Kollaborative Lokalisierung und Orientierungsbestimmung von mobilen Anlagen im Indoor-Bereich
Ziel des Projektes „HATOX“ ist die Entwicklung eines neuartigen Funkfernsteuersystems auf Grundlage der Ultra-wideband (UWB)-Technik. Den Kern des Systems bilden spezielle, neu zu entwickelnde Funkknoten, welche mit einem UWB-Transceiver ausgestattet werden. Durch wechselseitige Laufzeitmessungen der Funksignale (Time-of-Flight, ToF) zwischen ortsfest installierten sowie mobilen Knoten kann die unbekannte Position einzelner Beteiligte ermittelt werden. Hierbei zeichnet sich die UWB-Funktechnik insbesondere durch eine hohe ToF-Messgenauigkeit und günstige Koexistenzeigenschaften zu anderem Funkverkehr aus.
Das anvisierte System soll auf den Ansatz der „kollaborativen Lokalisierung“ auf Basis des ToF-Messverfahrens „Three-Message Double-Sided Two-Way Ranging“ zurückgreifen. Hierbei stellt die kollaborative Lokalisierung eine Erweiterung der kooperativen Lokalisierung dar. Die Kooperation wird dadurch umgesetzt, dass spezielle Knoten, so genannte Host-Tags, die Selbstlokalisation mobiler Objekte erlauben und so gewonnene Positionsinformationen zur Ortung weiterer Knoten genutzt werden können. Darüber hinaus wird die kooperative Lokalisation um Methoden des maschinellen Lernens erweitert. Durch den Rückgriff auf spezielle Kenngrößen der UWB-Signale, soll das charakteristische Fehlerverhalten der UWB-Messungen möglichst präzise erlernt werden können. Hiermit soll der Tatsache Rechenschaft getragen werden, dass die Qualität der Funkmessungen stark von umgebungsabhängigen Faktoren beeinflusst wird. Eine ausschließliche Bildung von statischen Fehlermodellen ist daher häufig nicht ausreichend. Durch Verwendung von KI-gestützter Verfahren zur Erkennung und Korrektur von Messfehlern soll diesem Problem entgegengewirkt und ein zuverlässiger Betrieb des Systems in unterschiedlichen Einsatzumgebungen ermöglicht werden.
Durch die vorgesehenen Verfahren zur kollaborativen Ortung mit KI-gestützter Fehlerkorrektur wird die Abdeckung der Einsatzumgebung mit Funkinfrastruktur vergrößert bzw. eine reduzierte Funkinfrastruktur bei gleichbleibender Fläche benötigt. Die Position mobiler Knoten kann somit auch dort bestimmt werden, wo dies mit klassischen Algorithmen nicht möglich wäre. Zusätzlich wird die Robustheit und Ausfallsicherheit sowie die Genauigkeit des Gesamtsystems erhöht. Mit einem modularen Ansatz in Bezug auf die Entwicklung der Funkknoten ist zudem eine applikationsspezifische Integration zusätzlicher Sensoren, wie beispielsweise Inertialsensorik, vorgesehen. Spezielle Varianten der Funkknoten sollen zudem mit SPS-Funktionen ausgestattet werden.
Anwendungsfälle sind die Ortung von hochspezialisierten Maschinen, Fahrzeugen und/oder Industriefernbedienungen. Hierzu werden die Funkknoten an die entsprechenden Geräte angebracht bzw. in diese integriert. Auch Problemstellungen der Personensicherheit sollen mit dem geplanten System adressiert werden können. Mit Abschluss des Projektes soll ein kostengünstiges adaptives Echtzeit-Funklokalisierungssystem mit reduziertem Installations- und Administrationsaufwand sowie hoher Ortungsgenauigkeit zur Verfügung stehen.
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