T. Strang, F. Schubert, S. Thölert, R. Oberweis, et al. Lokalisierungsverfahren


Haftreibung Haftreibung Gleitreibung Rollreibung Innere Reibung Innere Reibung 1 Newton`sche Gesetz Trägheitsgesetzt Bewegendes will in Bewegung bleiben Ruhendes will Ruhend bleiben Reibung Was ist Reibung? Gleitreibung ist in Ruhe höchste Reibung Newton`schen Gesetze höhere Zug-.

Während der Einfluss der systematischen Fehler, der Biase, exakt analysiert werden kann vgl. Tabelle 9 gibt einen Überblick über diese Systeme und die jeweils zum Einsatz kommende Technologie. So sind zwei mehr oder weniger unabhängig gestörte Positionsschätzer z. Um eine wirtschaftliche Nutzung der vorhandenen Ressourcen zu gewährleisten legt man die Trägerfrequenzen der Pseudolites so aus, dass sie mit der vorhandenen Hardware empfangen werden können. Der Sender nutzt zwei Ultraschallemitter, die in unterschiedliche Richtungen weisen und einen Ausbreitungskegel formen, wodurch sogar eine grobe Schätzung der Lage möglich ist.

The South-North component

tongren.pw 06/ OF (S ) for tax authorities in claimant´s country of residence-Iden Claim for refund of German withholding taxes on dividends and/or interest.

Ist das Signal eines Satelliten fehlerbehaftet, so ergeben alle Positionslösungen unter Einbeziehung dieses Satelliten ein wesentlich höheres Residuum als diejenigen Lösungen, die ohne Beitrag des fehlerhaften Satelliten errechnet wurden.

Damit diese Methode funktioniert, müssen mehrere überbestimmte Gleichungssysteme miteinander verglichen werden. Daraus ergibt sich die Mindestanzahl von sechs Satelliten für die Bestimmung und Zuordnung eines Fehlers zu einem Satelliten: Damit ein Ausschluss eines Satelliten möglich ist, muss die Gesamtmenge der Satelliten daher mindestens sechs sein.

Sind nur fünf Satelliten verfügbar, so kann nur eine Überprüfung des Ergebnisses ohne Isolierung des fehlerhaften Satelliten stattfinden. Das Residuum wird in diesem Fall mit einem festen Schwellwert verglichen, und das Ergebnis des Vergleichs bezeichnet die Richtigkeit der Positionslösung.

Auf der anderen Seite erlaubt die Verwendung von mehr als sechs Satelliten die Erkennung von entsprechend mehreren unabhängigen Fehlern auf verschiedenen Satelliten. Werden die Messungen nicht nur verschiedener Satelliten, sondern auch eines einzelnen Satelliten entlang der Zeitachse bezüglich des verursachten Residuums in der Positionslösung beobachtet, so spricht man von Sequential RAIM.

Diese Technik bringt den Vorteil, dass mehr Information zur Verfügung steht, aufgrund derer die Satellitensignale evaluiert, und eine Überprüfung der Positionslösung statt finden kann.

Für die Nutzung in unwegsamem Gelände, Häuserschluchten, Unterführungen oder öffentlichen Verkehrsmitteln bei denen es häufig zu Unterbrechungen im Signalempfang kommt, verbunden mit zwischenzeitlichen Ortswechseln, ist GPS nicht konzipiert. Daher dauert die Neuberechnung der aktuellen geografischen Position nach solchen sprunghaften Ortswechseln recht lange.

Ausgenutzt wird bei diesem Verfahren, dass gerade in stark bebauten und dicht besiedelten Regionen ein gut ausgebautes Mobilfunknetz vorhanden ist. Diese Positionsinformation kann durch Kreuzpeilung mit anderen erreichbaren Mobilfunkstationen noch präzisiert werden. Diese Informationen können verwendet werden, um den Suchbereich für die Satellitensignale Identität der sichtbaren Satelliten, ungefähre Laufzeit, Dopplerverschiebung einzuschränken und somit die Messung deutlich zu beschleunigen.

Diese Satellitendaten werden durch Referenzempfänger bereitgestellt, die stationär an Orten mit guter Sichtbarkeit zum Himmel aufgestellt sind und deren exakte Position vermessen wurde. Generell ist dies nicht möglich, da das GPS-Signal meist zu stark abgeschwächt wird. A- GPS alleine kann dieses Problem nicht lösen. Hierfür werden Techniken untersucht, die über Korrelationen und Aufsummierung von Signalen versuchen, den Signalpegel soweit anzuheben, dass eine Verarbeitung der GPS-Signale auch innerhalb von Gebäuden möglich wird.

Erste Geräte mit dieser Option sind in der Entwicklungsphase 2. Die Satelliten strahlen ein im Vergleich mit Kommunikationssatelliten schwaches Signal ab, das nach der Überbrückung dieser enormen Distanz am Boden mit ca. Nur durch spezielle Signalverarbeitungsverfahren kann dieses Satellitennavigationssignal für die weitere Nutzung zurückgewonnen werden.

Aufgrund der schwachen Signalleistung, die für die Navigation am Boden zur Verfügung steht, können Empfänger zur Satellitennavigation leicht Opfer von elektromagnetischen Störungen werden. Zwar ist die Nutzung von Sendefrequenzen in Deutschland einem strengen Reglement durch die Bundesnetzagentur unterworfen, doch können selbst Sendeanlagen, die sich für andere Systeme als harmlos erwiesen haben, Satellitennavigationsempfänger durch ihre hohe Empfindlichkeit stören.

Erschwerend kommt hinzu, dass viele potentielle Störer nicht mit Standard-Equipment entdeckt werden können, da die zur Störung nötige Leistung nur knapp über dem üblichen Empfängerrauschen liegen kann. Nach der Korrelierung 5 wird die Navigationslösung 6 berechnet, die Basis für die Positionsausgabe des Empfängers ist.

In jeder der einzelnen Empfängerstufen ist ein besonderes Augenmerk auf saubere Filterung und die Reduktion von Störeinflüssen zu legen. Je näher an der Antenne die Störung abgefangen wird, desto effektiver ist die Unterdrückung. In derzeitigen GNSS-Empfängern wird das Signal erst in mehreren analogen Mischerstufen auf eine niedrigere und damit einfacher zu verarbeitende Frequenz transferiert.

Falls diese Stufen in niedrigerer Qualität geplant und integriert wurden, kann hier enormes Störpotential entstehen, das an späterer Stelle nur mit hohem Aufwand abgefangen werden kann.

In zukünftigen Systemen wird durch die neuen technischen Möglichkeiten und die Verfügbarkeit von Komponenten mit höherer Leistung die Digitalisierung allerdings noch näher an die Antenne rücken und Unterstützungssysteme wie externe Sensoren können bereits in früheren Empfangsstufen eingesetzt werden. Auch die digitale Signalverarbeitung wird dann als starkes Hilfsmittel gegen etwaige Störer nahe an der Antenne einsetzbar sein. Wie aus Abbildung 20 ersichtlich, wird das Signal auf dem Weg vom Satelliten zum Empfänger am Erdboden enorm geschwächt.

Um das Signal zu stören reichen hierfür relativ geringe Leistungen aus. Nimmt man beispielsweise die für die europäische Luftfahrt gültigen Grenzwerte von ,5 dbm Störleistung an, würde eine geringe Störleistung von 1 mw bereits im Umkreis von 2 km diesen Grenzwert verletzen.

Ein 1 W-Strahler würde dies im Umkreis von ca. Hierbei muss man sich allerdings im klaren sein, dass 1 W die ungefähre Strahlungsleistung eines Handys sein kann, allerdings ebenso die Oberwelle einer Rundfunkstation, welche mit 1 MW sendet, aber um 60 db durch die sendeseitigen Filter gedämpft ist.

