UWB-Funktechnologie als Alternative zu GPS Flexibles Real-Time Lokalisierungssystem (RTLS)

Anbieter zum Thema

Stettbacher Signal Processing AG

Sick AG

SCHURTER AG

FAULHABER SA

Stettbacher Signal Processing AG vertreibt seit einigen Jahren ein eigenes auf UWB- basierendes, zentimetergenaues Lokalisierungssystem. Die Geräte wurden in der Vergangenheit ständig verbessert und erweitert. Neu dazu gekommen ist nun – unter anderem – eine systemweite Kommunikationsfunktion.

Die UWB-Funktechnologie (Ultra Wide Band) kann als Alternative oder Ergänzung zu GPS/RTK sowohl im Freien, aber ebenso auch in Räumen, sowie unter Bäumen, Brücken, Vordächern, usw. eingesetzt werden. Der UWB-Anwender verfügt daher über ein eigenes, konfigurierbares und völlig unabhängiges Lokalisierungssystem, beispielsweise für autonome Fahrzeuge, für Tracking- und Steuerungs-Aufgaben, usw.

Ein typisches UWB-System besteht in der Regel aus rasterförmig oder zufällig angeordneten, fix montierten UWB-Ankern im Raum. An jedem Punkt, an dem lokalisiert werden soll, müssen mindestens vier UWB-Anker im Radius von maximal 25 bis 30 m sichtbar sein. Stehen Hindernisse, wie Regale oder Bäume im Weg, so erreicht die Lokalisierung allenfalls nicht die optimale Genauigkeit. Mobile UWB-Tags – zum Beispiel montiert auf autonomen Fahrzeugen – messen die Distanz zu jedem Anker in der Nähe. Sind die Positionen zu mindestens vier Ankern bekannt, so lässt sich in der Folge der Ort des Tags in drei Dimensionen ermitteln. Auf diese Weise lassen sich sowohl Tracking-, als auch Lokalisierungs-Funkionen sehr leicht realisieren.

Bildergalerie

Automatische Synchronisation

Die UWB-Geräte von Stettbacher Signal Processing AG sind so ausgelegt, dass sie gemeinsam ein RTLS bilden. Zu diesem Zweck synchronisieren sich die involvierten Geräte automatisch. In der Standardeinstellung lokalisiert sich jeder Tag fünfmal in der Sekunde.

Es bilden sich demnach 200 ms lange Superframes, in welchen zuerst eine Synchronisation aller Tags stattfindet und anschliessend das eigentliche Ranging. Am Ende des Superframes bleiben einige kBit übrig, die für das Ranging nicht benötigt werden. Diese Bits können neu für eine Meshed-Kommunikation zwischen den Geräten verwendet werden.

Die Bezeichnung UWB kommt daher, dass die Datenübertragung auf sehr kurzen Sendeimpulsen beruht (typisch < 1 ns). Die Bandbreite dieser Pulse ist folglich sehr gross und belegt ein Spektrum von rund 500 MHz (UWB Channel 5). Weil die erlaubte spektrale Leistungsdichte mit -41.3 dBm/MHz (37 μW Sendeleistung) sehr gering ist, entstehen in der Regel keine Interferenzen mit anderen drahtlosen Systemen. Während dem Aufstarten des RTLS vereinbaren die Anker untereinander zuerst ein Zeit-Multiplex-Verfahren.

Anschliessend können sich mobile Tags bei jenen Ankern anmelden, die in ihrer Nähe sind, resp. eine direkte Sichtverbindung aufweisen. Diese Initialisierung wird periodisch wiederholt, so dass die mobilen Tags – wenn sie in Bewegung sind – immer nur mit den nächst gelegenen Ankern verbunden sind. Zu diesen werden nun auch die Distanzen gemessen und daraus die eigene Position und Orientierung bestimmt.

Kommunikation externer Zustände oder Signale

Die neu eingeführte Kommunikationsfähigkeit kann typischerweise dazu verwendet werden, um allen Tags externe Zustände oder Signale zukommen zu lassen. Das kann beispielsweise dazu verwendet werden, um unabhängige autonome Systeme zu koordinieren, den Betrieb eines verteilten Systems zu unterbrechen oder zu synchronisieren, usw. Das bestehende RTLS gewinnt mit dieser Fähigkeit zur Signalisation und Kommunikation erheblich an Flexibilität und kann in jenen Fällen Kosten reduzieren, wo sich eine separate Einrichtung zur Datenübertragung einsparen lässt. Schliesslich braucht das eigens entwickelte RTLS keinen externen Ranging Server, da Tags die Positionen direkt via serielle Schnittstelle an eine übergeordnete Instanz senden.

Präzise Positionsbestimmung

Verbesserte UWB-Lokalisierung

(ID:49984596)