiedene Frequenzen um eine Lokalisierung /Zeitsynchronisierung zu erreichen Je nach verwendeter Frequenz kann die Genauigkeit angepasst werden Verwendung von adaptiven Filtern um Signal-Rausch- Abstände zu verbessern Nutzung der bestehenden TriSOS Sensor-Plattform Forschung erforschen 14

15 m:flo Multiple Frequenz Lokalisation Beispiel zur Distanzmessung mittels Radiowellen Signal wird hochgemischt, übertragen, demoduliert und dann gemessen Pfadinformation im Signal codiert (Zeitstempel zum Beispiel) Forschung erforschen 15

16 LUMEN - Lübeck Medical Engineering Blutdruck ist vitaler Parameter bei Operationen Bestimmung des Herzreferenzpunktes zur Korrektur des gemessenen Blutdruckes Einflüsse von Bewegungen des Patienten auf den gemessenen Blutdruck sollen korrigiert werden Forschung erforschen 16

17 LUMEN - Lübeck Medical Engineering Manuelle Korrektur kann zu Fehlern führen. Ziel ist eine automatisierte Korrektur Nutzung von Ultra Breitband Systemen und der Microsoft Kinect zur Bestimmung des Referenzpunktes Microsoft Kinect Sensor Reference Point Quelle: Forschung erforschen 17

18 Zusammenfassung Um die Position zu bestimmen können Strecken oder Winkelmessungen benutzt werden GPS benutzt mindestens vier Satelliten, um die drei Raumdimensionen und die Zeit bestimmen zu können GPS funktioniert nicht innerhalb von Gebäuden Indoor-Lokalisation hat Anwendungen im Bereich der Medizin und der Logistik Forschung erforschen 18