Strahlformungsantennen können weiterhin mehrere Störer ausblenden und die Ungestörte Nutzung von Satellitennavigation sicherstellen. Auch neue Sensoren und Kopplungsmechanismen tragen zukünftig zur sicheren Satellitennavigation bei. Die Wahrscheinlichkeit, dass durch ungewollte Störung alle diese Frequenzen in Mitleidenschaft gezogen werden ist deutlich geringer als dies bei einer einzelnen Frequenz der Fall wäre.

Selbst bei gewollten Störungen wird es schon schwieriger, die Leistung aufzubringen, um alle Frequenzbänder in der ausreichenden Bandbreite zu beeinflussen. Daher leisten neue redundante Frequenzen einen wichtigen Beitrag zur Störsicherheit der Satellitennavigation. Für eine möglichst genaue Positionierung ist eine Sichtverbindung zwischen der Empfängerantenne und den Satelliten notwendig.

Zwar könnte das Signal auch über eine Reflexion empfangen und die Navigationsdaten dekodiert werden, dies würde allerdings eine Verfälschung der Entfernungsmessung zur Folge haben, da die Wegstrecke vom Satelliten zum Nutzer über einen Reflexionspunkt in jedem Falle länger ist als der direkte Weg. Entsprechend sind Multipfad-Umgebungen entweder zu meiden oder eine Unterdrückung muss im Empfänger durchgeführt werden.

Abhängig von der Signal- zu Rauschleistung thermisches Rauschen im Empfänger wird zusätzlich ein zufälliger Fehler verursacht. Die Navigation in Innenräumen umfasst viele verschiedene Arten von Gebäudestrukturen wie z. Wohnhäuser dagegen besitzen meist wesentlich kleinere Räume.

Gebäudekategorien wie in [Mol91] definiert. Dies bedeutet, dass die Mindestanzahl von vier sichtbaren Satelliten durch ein Fenster meist nicht gewährleistet werden kann, da durch ein Fenster nur ein Teil des Himmels überschaubar ist.

Material Dicke mm Dämpfung bei 1. Materialdämpfung von Baustoffen bei 1,5 GHz. Somit werden Signale im Innenbereich meist über Fenster empfangen, da diese im Vergleich zu Beton eine sehr geringe Dämpfung aufweisen siehe Tabelle 7. Signalausbreitungswege von einem Satelliten zu einem Nutzer innerhalb eines Gebäudes.

Die gestrichelte Linie ist die direkte Sichtverbindung. Die gemessene Signaldämpfung wurde mit ,8 db angegeben. Nach Aussage in [DeD05] werden, für eine effektive Positionierung innerhalb eines Gebäudes mit Hilfe von GPS, Signalverarbeitungsalgorithmen benötigt, die mit einer Signalstärke zwischen dbm und dbm auskommen. Einen quantitativen Einblick in das Fehlerverhalten gibt Abbildung Um diese Fehler zu unterdrücken, müssen geeignete Signalverarbeitungsverfahren zur Interferenzunterdrückung, wie in [DeD05] beschrieben, angewendet werden.

Dies wird besonders klar, wenn man bedenkt, dass jede Reflexion einen Energieverlust bedeutet, so dass Signale, die mehrfach reflektiert wurden nur noch eine sehr geringe Leistung haben und somit vernachlässigt werden können.

Die Reflexionen, die mit A bezeichnet sind, haben eine Umweglänge von ungefähr 40 m und die mit B gekennzeichneten Reflexionen von ungefähr m. Sollte in solch einem Fall der direkte Pfad Verzögerung 0 in Abbildung 25 stark gedämpft sein, so kann man sich leicht vorstellen, dass die Schätzung für die Entfernungsmessung zwischen Satellit und Nutzer um die Umweglänge falsch sein wird und somit die Positionslösung des Nutzers fehlerhaft.

Eine genaue Navigation wird damit unmöglich. Gemessene Impulsantworten innerhalb eines Gebäudes mit einem Helikopter als Sendestation. Reflexionen A haben eine Umweglänge zwischen 33 bis 54m. Eine der bedeutendsten Einschränkung bei globalen Satelliten Navigationssystemen ergibt sich aus der Tatsache, dass man eine quasi-optische Sichtverbindung auf die Satelliten haben muss.

Jede noch so kurze Abschattung der Signale verursacht also Probleme bei der Datenauswertung, da bei einem Empfang von weniger als vier verschiedenen Satellitensignalen die Positionsermittlung nicht möglich ist. Abschattungen treten vor allem in bergigen oder stark bewaldeten Gebieten und in urbanen Regionen auf.

Während Wände das Signal beinahe komplett abschatten, dämpfen Fenster das Signal nur geringfügig. Situationen mit Fehlern zwischen 5 m und m können leicht vorkommen. Eine weitere Einschränkung ergibt sich aus dem niedrigen Energielevel mit der die Satellitensignale am Empfänger ankommen.

Durch elektromagnetische Sender in der Umgebung des Anwenders kann es relativ leicht zu einer Überlagerung der Navigationssignale kommen, sodass eine Positionsermittlung nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.

Einige solcher Systeme sind als stand alone Systeme konzipiert, d. Die meisten dieser Verfahren benötigen jedoch eine mehr oder weniger aufwändig installierte Infrastruktur, zum Beispiel Funksender und Empfänger oder Funk- und Ultraschall-Baken. Ganz allgemein lässt sich sagen, dass mittlerweile dedizierte, autonom arbeitende Systeme am Markt sind, welche bei ausreichender Infrastrukturdichte eine hohe Positionsgenauigkeit oft besser als 1 m erreichen können.

Für Anwendungen in eng begrenzten Gebieten ist dies eine gute Lösung. Eine besondere Rolle spielen mobilfunkbasierte Lösungen, da sie zwar eine Mobilfunkinfrastruktur benötigen, diese jedoch in sehr vielen Umgebungen vorhanden ist. Ferner existieren wichtige Anwendungsfelder bei denen nicht immer mit einer Mobilfunkinfrastruktur gerechnet werden kann z. So ist beispielsweise ein barometrischer Höhenmesser eine wertvolle Ergänzung für die 3D-Positionierung.

Inertialsensoren und Schrittzähler können speziell an die Bewegungsprofile des Menschen angepasst werden und bei dessen Bewegung die Positionsgenauigkeit von GNSS verbessern. Es ist daher auch in Mobilfunksystemen möglich Ortsparameter aus einem empfangenen Signal zu schätzen. Einfallsrichtung Kanalimpulsantwort als Relation der empfangenen Echos zueinander 40 Institut für Kommunikation und Navigation.

Man unterscheidet dabei zwei wesentliche Ansätze. Dazu muss sowohl der Sendezeitpunkt t an BS i als auch der Empfangszeitpunkt t i 0 bekannt sein. Abbildung 26 zeigt beispielhaft die Distanzmessung zu 3 Basisstationen in 2-dimensionaler Darstellung. Die Kreise mit den entsprechenden Radien schneiden sich in einem eindeutigen Punkt x, y , der die Position der MS darstellt. Diese Information kann an der MS auf verschiedene Weise verfügbar gemacht werden: Alle BS sind synchronisiert, d.

Dies führt zu einer zusätzlichen unbekannten im o. Für eine eindeutige Lösung ist dann die Hinzunahme einer weiteren Gleichung, d. Dieses Verfahren wird auch in Satellitennavigationssystemen z. Kennt die MS die Referenzzeit z. Die Schätzung der Empfangszeit eines Mobilfunksignals ist in Mobilfunksystemen inhärent zur Synchronisation von Abtastzeitpunkten notwendig. Dazu werden Korrelationsverfahren eingesetzt.

