Technische Beschreibung

 

Abbildung 2: Signalverarbeitungskette Analog

Jede Empfangseinheit des BlackFIR Systems besteht aus einer Anordnung von mehreren Antennenelementen. Über das 1- und 2-dimensionale Array kann sowohl der Azimut als auch die Elevation bestimmt werden.

Die empfangenen Signale werden über einen Mehrkanalempfänger in das Basisband gemischt und von einem Analog-Digital-Umsetzer abgetastet.

Der digitalisierte Datenstrom wird in einem FPGA (Field Programmable Gate Array) gefiltert und einem Downsampling unterzogen.

Abbildung 3: 2D-Music Spektrum

Abbildung 4: Wismit µ

Die Winkelschätzung beruht auf den bekannten Algorithmen wie ESPRIT und MUSIC, welche auf einem DSP implementiert sind und somit sowohl eine hohe Performance gewährleisten als auch hohen Echtzeitanforderungen genügen.

Für die Laufzeitmessung werden Nanoloc-Chips bzw. von Projektpartnern entwickelte Systeme verwendet.

Anwendung

Das Lokalisierungssystem ist in zahlreichen technischen Variationen sowohl im Innen- als auch im Außenbereich einsetzbar:

• Logistik und Sicherheitssysteme
• Rettungssysteme
• Freizeit und Lifestyle
• Fahrzeugtechnik
• Produktion
• Telemetrie und Sensornetzwerke
• Robotik
• Fahrerassistenzsysteme
• Arbeitsorganisation

Zurzeit bieten wir einen 5,9 GHz, einen 2,45 GHz- und einen 868 MHz-Systemaufbau als Grundlage für eine Anpassung an verschiedene Einsatzgebiete an.

Mit Hilfe von unterschiedlichen Projekten zu Logistik- und Sicherheitsanwendungen sammelte das Fraunhofer IIS bereits Erfahrungen im Einsatz von Lokalisierungssystemen.

Angebot

Um kundenspezifische Anforderungen im Hinblick auf Genauigkeit, Zeitverhalten, Anwendungsbereich und Kosten erfüllen zu können, enthält unser Angebotsspektrum verschiedene skalierbare Lokalisierungssysteme. Diese können auf die individuelle Zielumgebung abgestimmt werden. Als unser Partner haben Sie den Vorteil bester Information über mögliche Anwendungsbereiche und den Markt. Starke Technologiepartner mit fundiertem Expertenwissen gewährleisten einen erheblichen Markterfolg. Betrachten Sie uns als Ihre ausgelagerte Entwicklungsabteilung. Mit unserer Erfahrung und unserem Wissen auf dem Gebiet der Lokalisierung stehen wir Ihnen gerne zur Seite.

Mit dem BlackFIR 2.4-Devolopment-Kit für Echtzeitortung stellt Fraunhofer eine Plattform zur Verfügung, mit der Sie verschiedenste Anwendungsszenarien für die Lokalisierungstechnologie vor Ort in Ihrem Umfeld erproben können. Das bedienerfreundliche Plug- & Play-System erlaubt Ihnen das Kit nach einfacher Installation sofort in Betrieb zu nehmen und die Technologie unter realen Bedingungen zu testen.

Zellenbasierte Ortung

 

Abbildung 5 - Zellenbasierte Lokalisierung mit BlackFIR

Das zellenbasierte Lokalisierungssystem besteht aus mehreren BlackFIR Empfängern und einer Netzwerkinfrastruktur. Die Winkelschätz- und Entfernungswerte werden über das Netzwerk an einen zentralen Server gesendet, woraufhin aus den Messdaten die Position des Objektes ermittelt wird. Um diese noch präziser bestimmen zu können, kann das zellenbasierte Lokalisierungssystem mit den Wismit V3 Basisstationen kombiniert werden.

