Selbstkalibrierende Lokalisierung

Durch die Telocate-Gründer wurden im Rahmen ihrer Forschung an der Universität neue Verfahren entwickelt, mit denen die manuelle Vermessung von Referenzpositionen bei der Lokalisierung mit Funk- oder (Ultra-) Schallsignalen, auch bekannt als ToA/TDoA-Lokalisierung entfällt. Die Referenzpositionen werden während des Betriebs eines selbstkalibrierendes Lokalisierungssystems automatisch aus den gesammelten Daten errechnet, ohne dass der Anwender sich darum kümmern muss. Selbstkalibrierende ToA/TDoA-Algorithmen ersparen daher erheblichen Installationsaufwand.

Zur Demonstration der praktischen Machbarkeit von Selbstkalibrierung entwickelten die Gründungsmitglieder von Telocate ein Ultraschallsystem, mit dem ein beweglicher Sender auf bis zu 5 cm genau geortet werden kann, ohne dass zuvor die Referenzpositionen von Empfängern festgelegt werden müssen. Die Selbstkalibrierung wird im Smartphone-Lokalisierungssystem Telocate ASSIST erstmals kommerziell zum Einsatz kommen.

Die folgenden Videos demonstrieren den Einsatz von Selbstkalibrierung auf einem ferngesteuerten Modellauto.

Particle Filtering: Verfolgung eines kontinuierlich bewegten Ultraschallsenders, basierend auf Particle Filtering von TDoA-Signalen. Durch probabilistische Modellierung der Sender und Empfänger wird hohe Zuverlässigkeit der Empfänger-Initialisierung, sowie eine präzise Schätzung der Senderposition erreicht.

Cone Alignment: Verfolgung eines Ultraschallsenders mittels TDoA-Signalen. Der Sender ist auf einem ferngesteuerten Auto befestigt, welches auf einem beliebigen Pfad fährt. Die Positionen der Empfänger sind anfangs unbekannt. Der Cone Alignment-Algorithmus, eine iterative Feder-Masse-Simulation, berechnet sowohl die Empfängerpositionen (grün), als auch die des Ultraschallsenders (rot).

Literatur

Für den interessierten Leser finden sich in den Publikationen der Telocate-Gründer weiterführende Informationen (nur auf englisch):

• Johannes Wendeberg, Fabian Höflinger, Christian Schindelhauer, and Leonhard Reindl. Calibration-Free TDOA Self-Localization. Journal of Location Based Services, 2013. (pdf, doi)
• Johannes Wendeberg, Jörg Müller, Christian Schindelhauer, and Wolfram Burgard. Robust Tracking of a Mobile Beacon using Time Differences of Arrival with Simultaneous Calibration of Receiver Positions. In Proceedings of 2012 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2012. (pdf, doi)
• Johannes Wendeberg. Calibration-Free Localization using Time Differences of Arrival. PhD thesis, University of Freiburg, 2013. (pdf)