Die Anforderung an die Genauigkeit der Synchronisation hängt dabei stark vom verwendeten Übertragungsverfahren ab und ist z. Orte konstanter Abstandsdifferenzen bilden eine Hyperbel 2D bzw. Dies ergibt Orte gleicher Abstandsdifferenzen, d. Die Messung der Laufzeitdifferenzen basiert auf Korrelationsverfahren und sind daher in derselben weise wie beim ToA Verfahren implementierbar. Mehrwegeausbreitung erhöht durch Signalumwege die gemessene Signallaufzeit und führt damit zu einer falschen Messung der örtlichen Distanzen ToA bzw.

Da in Mobilfunkszenarien hauptsächlich Mehrwegeausbreitung ohne direkte Sichtverbindung zu beobachten ist, sind Verfahren, die diesen Fehler reduzieren bzw.

Die Grundidee besteht darin, die Empfangsleistung und damit die Dämpfung eines Mobilfunksignals zu messen. Für viele Szenarien sind Ausbreitungsmodelle bekannt, die diesen Zusammenhang beschreiben.

Die Positionierung geschieht damit analog zum ToA Verfahren durch mehrere Messungen und der Lösung eines nichtlinearen Gleichungssystems.

Die Genauigkeit des Modells bestimmt hierbei unmittelbar die Genauigkeit der Positionsbestimmung. In [Son94] werden verschiedene Algorithmen zur Erhöhung der Genauigkeit vorgeschlagen. Die 42 Institut für Kommunikation und Navigation. Diese kann je nach Modulationsverfahren von den Daten abhängen. Zur Messung der Signaldämpfung eigenen sich also insbesondere bekannte Signalteile, d. Um Ortungsverfahren generell zu ermöglichen, müssen sich Empfangssignale eindeutig einer Basisstation zuordnen lassen.

Dies kann beispielsweise durch die Verwendung verschiedener Frequenzen oder Spreizcodes mit der Struktur des Signals geschehen oder aber auch durch die Übertragung einer Identifikationsnummer als Bestandteil der Rahmendefinition Rahmenstruktur eines Mobilfunksignals. Die Grundidee besteht darin, ein Signal zu detektieren und dieses einer Basisstation zuzuordnen. Cell-ID ist in heutigen Mobilfunkstandards enthalten, z. Eine Mobilfunkzelle wird dabei von einer BS versorgt. Die Zellradien variieren dabei von 1 km bis 3 km in städtischen Gebieten bis hin zu 20 km in ländlichen Umgebungen.

Viele Mobilfunkzellen sind in drei Gebiete sektorisiert. Durch eine zusätzliche Identifikation des Zellsektors führt damit ebenfalls zur Erhöhung der Genauigkeit.

Ist die Mobilfunkzelle sektorisiert und gelingt zusätzlich die Identifikation des Sektors, so kann die mögliche Position der MS weiter eingeschränkt werden. Die Mobilstation befindet sich somit auf einer Geraden, die durch die Position der BS und der Kenntnis des Einfallswinkels eindeutig bestimmt ist. Dieses Verfahren wird auch als Triangulation bezeichnet.

Der Schnittpunkt repräsentiert die Position der Mobilstation. Die Genauigkeit der Positionsschätzung hängt im Wesentlichen von der Schätzgenauigkeit der Empfangsrichtung ab. Schätzung der Empfangsrichtung können mehrere Empfangsantennen verwendet werden, die nach dem Beamforming-Prinzip einen richtungsabhängigen Empfang erlauben. Für die Schätzung der Empfangsrichtung können neben richtungsabhängigen Antennen aber auch richtungsabhängige Effekte wie der Doppler-Effekt ausgenutzt werden.

Die Dopplerverschiebung des Empfangssignals hängt u. Es ist sehr leicht nachvollziehbar, dass das AoA- Verfahren LOS Ausbreitungsbedingungen voraussetzt, da Mehrwegeausbreitung insbesondere durch Reflexionen die Ausbreitungsrichtung einzelner Pfade signifikant verändert Fingerprinting In den letzten Jahren sind sog.

TDoA eine eindeutige Positionierung zu erzielen. In solchen Szenarien kann jedoch Mehrwegeausbreitung dadurch ausgenutzt werden, dass für jeden Empfangsort ein charakteristisches Parametermuster z. Das Fingerprinting-Verfahren gliedert sich in zwei Phasen: Die Offline-Phase Für das gegebene Gebiet werden passende ortsabhängige Parameter bestimmt, die eine eindeutige Identifikation eines Ortes im betrachteten Gebiet erlauben. Diese Parameter werden für jeden Ort d.

Da die ortsabhängigen Parameter im Allgemeinen sehr stark von der Umgebung abhängen, wirken sich Änderungen in der Umgebung unmittelbar auf die Fingerprints aus. Die Datenbank welche die Fingerprints mit dem jeweiligen Ort verknüpft muss deshalb aktuell gehalten werden.

An der BS wird der gemessene Fingerprint mit den in der o. Datenbank gespeicherten Fingerprints verglichen. Hierbei kommen Mustererkennungsalgorithmen zum Einsatz, welche aus der Datenbank den wahrscheinlichsten Fingerprint und somit auch die wahrscheinlichsten Ort ermitteln.

Ein entscheidender Schritt ist die Wahl der Parameter, deren Messwerte die ortscharakteristischen Fingerprints bilden. Je mehr Parameter verwendet werden und je stärker diese vom Ort abhängen, desto genauer kann der Ort bestimmt werden. Bereits die Verwendung der Empfangsleistung als Fingerprint liefert eine relativ hohe Genauigkeit [Kamol04] [Laitinen01].

In [Triki06] wird das Verzögerungs-Leistungsdichte-Profil verwendet. Da Fingerprinting nicht auf eine zellulare BS Struktur angewiesen ist, lässt sich dieses Verfahren auch in isolierten Zellen z.

Probleme treten dabei in sich schnell verändernden Umgebungen auf, da die Aktualität der Fingerprint-Datenbank als wesentliches Element des Verfahrens von entscheidender Bedeutung für die erzielbare Genauigkeit ist Cooperative Positioning Cooperative positioning, auch bekannt als Distributed Positioning, bezeichnet Verfahren, die die Position von Knotenpunkten in einem ad-hoc Netzwerk durch Unterstützung Kooperation von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Diese Knoten senden ein Signal aus, das ihre Position enthält.

Ein variabler Knoten in diesem Netzwerk bestimmt nun anhand einer Empfangsmetrik, zu welchen der fixen Ankerknoten eine Verbindung besteht, d.

Der arithmetische Mittelwert der Positionen dieser empfangbaren Ankerknoten ist die geschätzte Position Ortung in existierenden Mobilfunkstandards Auch in bereits operationellen Mobilfunksystemen sind bereits Verfahren zur Ortsbestimmung der MS vorgesehen.

Das Verfahren wurde bereits in Abschnitt vorgestellt. Prinzipiell basiert dieses Verfahren auf TDoA, d. Ein bekanntes Signal wird von der MS gesendet. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass benachbarte Basisstationen abwechselnd in einen Idle-Mode wechseln. Während der Idle-Zeit der nahen Basisstation können somit auch die entfernten Basisstationen empfangen werden. Bei dem damit im Allgemeinen verbundene Verfahren handelt es sich um die Übertragung einer eindeutigen Identifikationsnummer über eine Luftschnittstelle.

Dieses sendet ein elektromagnetisches Signal aus, welches vom Transponder aufgenommen wird. Dieser antwortet dann unmittelbar auf derselben Frequenz mit seiner im geschlossenen System eindeutigen Nummer Identifikation , welche vom Lesegerät wieder empfangen werden muss.

Man unterscheidet passive, semi-aktive und aktive Tags. Letztere nutzen Batterien für die Datenübertragung und weitere internen Funktionen, bei den semi-aktiven wird nur die interne Signalverarbeitung von Batterien unterstützt. Wie jedes funkbasierte Verfahren unterliegt auch dieses einer abstandsabhängigen Abschwächung der Signale.

