Satellitenbasierte Lokalisierungssysteme wie das US-amerikanische GPS oder das europäische Galileo gehören heute dank „smarter“ Mobiltelefone zu unserem Alltag – zumindest unter freiem Himmel. Im Gebäudeinneren ist die Positionsbestimmung mangels Satellitensignalen nicht möglich, wäre aber insbesondere für Rettungskräfte oder die Industrie sehr vorteilhaft. Forscher der TU Graz entwickeln alternative Technologien und setzen auf reflektierte Funksignale. Mit der Förderung PRIZE des BMWFW baut das Grazer Team nun einen Prototyp ihres „virtuellen“ Satellitensystems für das Mobiltelefon.
Wir sind heute daran gewöhnt, überall zuverlässig unseren genauen Aufenthaltsort per Mobiltelefon bestimmen zu können – satellitenbasierten Lokalisierungssystemen wie GPS sei Dank. Im Straßenverkehr, beim Stadtbummel oder bei Ausflügen in der Natur funktioniert das meist einwandfrei. Sobald man aber ein Gebäude betritt, sind die Satellitensignale nicht mehr vorhanden. „Besonders Rettungskräfte, die Industrie oder jegliche Einrichtungen mit erheblichen Besucherströmen würden enorm von der exakten Positionsbestimmung von Personen und Objekten in Innenräumen profitieren“, weiß Klaus Witrisal vom Institut für Signalverarbeitung und Sprachkommunikation der TU Graz. „Allerdings braucht es dann oft eine Genauigkeit im Zentimeterbereich“. Gemeinsam mit Paul Meissner, Erik Leitinger und weiteren Kollegen der TU Graz entwickelt er neue Konzepte für exakte, zuverlässige Innenraum-Lokalisierungssysteme.
„Virtuelle“ Satellitenkonstellation
„Vereinfach gesagt ist unser Lösungsansatz eine ‚virtuelle‘ Konstellation von Satelliten. Wenn wir die Geometrie des Gebäudes kennen, beispielsweise aus einem Gebäudeplan, können wir die von Wänden reflektierten Funksignale als Informationsquelle nehmen, mehrere Pfade nachvollziehen und die Position zentimetergenau bestimmen“, erklärt der Forscher. Ein wesentlicher Vorteil der erprobten Technologie: Sie lässt sich in mobile Endgeräte integrieren. Klaus Witrisal erläutert: „Die verwendeten Funksignale können Kleidung und Objekte durchdringen und über größere Distanzen übertragen werden. Zudem lassen sich Sender und Empfänger günstig bauen und mit geringem Stromverbrauch betreiben“. Die Grazer Technologie hat noch einen weiteren entscheidenden Vorteil: Sie lässt sich anders als bisherige Versuche zur Innenraum-Lokalisierung nicht durch blockierte Sichtverbindungen oder sich überlagernde Signalreflexionen stören, weil auch reflektierte Signale aktiv verwendet werden.
Unsicherheiten automatisch berücksichtigt
Die wesentliche Erfindung der Grazer, die sich momentan in der Patentierungsphase befindet, ist die automatische Schätzung der durch die reflektierten Funksignale bedingten Informations-Unsicherheiten. „Eine Leichtbauwand reflektiert ein Funksignal wesentlich schwächer als eine Wand aus Stahlbeton“, gibt Paul Meissner ein Beispiel. Parameter, die aus den Funksignalen extrahiert werden, erlauben die optimale Kombination der verschiedenen Signalpfade der Funkreflektionen. Das Konzept der Grazer Techniker braucht keine Kenntnis der Baumaterialien und keinen zentimetergenauen Bauplan. Es berücksichtigt solche Informationen und Unsicherheiten automatisch und direkt bei der Lokalisation.
Was relativ einleuchtend klingt, war bislang nur im Versuchsaufbau am Institut für Signalverarbeitung und Sprachkommunikation der TU Graz möglich. Im Februar 2015 wurde das Projekt mit der Prototypenförderung PRIZE des BMWFW bedacht – die Forscher tüfteln nun an der Integration der Technologie in mobile Endgeräte.
(Technische Universität Graz, 12.02.2015 – AKR)
