26.04.2021
Journal Beitrag zum Thema Laborbasierte Evaluierung der passiven Objekterkennung und Lokalisierung basierend auf Mehrwegeinformationen
Umgebungsrekonstruktion auf Basis der Kanalimpulsantworten und Erstellung einer Heatmap mittels elliptischen Modell
Die Verwendung von intelligenten und vernetzen Geräten und Sensoren ist ein massiver Trend in unser heutigen Gesellschaft. Neben der drahtlosen Kommunikation erlaubt die Interpretation der physikalischen Eigenschaften von Kommunikationssignalen eine Gewinnung von geometrischen Beziehungen zwischen den Sensoren. Neben etablierten aktiven Positionierungsansätzen, bei denen alle Objekte oder Personen Transponder tragen müssen, eröffnet die gerätefreie passive Lokalisierung neuartige Potentiale für eine Vielzahl von Anwendungen. Weiterhin führt die Mehrfachnutzung von drahtlosen Signalen zu effizienten und hybriden Telematiksystemen.
Erreicht wird dies durch die Überwachung von Änderungen des empfangenen physikalischen Signals innerhalb des Kommunikationskanals, zum Beispiel mit Hilfe von Mehrwegeinformationen des Kanals. Dabei werden die durch Reflexionen am Zielobjekt verursachten zeitverzögerten Signalanteile ausgewertet (siehe Abbildung 1). Dieser Ansatz ist vergleichbar mit radarähnlichen Systemen.
Abbildung 1: Signalausbreitung in verschiedenen Ausbreitungsszenarien sowie die daraus resultierenden Kanalimpulsantworten (qualitativ)
In unserer durchgeführten Arbeit entwerfen wir eine Methode zur Umgebungsrekontruktion basierend auf der Kanalimpulsantwort und vergleichen diese mit anderen bekannten Methoden zur passiven Lokalisierung.
Dazu wird ein kommerziell verfügbares Ultra-wideband Lokalisierungssystem zur Validierung der entwickelten Methode verwendet. Die gewonnenen Signal-Rohdaten werden zur Erstellung einer Heatmap der Ausbreitungsumgebung verwendet (siehe Abbildung 2).
Abbildung 2: Umgebungsrekonstruktion auf Basis der Kanalimpulsantworten und Erstellung der Heatmap mittels elliptischen Modell
Zur Untersuchung und Validierung möglicher Einflussgrößen, werden unterschiedliche Konstellationen und Objekte in der rekonstruierbaren Umgebung des Reflexionsfreien Raums der Professur durchgeführt.
Zusammenfassend präsentiert unser Journal-Beitrag Lab-Based Evaluation of Device-Free Passive Localization Using Multipath Channel Information ein Proof-of-Concept der passiven Objekterkennung und Umgebungsrekonstruktion, basierend auf reinen Kommunikationssignalen, welche parallel für den Datenaustausch genutzt werden. Dabei kann der vorgestellte Ansatz ohne zusätzliche Hardwareaufwände in bereits installierte drahtlose Sensornetze integriert werden.
Besonders im Hinblick auf aktuelle Trends der drahtlosen Vernetzung (zum Beispiel 5G/6G oder lichtbasierte Kommunikation) und der einhergehenden Erschließungen breiterer Frequenzbänder, können solche Remote Sensing Ansätze Telematiksysteme maßgeblich und nachhaltig verändern. Neuartige Anwendungsbereiche in zukünftigen Mobilitätssystemen, zum Beispiel die vernetzte Flugzeugkabine, Smart Parking oder in der Logistik, werden so erschlossen.