Diese ist ohne spezielle Antennen meist kreisförmig und nimmt quadratisch mit der Entfernung ab. Ebenfalls durch Objekte und menschliche Körper können die Funkwellen weiter abgeschwächt werden, was die Reichweite zusätzlich reduziert. Zusätzlich sind die maximal zulässigen Sendeleistungen noch regulatorisch festgelegt. Unterschreitet am Transponder die Signalstärke einen bestimmten Pegel, so reicht entweder die gesendete Energie nicht mehr zum Rücksenden aus oder die gesendeten Befehle können gar nicht erst fehlerfrei ausgewertet werden.

Dadurch schlägt die Kommunikation fehl und der Transponder ist in diesem Falle nicht sichtbar für das Lesegerät. Empfangspegel oder Luftdruckwerte sind möglich. Sie sind häufig im Scheckkartenformat vorhanden, haben aber nur eine geringe Reichweite von bis zu 10 cm.

Durch die hohe Verbreitung dieser Systeme sind die Kosten für einzelne Tags quasi vernachlässigbar gegenüber den restlichen Systemkomponenten.

Die Distanzen, die man gerade noch mit passiven Tags überbrücken kann, liegen bei m. Dazu müssen aber auf der Senderseite beispielsweise im Frequenzbereich von MHz bereits unhandliche Richtantennen verwendet werden.

Im Allgemeinen steigt mit der Reichweite auch der Preis für die Transponder erheblich, da hierzu aufwändigere Elektronik anderer Frequenzbereich , Gehäuse und Stromversorgung Batterien notwendig werden. Entfernungen von mehr als 20 m sind bei aktiven Tags im MHz-Bereich z. Als Ersatz für Barcode-Lesegeräte ist hier der Vorteil einer lageunabhängigen und schnelleren Erfassung der Produkte hervorzuheben.

Somit kann festgestellt werden, wann welche Palette z. Die Transponder können dabei in Form von Aufklebern direkt auf die Umverpackungen aufgeklebt werden.

Systeme mit aktiven Transpondern werden bei VW eingesetzt, um die geparkten Neuwagen schneller zur Auslieferung bereitstellen zu können.

Die batteriebetriebenen Transponder werden hinter den Innenspiegel gehängt und haben eine Lebensdauer von mehreren Jahren. Der starke Antennengewinn und die aktiven Transponder sind notwendig, um selbst bei beschichteten Frontscheiben eine Reichweite von über 20 m zu erreichen. Zusätzlich befinden sich in den Tags auch wiederbeschreibbare Speicher, um die abgearbeiteten Schritte bei der Auslieferung in der Autostadt Wolfsburg zu erfassen.

Dieses System ist entsprechend teuer, liefert aber z. Vielmehr soll beispielhaft gezeigt werde, welche technologischen Einschränkungen generell zu beachten sind und welcher Aufwand notwendig ist, um eine gewünschte Genauigkeit in der Positionierung zu erreichen Lokalisierung mit RFID Grundsätzlich wurde die RFID-Technologie nicht zum Orten bzw.

Lokalisieren entworfen, sondern die Tags dienen rein einer berührungslosen, robusten Identifikation von Objekten. Der hohe Kostendruck für die elektronischen Labels in der Logistik wenige Cent erfordert eine sehr einfache Elektronik, die nicht auf Parameter wie Feldstärkemessung oder Laufzeitmessungen ausgelegt ist.

Gerade diese Parameter sind aber für eine präzise Lokalisierung notwendig, wenn die Entfernung von Objekten zum Lesegerät bestimmt werden muss und sie innerhalb eines Raumes unterschieden werden sollen. Mit steigendem Hardware- und Kostenaufwand sowohl auf Senderseite als auch am Transponder lassen sich jedoch diese fehlenden Funktionen schrittweise implementieren und für eine Lokalisierung nutzen. Eine Lokalisierung muss immer in Abhängigkeit von der möglichen Transponderreichweite betrachtet werden.

Hier handelt es sich aber nicht mehr um eine direkte RFID-Lokalisierung, sondern dem Zusammenspiel mehrerer Komponenten in einem Gesamtsystem eine Kombination unterschiedlicher Sensoren zu einer Gesamtpositionsangabe. Bei der eigentlichen Lokalisierung des Tags im oben genannten Fall spricht man von inhärenter Lokalisierung durch die Nähe zwischen Lesegerät und Tag in Zusammenhang mit der maximal möglichen Reichweite.

Hier könnten aber andere Systeme wie z. Dreht man nun das System um d. Dadurch, dass das Lesegerät nur einen oder wenige Tags in seiner Umgebung sieht, ist die inhärente Lokalisierung des Gerätes gegeben. Die Tags sind im Asphalt eingelassen und ermöglichen es den automatischen Transportfahrzeugen, selbständig ihre Position zu ermitteln, diese an die Zentrale zu übertragen und sich damit autonom auf vorgegebenen Pfaden auf dem Gelände zu bewegen und Transportaufträge zwischen Schiff und Lager auszuführen.

An definierten Durch- oder Übergängen sind gerichtete Antennen angebracht, die sämtliche markierte Objekte erfassen, welche durch die Tore bewegt werden [Metro]. Mit Durchgangsbreiten von ca. Technisch hat man es also immer noch mit inhärenter Lokalisierung beim Passieren vorbestimmter Bereiche zu tun. Damit ist zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Position auf ca. Eine weitere Verfolgung der Objekte ist innerhalb der geschlossenen Logistikkette aber nicht möglich und auch nicht notwendig. Hier wird nur eine Art Routenkontrolle durchgeführt, ob eine Palette letztendlich beim Empfänger ankommt und wo sie zuletzt registriert war.

Mit sehr empfindlichen Empfängern wäre dann auch eine Detektion des zurückgesendeten Signals möglich. Bedingt durch die Richtantenne kann aber immerhin eine Eingrenzung des Raumsektors erreicht werden, in dem sich der Transponder befindet. Hier sind Entfernungen von 5 m bis über 50 m möglich je nach verwendeten Antennen und Transpondertechnologie. IdentecSolutions bietet hier entsprechende Hardware an [IdSol], bei denen die Transponderkosten jedoch schon deutlich im zweistelligen Euro Bereich liegen.

Da die aktiven Tags immer mit derselben Leistung ihr Signal ausstrahlen, lässt die Analyse der Empfangsfeldstärke einen gewissen Rückschluss auf den Abstand zwischen Empfänger und Transponder zu. Mit speziellen Algorithmen und einer Anordnung, bei der die Tags ca. Vorhandene Systeme erreichen bis zu 10 m Leseabstand, aber Informationen zu möglichen Positionierungsverfahren sind nicht bekannt. Im letzten betrachteten Frequenzbereich bei 5,8 GHz gibt es noch nicht sehr viele technische Plattformen mit hohen Stückzahlen.

Einige Systeme zur Mauterfassung sind bekannt. Diese dienen aber wiederum nicht der Lokalisierung, sondern nur der Erfassung der Fahrzeuge auf allen Spuren der Strasse. Bei diesen hohen Frequenzen und der speziell entwickelten Hardware ist es überhaupt erst möglich, Laufzeitmessungen zu mehreren Transpondern durchführen zu können und damit am Empfänger Triangulationsberechnungen zur Positionsbestimmung durchführen zu können.

Ein Nachteil ist, dass die mobile Basisstation, die ihre Position durch Aussenden der Signale an die Transponder selbst bestimmt, etwa 5 kg wiegt und idealerweise eine V-Stromversorgung benötigt. Insgesamt fällt auf, dass für dedizierte Lokalisierungssysteme auf RFID-Basis meistens Transponder an bekannten Positionen verbaut werden, und das Lesegerät aus diesen Bakeninformationen seine eigene Position berechnen kann. Die umgekehrte Methode ein Transponder wird von mehreren fest installierten Lesegeräten getriggert und diese Informationen im Netzwerk weiterverarbeitet ist in der 50 Institut für Kommunikation und Navigation.

