Lokalisierung und Navigation

Integrierte Schaltungen
FRAUNHOfER Institut
115
Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Lokalisierungs-Technologien des IIS
• SatNav-Receiver-Technologien (GPS, GLONASS,
EGNOS, GALILEO)
• WLAN-Indoor-Lokalisierung
Lokalisierung und Navigation
• Hochauflösendes Mikrowellen-Ortungssystem mit
zentraler Bestimmung der Positionslösung
(Outdoor/Indoor)
• Inertialsensorik zur Stützung und Verbesserung
anderer Navigationsverfahren, zur Schrittdetektion,
Navigation von autonomen Fahrzeugen/Robotern
und für Anwendungen in der Medizin (Orthopädie)
Beteiligte Abteilungen
– Leistungsoptimierte Systeme (Günter Rohmer)
– IC Design Digital (Karlheinz Ronge)
– Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik (Thomas von der Grün)
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Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Low Power GPS/EGNOS Empfänger (ESA)
Assisted GPS/EGNOS receiver: System Overview
Digital Signal
Processing
Digital Hardware
EGNOS Server
(Rx or IP)
Digital Baseband Processing
12+3 Channels
PVT
Low IF 2 bit
GPS/EGNOS
NAVsolution
SW
Baseband
Signal
HW
EGNOS
SW
SoC DSP
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ASIC
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Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
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Indoor-Navigation
Indoor-Navigation
Anwendungen
ƒ Location Based Services für Messen
ƒ Patientenüberwachung in
medizinischen Umgebungen
ƒ Seamless Navigation durch
Kombination von GPS und WLAN
ƒ Integration von Lokalisierung und Kommunikation
auf der Plattform einer kommerziellen PC-Karte
Lösung
ƒ Durch Nutzung existierender Kommunikationsinfrastruktur (WLAN/DECT)
ƒ Reine Softwarelösung
Grundlagen
ƒ Access Points senden mit bekannter Sendeleistung
ƒ Mobile Clients analysieren Empfangsfeldstärke:
Received Signal Strength Indicator (RSSI)
ƒ RSSI ist abhängig von der Distanz Access Point –
Mobile Client
ƒ RSSI ist abhängig von Dämpfungs- und Reflexionscharakteristika der Umgebung (Wände, Tische, ...)
Vorgehensweise
ƒ RSSI-Referenzwerte werden ermittelt an
ausgewählten Orten – durch Messung oder Prädiktion
ƒ Position wird bestimmt durch Vergleich von
Messungen mit Referenzwerten
–
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Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Empfänger1
Systemkonzept (1)
Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Systemkonzept (2)
Empfänger2
Empfänger1...n
Referenzsender
Infrastruktur außerhalb des Spielfeldes
Antenne
2,4 GHz
Sensoren
Empfänger: Antenne und HF-Teil
Powermanagement
Digitale Empfängereinheit
und Sensorschnittstelle
+
Digital-IC
Akku /
Batterie
Zentrale Einheit
Senderm
Sender1
Analog-IC
Stadionnetz
Schleife für induktive
– System Kalibrierung
– System Steuerung
– Positionsrechnung
– Datenbank
– Echtzeitauswertung
für Schiedsrichter
– Schnittstelle zu
weiteren Endgeräten
Ladung und
Programmierung
Miniatursender
mech. Aufbau und Integration
Lade- und
Programmierstation
Empfänger3
Referenzsender
Sender in Schienbeinschoner
Sender im Fußball
Zentrale Recheneinheit
Graphische
Benutzeroberfläche
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TOA-Werte
Rechnerplattform und interne Vernetzung
Fußballstatistik
Empfänger-Netzwerk
Funkübertragung
Ablauf
und Signale
Empfängern
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-
Verteilung der Rechenleistung, Redundanzkonzept
Positionsdaten
Verarbeitungskette in Software
Datenhaltung und Übergabeschnittstelle
Bedienung und Monitoring
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Online-Selbstbewertung / Echtzeitschiedrichter
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Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Plattformen und Ziele
Inertialsensorik
• Plattformen: Volksbot und Robertino des AIS
3 dimensionaler Rotationssensor
(aufgebaut vom IIS)
• Autonome Roboter können über WLAN kommunizieren
und Aufgabenteilung vornehmen (verteilte Intelligenz)
• Durch Gebäudeplan und WLAN-Lokalisierung entfällt das
Einlernen des Gebäudes. Der Roboter erhält über WLAN
den Gebäudeplan und nimmt über WLAN Grobortung
vor. Die Fein-Ortung erfolgt optisch oder per
Inertialsensorik und Ultraschallsensoren.
Ziel:
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Kombination der IIS-Lokalisierungs-Technologien für
Seamless-Navigation autonomer System in Anwendungen wie
z.B. selbstfahrende Rasenmäher, Staubsauger etc.
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– Anwendung: Fußgängernavigation, medizinische
Orthopädie
– RS232 Ausgang mit 115kbps
– 2-Draht Interface mit Taktraten bis 400 kHz
– 16 bit AD-Umsetzer
– 360 0 Drehungen auf allen 3 Achsen möglich
– Versorgungsspanung: 3.3 – 5 V
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Abteilung: Leistungsoptimierte Systeme
Zusammenfassung und Ausblick
– Navigation Indoor und Outdoor mittels:
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–
–
–
GPS und Galileo
WLAN
IIS proprietären ISM-Band-Signalen
Datenfusion:
GPS+WLAN+Bildauswertung+Inertialsensorik
– Für u.a. folgende Anwendungen:
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–
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Personal Navigation
Professionelle und industrielle Anwendungen
Autonome Systeme
Medizinische Anwendungen
(Patientenüberwachung & Patientenschutz,
Rehabilitation)
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