Indoor-GPS-Alternative: Zentimetergenaue Lokalisierung mit USB-Sticks

Orte ohne direkte Sichtverbindung zu GPS-Satelliten, z.B. in Gebäuden, benötigen alternative Lösungen für Ortung und Navigation. Fraunhofer-Forscher haben eine »RTLSflares« (Real Time Location System) genannte Lösung in USB-Sticks entwickelt, die eine präzise Indoor-Lokalisierung erlaubt.

RTLSflares Bildquelle: © Matthias Leitzke

Das Exponat im Science Center phaeno Wolfsburg basiert auf der RTLSflares-Technologie des Fraunhofer IOSB-AST.

Die 58x25x10mm großen Sticks beinhalten einen Mikrocontroller, einen Funkchip, eine Inertialmesseinheit sowie eine USB-Schnittstelle und die Lokalisierungssoftware. Vier Sticks in Räumlichkeiten reichen aus, um ein drahtloses Adhoc-Netzwerk mit 100 Meter Reichweite aufzubauen und ein Objekt mit einem fünften Stick im Gebäude zentimetergenau in Echtzeit zu orten. Die Sticks versenden Ultra-Breitbandsignale (UWB). Deren Laufzeit wird gemessen und erlaubt eine Positionsbestimmung auf der  X-, Y- und Z-Achse.

»Mithilfe von UWB-Signalen lässt sich die Position eines mobilen Geräts durch Messen von Laufzeitunterschieden eines ausgesandten Signals zu verschiedenen, im Raum fest installierten Geräten bis auf wenige Zentimeter genau bestimmen«, sagt Norbert Fränzel, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB.

RTLSflares Bildquelle: © Fraunhofer IOSB-AST

RTLSflare als USB-Stick.

»Allerdings ist es nötig, die exakte Position der Fixpunkte im Raum zu kennen, um davon die relative Position des mobilen Geräts ableiten zu können.« Hierfür haben die Forscher ein Verfahren entwickelt, bei dem sich die Fixpunkte automatisch einmessen. Die einzelnen Sticks konfigurieren sich quasi selbständig und sind leicht an bestehende Anwendungen anzupassen. Betrieben werden sie über handelsübliche Powerbanks oder USB-Netzteile. »Denkbar ist es auch, die RTLSflares in der Mensch-Maschine-Kooperation einzusetzen, indem sowohl die Werker als auch ein Schwerlastroboter damit ausgestattet werden«, so Fränzel.

Für industrielle Demo-Anwendungen bietet das Fraunhofer IOSB-AST Evaluationskits an, die neben fünf RTLSflares (Real Time Location System) eine Kurzanleitung und Treiber umfasst. Bei Interesse kann ein Set für mehrere Wochen kostenlos getestet werden.  Interessierte können die RTLSflares im Rahmen der Sonderausstellung »Zeit« im Science Center phaeno Wolfsburg besuchen. Dort wird mithilfe der Lokalisationslösung die Funktionsweise von GPS veranschaulicht. Die Ausstellung läuft noch bis zum 3. Februar 2019.