Dabei spielt die sogenannte Middleware als verarbeitende Komponente nach den Sensoren eine entscheidende Rolle neben dem zusätzlichen Technikaufwand durch z. Ein optimiertes Zusammenspiel mehrerer zusätzlicher Sensoren kann die Mängel der nicht vorhandenen Laufzeitmessung zwischen Lesegerät und Transponder ausgleichen, um trotzdem eine Ortung zu ermöglichen. Die erreichbaren Genauigkeiten liegen je nach Gesamtsystem bei bis zu wenigen Zentimetern, im Allgemeinen aber im Bereich um mehrere Meter.

Sind dazu die anfängliche Lage, die anfängliche Geschwindigkeit und die anfängliche Position bekannt, kann aus den Messungen mittels geeigneter Integrationsverfahren der zeitliche Verlauf der Position, der Geschwindigkeit und der Lage berechnet werden. Um die Messwerte aufnehmen zu können muss eine Plattform mit entsprechenden Drehraten- und Beschleunigungssensoren am oder im Objekt, z.

Trägheitsnavigationssysteme- und Plattformen haben seit den 60er Jahren vor allem getrieben durch die Entwicklung im militärischen Bereich mehr und mehr den Weg in eine Vielzahl von Anwendungen gefunden und sind heute in Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen und Flugkörpern zu finden Plattform- und Sensor-Technologie Eine konventionelle Trägheitsplattform besteht aus drei Beschleunigungssensoren und drei Drehratensensoren, deren sensitive Achsen jeweils zueinander orthogonal angeordnet sind, um sowohl den dreidimensionalen Beschleunigungsvektor und den dreidimensionalen Drehratenvektor erfassen zu können.

Zu Beginn der technologischen Entwicklung von Sensor- und Plattformtechnologie waren die Plattformen in Kardanrahmen gelagert, welche die Plattform ausgerichtet zum verwendeten Navigationskoordinatensystem hielten. Der Fortschritt bei der Digitalrechentechnik bei der Technologie der Drehratensensoren dazu geführt, dass heutzutage die Plattformen in den meisten Anwendungen fest montiert werden und das Ausrichten der Plattform virtuell im Digitalrechner erfolgt.

Der Vorteil bei der fest montierten Plattform ist der Wegfall der mechanisch aufwendigen Lagerung, wodurch sich der Preis der Gesamtplattform deutlich verringert. Das Prinzip der Kardanrahmen-gelagerten Plattform und der fest montierten Plattform ist in Abbildung 30 illustriert.

Zu Beginn der technologischen Entwicklung von Sensor- und Plattformtechnologie waren Drehratensensoren und Beschleunigungsmesser mechanisch ausgeführt. Als Drehratensensoren kamen vornehmlich Kreiselgeräte zum Einsatz. Im mechanischen Kreisel wird ein rotierendes Schwungrad, der sogenannte Läufer, angetrieben.

Dieser wird bei einer Rotation der Plattform entsprechend dem Erhaltungssatz des Drehimpulses ausgelenkt, wodurch sich die einwirkende Drehrate bestimmen lässt [Fab80][TitWes04]. Beschleunigungssensoren basieren im Allgemeinen auf dem Masse-Feder- Prinzip, d. Auch heute noch finden sich mechanische Sensoren im Bereich der hochpräzisen Anwendungen. Ein wesentlicher Fortschritt bei der Technologie der Drehratensensoren war die Entwicklung der optischen Kreisel. Bei dieser Art von Drehratensensoren wird basierend auf dem Sagnac-Effekt [TitWes04] mit Hilfe zweier entgegengesetzt im Kreis laufender Laserstrahlen die Drehrate anhand eines Interferenzmusters optisch erfasst.

Es existieren dort im Wesentlichen zwei Familien, zum einen die Ring-Laser-Kreisel und die weniger genauen faseroptischen Kreisel. Bias North error max. North error after 1 min. Die Nichtidealitäten der Sensoren bewirken eine Verschlechterung der Positionsgenauigkeit über die Zeit.

Wird die Drift durch systematische Fehler in den Eingang-Ausgangs-Kennlinien der Sensoren verursacht, kann der zeitliche Verlauf des Fehlers approximativ berechnet werden.

Im Folgenden sind die Berechnungsformeln für den Fehler in Nordrichtung jeweils für einen Bias im Drehratensensor und im Beschleunigungssensor angegeben: Charakteristisch ist jeweils die Rotation der verschiedenen Koordinatensysteme gegeneinander, die einerseits durch die Rotation der Erde und andererseits durch Lage- und Positionsänderung des Objektes verursacht wird.

Das Navigationskoordinatensystem wiederum muss bei der Bewegung des Objektes über die Erde abhängig von der Position entsprechend gegenüber dem Erdkoordinatesystem gedreht werden, so dass das Navigationskoordinatensystem lokal tangential an der Erdoberfläche anliegend und in Nordrichtung zeigend gehalten wird. Körperkoordinaten und Drehachsen [AD]. Neben der gegenseitigen Lage und Rotation der Koordinatensysteme zueinander muss bei der Navigation mit Inertialsensoren der Einfluss der Gewichtskraft kompensiert werden, die von den Beschleunigungssensoren nicht von der durch die Bewegung des Objektes verursachten dynamischen Beschleunigung separiert werden kann.

Weiterhin wirkt bei der Bewegung auf der Erde, da das Erdkoordinatensystem rotiert, die Coriolis-Kraft, welche ebenso wie die Gewichtskraft kompensiert werden muss. All dies geschieht bei einem Intertialnavigationssystem im Navigationscomputer. In Abbildung 34 ist das Prinzip eines Navigationscomputer dargestellt, dessen Teile im Folgenden näher erläutert werden sollen: Zur Berechnung der Lage benötigt man neben den von den Drehratensensoren gemessenen Winkelgeschwindigkeiten eine Initiallage, die beim Ausrichten der Plattform bestimmt wird.

Details hierzu finden sich z. Die Initiallage dient als Startwert bei der numerischen Integration der Drehraten zu den Lagewinkeln. Die rohen Sensorwerte werden dabei in der Regel vorkompensiert, wodurch im Voraus bekannte Nichtidealitäten der Sensoren wie Temperaturabhängigkeiten oder Kreuzkopplungen beseitigt werden können.

Mit Hilfe der Lagewinkel können die von den Beschleunigungssensoren gemessenen Werte in das Navigationskoordinatensystem aufgelöst werden. Dabei werden die rohen Sensorwerte wie bei den Drehratensensoren in der Regel vorkompensiert. Die Beschleunigungswerte werden nach der Auflösung in das Navigationskoordinatensystem mit der Gewichtskraft und der Coriolis-Kraft kompensiert, so dass man die rein dynamisch bedingte Beschleunigung erhält. Der Navigationscomputer integriert ausgehend von Startwerten für Position und Geschwindigkeit die Beschleunigungswerte numerisch auf, so dass man nach einmaliger Integration die Geschwindigkeit und nach weiterer Integration die Position erhält.

Prinzip des Navigationscomputers [AD]. Ein inertialer Navigationscomputer implementiert die numerische Lösung einer Vektor- Differentialgleichung [TitWes04]. Der Grad der Verschlechterung hängt dabei von der Güte der verwendeten Sensoren ab vgl. Insgesamt liegen der Abnahme der Genauigkeit hauptsächlich die folgenden Ursachen zu Grunde: Sensor-Biase, Skalierungsfehler in den Sensorkennlinien, Nichtlinearitäten, Fehlausrichtungen und Kreuzkopplungen durch Montage, Temperatursensitivität und statistisches Rauschen.