Single Point Locator

Für die BlackFIR Systeme, die neben der Winkelschätzung auch Laufzeitmessung zum TAG durchführen können, wie zum Beispiel das BlackFIR 2.4 oder das BlackFIR 5.9besteht die Möglichkeit auch als sogenannte Single Point Locator installiert zu werden. In diesem Falle genügt eine Empfangseinheit um Objekte in einem Radius von ca. 100 Metern zu orten. Die Position des Objektes kann direkt auf der BlackFIR Empfangseinheit berechnet werden.

Der Vorteil dieser Anwendung ist der sehr geringe Instrumentierungs- und Konfigurationsaufwand.

Abbildung 6 & 7: Installation eines SPL zur Ortung auf der Apron

Mit dem BlackFIR 2.4-Development-Kit hat das Fraunhofer IIS ein Single Point Locator entwickelt, mit dem Sie die Implementierung von Lokalisierungstechnologie in ihrem Umfeld erproben können.

Eigenlokalisierung

Für die Ortung von Fahrzeugen auf großen Infrastrukturen, wie z.B. Lagerhallen, kann das zu ortende Fahrzeug mit einer BlackFIR Empfangseinheit ausgestattet werden und die Sender als Landmarken in der Infrastruktur verteilt werden.

Derselbe Ansatz wird im Bereich der Fahrerassistenzsysteme bzw. Eigenlokalisierung von Fahrzeugen, wie z.B. Gabelstaplern in Lagerhallen, verwendet.

Derzeit werden drei verschiedene BlackFIR Technologien am Fraunhofer Institut entwickelt und zum Teil als Produkte angeboten:

BlackFIR 868

Einsatzgebiete der BlackFIR 868 Technologie sind z.B. Flughäfen und Fabrikhallen. Die Ortung von außen in ein Gebäude hinein ermöglicht eine Lokalisierung von Personen, wie z.B. Einsatzkräften, die sich im zu ortenden Gebäude befinden.

Ermöglicht wird dies durch die Verwendung eines 868 MHz Frequenzbandes, welches mit einer Genauigkeit von etwa drei bis vier Metern, komplexe Gebäudestrukturen mit ungünstigen Baumaterialien, wie z.B. metallbedampften Fassaden, durchdringen kann.

Diese Technologie basiert auf 1-Dimensionaler Winkelmessung, die mit Inertialsensorik kombiniert ist. Zusätzlich kann der 868 MHz Kanal zur Kommunikation zwischen den Personen innerhalb und außerhalb eines Gebäudes verwendet werden.

BlackFIR 2.4

Abbildung 9: BlackFIR 2.4 Empfänger

Die BlackFIR2.4 Technologie basiert auf Winkelschätzung in Kombination mit einem auf Nanoloc Modulen basierenden Laufzeitverfahren.

Zur Ortung wird der Wismit µ TAG verwendet, welcher mit der Wismit V3 Basisstation kombiniert werden kann.

Als Messsignal für die Winkelmessung kann anstelle des Wismit µ TAGs auch ein WLAN bzw. Bluetooth basiertes TAG verwendet werden. Dies ist aufgrund des modularen Aufbaus und der Verwendung des 2.4 GHz ISM Bandes möglich.

BlackFIR 5.9

Abbildung 10: BlackFIR 5.9 GHz Antenne

 

Abbildung 11: BlackFIR 5.9 GHz Hardware-Komponenten

BlackFIR 5.9 ist die derzeit neueste Technologie der BlackFIR Familie. Sie verwendet das 5.6-5.9 GHz Band und ist aufgrund der geringen Abmaße bestens für den Einbau in Fahrzeugen geeignet. Aufgrund des zweidimensionalen Antennenarrays kann mit diesem System neben Azimut auch die Elevation bestimmt werden.

Das BlackFIR 5.9 findet in Fahrerassistenzsystemen und in der Eigenlokalisation von Fahrzeugen, wie z.B. Gabelstaplern, Gebrauch.