Analyse von phasenbasierten Entfernungsmessungen bei Nicht-Sichtverbindungen und Mehrwegeausbreitung

Motivation

Mit dem InPhase System wurde eine kostengünstige Methode zur Positionsbestimmung in Innenräumen entwickelt.

Speziell in Wireless-Sensor-Networks (WSNs) stellt GPS keine gute Möglichkeit zur Lokalisierung einzelner Knoten dar, da es in Innenräumen nur sehr schlecht empfangen werden kann und des Weiteren auch sehr viel Energie benötigt [3]. Andere häufig verwendete Methoden zur Entfernungsmessung, wie Laufzeitmessungen oder Signalstärkemessungen, haben einige Nachteile. So benötigen Laufzeitmessungen sehr genau synchronisierte Uhren, da die Laufzeiten von elektromagnetischen Wellen in Innenräumen extrem kurz sind. Die Signalstärke von Funkwellen nimmt quadratisch mit dem Abstand ab und somit kann man theoretisch aus der Signalstärke die Entfernung von Sender und Empfänger ermitteln, praktisch ist dieses Verfahren jedoch sehr anfällig gegenüber Umgebungsrauschen und Mehrwegeausbreitung.

InPhase stellt eine Möglichkeit bereit, die schon vorhandenen Funk-Transceiver der Sensorknoten zur Entfernungsmessung zwischen zwei Knoten zu verwenden. Falls ein Knoten die Entfernung zu mehreren anderen Knoten, deren Position bekannt ist, messen kann, so kann er seine eigene Position triangulieren. InPhase benötigt dafür keine spezielle Hardwa- re, da es die interne Phasenmesseinheit der AT86RF233 Funk-Transceiver nutzt.

Aufgabenstellung

Aufgabe dieser Arbeit ist es das InPhase System gegenüber Messfehlern aufgrund von Mehrwegeausbreitung robuster zu machen. Dazu werden im ersten Schritt bestehende Messreihen analysiert und anschließend auf Basis der gemachten Beobachtungen Eigenschaften und Charakteristika von NLOS Bedingungen und Mehrwegeausbreitung formuliert. Diese Eigenschaften sind nötig, um im nächsten Schritt eine automatisierte Erkennung von Fehlmessungen aufgrund von Mehrwegeausbreitung zu ermöglichen. Diese automatische Erkennung wird als Teil der bestehenden InPhase Software-Struktur implementiert und abschließend das so erweiterte InPhase System hinsichtlich seiner Genauigkeit, insbesondere unter Bedingungen mit Mehrwegeausbreitung, evaluiert.

Evaluation

Nach Implementierung der Erkennung von Fehlern durch Mehrwegeausbreitung und Nicht-Sichtverbindungen soll das System hinsichtlich seiner Erkennungsrate von fehlerhaften Messungen evaluiert werden. Um den Einfluss der Erkennung auf das System deutlich zu machen, werden zwei verschiedene Experiment-Aufbauten verwendet: Einmal in einer Umgebung mit möglichst wenig Reflexionen und Mehrwegeausbreitung und einmal ein einer Umgebung mit starken NLOS Effekten. So könnten zum Beispiel im ersten Fall eine offene Fläche im Park und im zweiten Fall Stahlbeton-Korridore, welche die Signale stark reflektieren als Messumgebung gewählt werden. In der Umgebung mit starken NLOS Effekten sollte eine Verbesserung der Messungen sichtbar werden, wohingegen in der Umgebung mit wenig Reflexionen keine starke Veränderung auftreten sollte.

Links

• Hinweise zur Durchführung von studentischen Arbeiten am IBR