Während der Einfluss der systematischen Fehler, der Biase, exakt analysiert werden kann vgl. Tabelle 8 , führt das Rauschen der Sensoren nach der Integration zu einem Random-Walk-Verhalten, das nur statistisch beschrieben werden kann.

Fehler bei der Ausrichtung der Plattform, die wiederum auch von den Nichtidealitäten der Sensoren beeinflusst werden.

In Abbildung 35 ist dies beispielhaft für die Positionsschätzung eines Flugzeugs illustriert. Drift eines Trägheitsnavigationssystems [AD] Integration von Trägheitsnavigationssystemen mit anderen Sensoren In der Regel ist die erzielbare Performanz bei alleiniger Verwendung von Trägheitsnavigationssystemen für viele Anwendungen im Rahmen der Kosten und Möglichkeiten unzureichend, so dass Trägheitsplattformen sehr oft in Kombination mit anderen Navigationssensoren und -systemen betrieben werden.

In diesen kombinierten Navigationssystemen ergänzen sich die Eigenschaften der einzelnen Subsysteme synergetisch, d. Durch die gegenteiligen Eigenschaften der kurzzeitstabilen Trägheitsnavigation und der langzeitstabilen Satellitennavigationssysteme ist die Synergie in einem derartigen System besonders hoch.

Realisiert wird die Integration mit einem Bayesschen Filter, wobei das Kalman-Filter und seine Varianten aus Komplexitäts- und Effizienzgründen dabei am weitesten verbreitet sind. GNSS, geschätzt und kalibriert werden siehe Abschnitt 2. Integration verschiedener Sensoren mit einer Trägheitsplattform als Referenznavigationssystem [AD]. Zur Implementierung des illustrierten Konzeptes kann z. Wird eine Ruhephase detektiert, so wird eine sogenannte Pseudomessung ausgelöst, die dem Bayesschen Filter mitteilt, dass die Momentan-Geschwindigkeit der Plattform gleich Null ist.

Über die Kovarianz von Geschwindigkeit und Position wird im Filter auch auf die Positionsdrift zurückgeschlossen werden, so dass die Positionsschätzung des Inertialsystems mit Hilfe der Pseudomessung analog zu Abbildung 37 kalibriert werden kann.

Die Pseudomessung lässt sich dabei als Messwert eines abstrakten Null- Geschwindigkeit -detektierenden Sensors interpretieren. Die Drift des Systems wird durch das Einbeziehen der Pseudomessungen linear, im Gegensatz zur Drift im freilaufenden System, die quadratisch bzw. In Abbildung 40 ist der mit der beschriebenen Methode rekonstruierte Weg einer Person in einem Gebäude gezeigt. Das Baro-Altimeter beruht auf der Messung des Luftdrucks, der mit dem allgemein bekannten Zusammenhang zwischen Luftdruck und Höhe in einen Höhenwert umgerechnet werden kann.

Zwar ist eine absolute Bestimmung der Höhe ohne die Initialisierung der Anfangshöhe durch weitere Hilfsmittel nicht möglich, jedoch ist die barometrische Abweichung in Bezug zur absoluten Höhe sehr stark örtlich und zeitlich korreliert, so dass ein Baro-Altimeter als zuverlässiger und genauer Höhensensor verwendet werden kann. Entsprechende Luftdruck-Sensoren sind miniaturisiert und zu geringen Kosten verfügbar. Baro-Altimeter sind in einer Vielzahl von Anwendungen zu finden, so z. Mit Hilfe des Erdmagnetfelds lässt sich mit den magnetischen Sensoren die magnetische Nordrichtung absolut bestimmen.

Insbesondere in Gebäuden können die magnetischen Störfelder besonders stark sein. Zwar lassen sich die Magnetometer für die jeweilige charakteristische Montageumgebung, in der Sie dann eingebettet bleiben, kalibrieren, jedoch hilft diese Art der Kalibration nicht gegen die Störfelder, die von der sich wechselnden Umgebung ausgehen. In Abbildung 41 ist das Problem der Anfälligkeit gegenüber Störfeldern anhand eines in einer Büroumgebung aufgezeichneten Magnetometer-Signals als Histogramm dargestellt.

Die erfasste Komponente des Erdmagnetfelds wird im Beispiel signifikant von umgebungsbedingten zeitveränderlichen Störfeldern überlagert. Mittels digitaler Algorithmen werden hier Personen innerhalb einer Videosequenz erkannt und die Bewegungen der Personen kann verfolgt werden Human Tracking.

Es ist möglich anhand von Bildern oder Videos die Personen mit Hilfe von Vergleichsbildern oder Eigenschaften zu verifizieren bzw.

Die verschiedenen Verfahren für die Erkennung von Personen in Videos und Bildern kann man in folgende verschiedene Teilgebiete aufteilen: Das allgemeine Gesichts-Erkennungs-System besteht aus verschiedenen Schritten, die in Abbildung 42 dargestellt sind.

Weiterhin wurden in der letzten Zeit Multiview-basierte Methoden auf Gesichts-Detektion und Erkennung untersucht, um auf die Rotation des Gesichts einzugehen. Für die Gesichtserkennung werden meist Unterraum Subspace Lerntechniken verwendet: Deshalb wird in den meisten Gesichts- Erkennungs-Verfahren das Wissen über Gesichtsmerkmale zusätzlich zum gesamten Gesicht gebraucht.

Dabei werden hautfarbene Regionen unter Berücksichtigung verschiedener Beleuchtungen segmentiert. Nach der Detektion der Gesichtsregionen werden sie zu Gruppen zusammengefasst und als Gesichtsregion verifiziert. Für die Verifikation werden die möglichen Regionen für die Augen in einer zweiten Stufe detektiert. Nach einer FFT, die auf das Bild angewendet wird, wird hier ein Korrelationsfilter angewendet, das Trainingsbilder verwendet.

Die Ergebnisse zeigen, dass Korrelationsfilter eine Alternativ-Lösung für die Gesichtserkennung darstellen. Die Vorteile der Korrelationsmethode sind die Shift-Invarianz und die Möglichkeit mit Hilfe einer universellen Schwelle Fehlinterpretationen zu unterdrücken. Bei der Verifizierung von Gesichtern werden generell vorher gelernte globale Schwellwerte verwendet.

In [YXT07] wird dieses Problem angeleuchtet und eine ausgeglichene kundenspezifische Schwelle vorgeschlagen. Zusätzlich dazu werden hier Methoden vorher angewandt, die die Variationen in Beleuchtung und Kopfstellung berücksichtigen.

Hierbei werden mit Hilfe von verschiedenen Algorithmen die Personen ganzer Körper in den Bildern der Sequenz detektiert und weiterverfolgt, um die Bewegungen zu erhalten. In einer Video-Sequenz können ein oder mehrere Personen vorkommen, die entweder stehen bleiben, weitergehen, aus dem Sichtfeld verschwinden oder hinzukommen.

Es gibt hierbei verschiedene Techniken zur Erkennung von Personen auf die im Folgenden näher eingegangen wird. Deshalb wird in [ZhHo05] ein Algorithmus zur Schattenerkennung vorab angewandt, um schattierte Hintergrundsregionen auszufiltern. Um die Individuen zu verfolgen wird ein menschliches Modell für jedes Individuum erzeugt.

Das menschliche Modell, das hier verwendet wird, speichert die folgenden Informationen: Zuletzt wird noch ein Algorithmus angewandt, der falsche Objekte erkennt. In den folgenden Fällen werden Objekte falsch oder nicht erkannt: Für die Erkennung von Personen in einer Datenbank von Testbildern wird ein robustes Merkmalsset gebraucht, um die menschlichen Formen sauber zu unterscheiden.

In [DaTr] wird dies berücksichtigt und es wird gezeigt, dass sogenannte lokal normalisierte Histogram of Oriented Gradients HOG Deskriptoren exzellente Ergebnisse im Vergleich zu anderen existierenden Merkmalssets liefern.

Bei dieser Methode wird das Bild in Zellen eingeteilt und ein lokales 1D-Histogramm von Richtungsgradienten und Kantenorientierungen über die Pixel einer Zelle berechnet. Die 1D- Histogramme werden dann miteinander kombiniert und bilden die endgültige Darstellung. Hiermit ist dann das Detektionsfenster oder Bild in ein Raster von sich überlappenden Blöcken eingeteilt, in welchen HOG-Merkmalsvektoren extrahiert wurden. In [DaTr] werden die Ergebnisse mit den folgenden Verfahren verglichen: Die Information über die Absicht einer Person wie z.

Für die Ermittlung der Kopfstellung werden neurale Netzwerke bzw. Hierbei werden mehrfache Kameras an den vier Ecken eines Seminarraumes verwendet. Für jedes Video einer einzelnen Kamera wird die Kopfstellung mit Hilfe eines neuronalen Netzwerks ermittelt, wohingegen die Einzelergebnisse mit Hilfe eines Bayes-Filter-Systems zu einem gemeinsamen Ergebnis kombiniert werden.

Hierbei wurde die Position des Kopfes als bekannt angenommen. In [LaBr06] wird die Position als nicht bekannt angenommen und gemeinsam mit der Kopfstellung in einem Partikel-Filter ermittelt. Auch hier werden mehrfache Kameras eingesetzt. Für die Lokalisierung des Kopfbereichs wird ein 3D-Modell verwendet, das den Kopf- und den oberen Rumpfbereich beinhaltet.

Diese Systeme setzen allerdings eine zu installierende Infrastruktur im jeweiligen Gebäude voraus. Den sich daraus ergebenden Kosten für die Installation, Kalibrierung, Aktualisierung und Wartung stehen eine je nach System hohe Präzision und Verfügbarkeit gegenüber. Bei erstgenannten Systemen wird die Positionsbestimmung von einer zentralen Instanz durchgeführt. Daher stehen die Positionsdaten aller aktiven Nutzer einer Lokalität zentral zur Verfügung. Clientbasierte Systeme nutzen die installierte Infrastruktur nur zur Bestimmung der eigenen Position.

Diesen Systemen ist daher ein Schutz persönlicher Daten inhärent. Die eingesetzten Technologien umfassen u. Ebenfalls möglich ist die Mitbenutzung von bereits installierter Hardware als Infrastruktur zur Positionsbestimmung, die ursprünglich anderen Zwecken dient, wie z. Bei manchen Systemen muss während sogenannter Offline-Phasen vor dem operativen Einsatz eine Kartographisierung der jeweiligen Lokalität durchgeführt werden.

Wurde eine Änderung oder Erweiterung der Gebäudeparameter wie z. Manche Systeme lösen die Aufgabe der Kartographisierung automatisch s. Im folgenden werden die jeweiligen zum Einsatz kommenden Technologien anhand von kommerziell verfügbaren Systeme und Systemen aus der Forschung anhand der Einteilung in die beiden oben genannten Gruppen der client- und der infrastrukturbasierten Indoor-Lokalisierungssysteme diskutiert.

Tabelle 9 gibt einen Überblick über diese Systeme und die jeweils zum Einsatz kommende Technologie. Beacons , die in den Räumlichkeiten angebracht werden müssen und die Positionsbestimmungsmodule sog. Listeners , die das zu lokalisierende Objekt trägt, nutzen die gleiche Form von Hardwaremodul.

Die Listeners sind mit Hosts z. Die Infrastruktur besteht aus Beacons, die üblicherweise an den Decken des auszustattenden Gebäudes angebracht werden.

Diese Beacons senden wiederholt zwei Signale aus: Listeners, die sich in Sichtweite befinden, empfangen beide Signale und über den Laufzeitunterschied TDoA zwischen Eingang der Funkdatenübermittlung und Ankunft des Ultraschallimpulses kann die Entfernung zu den Beacons bestimmt werden. Dabei werden an zwei Punkten in einem Gebäude, die möglichst weit auseinanderliegen, zwei Funkwellentransmitter in die Steckdose gesteckt.

Einer der Sender generiert ein khz Signal, der andere ein 33 khz Signal. Für einen Prototyp dieses Systems wurden handelsübliche Signalgeneratoren verwendet, die Elektriker einsetzen, um in der Wand verlegte Kabel verfolgen zu können. Die Stromleitungen der Hauselektrik fungieren nun als Antennen, die Wechselfelder an die Umgebung abgeben. Ein kommerzieller Empfänger zur Detektierung für diese Frequenzen wurde modifiziert, um beide Signale empfangen zu können und mit einem Computer verbunden.

Durch Referenzbildung der unterschiedlichen Empfangsstärke der beiden Funksignale an verschiedenen Positionen in den Räumen des Gebäudes wird eine Karte erstellt, die eine Navigation erlaubt. Voraussetzung hierfür ist, dass die verschiedenen Phasen der Gebäudeelektrik miteinander kapazitiv gekoppelt werden, um eine Ausbreitung der Funkwellen im gesamten Haus zu 66 Institut für Kommunikation und Navigation. Das Abgleichen der ca. Es wurden Messungen in acht verschiedenen älteren und modernen amerikanischen Häusern durchgeführt.

Das Active Badge selbst, das eine Person sichtbar am Körper trägt, sendet alle 10 Sekunden einen eindeutig identifizierbaren Infrarotimpuls aus. In einem Netzwerk verbundene Infrarotdetektoren, die in den einzelnen Räumen eines Gebäudes angebracht wurden, empfangen und erkennen diese Signale. Pro Raum wird ein Empfänger benötigt, was die Kosten für die zu installierende Infrastruktur niedrig hält. Damit lässt sich zentral feststellen, welche Personen sich in den jeweiligen Räumen aufhalten. Sender mit einer eindeutigen Identifikationsnummer, genannt Bats, werden an den Objekten installiert, deren Position bestimmt werden soll.

Eine Basisstation fordert über ein MHz Funksignal einen Sender über die Identifikationsnummer auf, einen Ultraschallimpuls auszusenden. Die Ultraschallimpulse werden von Empfängern, die an den Decken des Gebäudes angebracht sind, empfangen. Der Sender nutzt zwei Ultraschallemitter, die in unterschiedliche Richtungen weisen und einen Ausbreitungskegel formen, wodurch sogar eine grobe Schätzung der Lage möglich ist. Diese Genauigkeit wird durch ein dichtes Netz der Empfänger erreicht, maximal 15 Empfänger tragen zu einer Positionsbestimmung bei.

Sich schnell bewegende Objekte können häufiger abgefragt werden, als langsamere Objekte. Mithilfe dieser Karte bestimmt ein Empfänger später durch Vergleich die eigene Position. Da die Position der APs und der stationären Sender bekannt ist, kann daraus automatisch eine Karte des Gebäudes erstellt werden, ohne eine aufwändige Offline-Vermessung durchführen zu müssen.

Auch bei Änderungen in der Umgebungsbeschaffenheit Umbau, Umstellen von Möbeln kann auf eine erneute Offline- Vermessung verzichtet werden. Diese sehr kurzen Pulse werden zwar auch an Wänden und Objekten in Gebäuden reflektiert und treffen am Empfänger verzögert zum direkten Signal an, jedoch ist die Pulsdauer so kurz, dass beim Eintreffen der Reflektionen das direkte Signal bereits abgeklungen ist und sich alle nachfolgend eintreffenden Reflektionen klar vom direkten Signal trennen lassen.

Die in den Räumen zu installierende Infrastruktur besteh beim Ubisense-System aus sogenannten Ubisensors von denen typischerweise vier bis sieben Stück pro Raum angebracht werden, die dann eine sogenannte Zelle bilden [StG05]. Die zu lokalisierenden Personen oder Objekte werden mit Ubitags ausgestattet. Alle Komponenten kommunizieren untereinander über einen herkömmlichen Funkkanal. So können auch Pagerfunktionen im Ubitag implementiert werden. Die Ubisensors nutzen dabei zur Positionsbestimmung sowohl TDoA als auch AoA was die Bestimmung von dreidimensionalen Ortskoordinaten bereits mit zwei empfangenden Ubisensors ermöglicht.

Pro Ubitag ist eine maximale Abtastrate von 10 Hz möglich. Ubitags werden dabei als Infrastruktur fest mit den Wänden in einem Raum verbunden und durch zwei Ubisensors, die mobil auf einem Wagen befestigt sind, abgefragt.

Dabei wird ein Algorithmus aufgezeigt, der automatisch im Referenzsystem der Ubisensors die Position der Ubitags bestimmt. Jeder BAP kann dabei in einem von drei verschiedenen Modi betrieben werden, welche sich in der erreichbaren Genauigkeit bei der Lokalisierung unterscheiden. In der höchsten Genauigkeitsstufe kann eine Positionsbestimmung auf ca. Das selbstorganisierende Netzwerk bestehend aus in den Teppich integrierten Microchips kann verschiedenartige Sensorwerte registrieren und selbstständig auswerten.

Dazu zählt auch der Anpressdruck, der sich lokal dort ändert, wo eine Person auf dem verlegten Teppich steht oder sich über diesen bewegt. Im einfachsten Fall wird diese Druckänderung z. Der Bedarf an Ortung von Schienenfahrzeugen ist historisch gewachsen und resultiert primär aus der notwendigen Regelung von Zugfolgen und der Gewährleistung von Abständen, um Kollisionen zu vermeiden. Die höchste Effizienz bei der Betriebsabwicklung des Schienenverkehrs wird erreicht, wenn ein Fahren im wandernden Raumabstand unter Einbeziehung des absoluten Bremswegabstandes erfolgt.

Dafür ist es erforderlich, dass kontinuierlich die Positionen der Züge bestimmt und der zugeordneten Betriebszentrale bereitgestellt werden, um rückwirkend auch eine Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Die erreichbare Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems bestimmt dabei den Mindestabstand zweier Züge, der sich als Summe des absoluten Bremsabstands und des doppelten Positionsfehlers ergibt.

Als Grundlage für die folgende Klassifikation wird ein kurzer Überblick über gängige Ortungsbegriffe und Ortungssensoren im Kontext der Zuglokalisierung gegeben Klassifikation von Ortungsmethoden 1. Eigen- und Fremdortung Eine Eigenortung auch als bordautonome Ortung bezeichnet liegt vor, wenn die Positionsbestimmung fahrzeugseitig vorgenommen wird. Von einer Fremdortung wird gesprochen, wenn die Position des Schienfahrzeuges streckenseitig bestimmt wird.

Nah- und Fernortung Wenn für die Positionsbestimmung fahrweggebundene Infrastruktur mitgenutzt wird, wird das Prinzip der Nahortung angewendet. Wird fahrwegunabhängige Infrastruktur genutzt, spricht man von der Fernortung. Abschnitts- und Punktortung Bei der Abschnittsortung ist es ausreichend ist, dass der Streckenabschnitt, auf dem ein Schienenfahrzeug sich befindet, bestimmt wird.

Bei der Punktortung ist eine eindeutige Zuordnung eines Fahrzeugpunktes zu einer streckenseitigen Position gefordert. Kontinuierliche und diskrete Ortung Ist die Positionsbestimmung eines Schienefahrzeuges jederzeit und überall im gesamten Streckennetz gefordert, so wird von kontinuierlicher Ortung gesprochen.

Erfolgt sie nur an bestimmten Wegpunkten des Streckennetzes, liegt eine diskrete Ortung vor. Absolute und relative Ortung Eine absolute Ortung entspricht der eindeutigen Zuordnung eines Fahrzeugpunktes zu einer streckenseitigen Position.

Bei der relativen Ortung wird die Position des Schienenfahrzeuges aus einer diskreten Ortung und einer relativen Wegmessung abgeleitet. Topologische und geographische Ortung Bei der topologischen Ortung wird die Zugposition in Bezug zu existierenden Streckenatlanten verwaltet.

Eine geographische Positionsangabe liefert die Koordinaten in einem spezifizierten Koordinatensystem Ortungssensoren Eine restriktive Handhabung des Begriffes Ortungssensor impliziert, dass der genutzte Sensor die Position des Schienenfahrzeuges möglichst jederzeit und überall bestimmen kann.

Dies ist jedoch bei den meisten Sensoren nicht gegeben. Entsprechend der spezifischen Funktionalität ist eher eine kombinierte Nutzung verschiedener Sensoren notwendig, um die absolute Position eines Zuges kontinuierlich bestimmen zu können. Ein Lösungsansatz betrifft die Kombination von streckenbezogener Punktortung absolut, diskret und fahrzeugseitiger Relativortung relativ, kontinuierlich.

Dafür geeignete Sensoren sind in Tabelle 10 und Tabelle 11 aufgelistet. In den Kapiteln bis erfolgen Detailbeschreibungen ausgewählter Sensoren. Überwachungssignal eines Bahnübergangs bzw. Signalisierungen; Universalbalisen ermöglichen auch den Empfang von Daten des Schienenfahrzeuges Ortskoordinaten der Bake wird an Schienenfahrzeug übertragen; auch Auslegung als Infrarot-sender und Empfänger zum bidirektionalen Datenaustausch Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Anwendungspotenzial Galileo im Verkehr Dr.

Galileo Systemaufbau und Mehrwert Dr. Juni im Staatsarchiv Darmstadt. Hochschule für Technik Rapperswil 6. November und Physikalische. Galileo Wofür braucht es die vielen Satelliten? Tatsächlich sind es aber nur sechs - und davon. Mai Sentinel-1 Mission Mission: Galileo in der Fahrzeugnavigation Dr. Feldpositionen genauer und sicherer ansteuern Wie genau ist genau genug?

Mit der Gründung von Airbus Safran. Roadmap für die Endgerätesensorik für Galileo Pictures: November in Konstanz Dr. Global Navigation Satellite Systems Gliederung 1. Bedeutung der Satellitennavigation für die künftige Nutzung des Radars Dr.

Martin Sandler in innovative navigation GmbH Leibnizstr. Satellitennavigation Effizienzsteigerung bei gleicher Sicherheit im Schienenverkehr Dr. Januar , Murten U. Satellitenkonstellation, Karte mit Wegpunkten, Reisestatistik, Höhenprofil Die Inklination beträgt etwa 50, dadurch werden die Polargebiete.

Die deutsche Galileo Test- und Entwicklungsumgebung Dr. Weltraumtechnologien für die Zivilluftfahrt oder: Luftfahrttechnologien für die Raumfahrt? Rudolf Dieterle, Direktor Bundesamt für Strassen www. GNSS Worum geht es?

Chancen und Nutzen von Galileo. Download "Chancen und Nutzen von Galileo. Christoph Beltz vor 3 Jahren Abrufe. Satellitennavigation im Verkehr Vortrag OV Z21 7. Lugert, Head of Ground Facilities Mehr. Globale Navigations Satelliten Mehr. September , Windeck-Schladern Mehr. Software für Satellitensysteme Subsysteme: Galileo zeigt uns den weg - wohin? Juni Matthias Becker Mehr. Integrität, Zuverlässigkeit Ergänzung Mehr. Moderne Überwachungssysteme sorgen dafür. Galileo ist das in der Entwicklung befindliche Satellitennavigationssystem der Europäischen Mehr.

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