MOKOSmart bietet randlose Lösungen zur Positionierung in Innenräumen. Unsere Geräte integrieren BLE, WLAN, LoRa, GPS und Beacon, um genaue Positions- und Bewegungsinformationen mit einer Genauigkeit von unter einem Meter bereitzustellen 2.5 cm.
GPS steht für Global Positioning System. Der Begriff GPS wird korrekterweise mit der Standortbestimmung seiner Nutzer in Verbindung gebracht. Wenn Ihnen jemand GPS erzählt, denken Sie höchstwahrscheinlich darüber nach, wer oder was geortet wird.
Ähnlich definiert sich Indoor-GPS als Ortung ausgewählter Elemente in einem geschlossenen Raum – egal ob groß oder klein. Indoor-GPS-Tracking ermöglicht die aktive oder passive Standortüberwachung markierter Einheiten in einer Anlage oder einem Innenraum.
Im Wesentlichen dienen Indoor-GPS-Funktionen zur Ortung, Zeitmessung, Kartierung und Navigation in Innenräumen wie Einkaufszentren, Flughäfen und anderen Einrichtungen.
Bei Indoor-GPS sind folgende Eigenschaften zu erwarten. Diese Funktionen ermöglichen es Ihnen, eine Vielzahl von Funktionen problemlos auszuführen. Dadurch profitieren Sie von den zahlreichen Vorteilen von Indoor-GPS. Die Funktionen sind:
Der Einsatz von Indoor-GPS-Modulen bietet zahlreiche Vorteile. Diese reichen von den Möglichkeiten bis hin zur deutlichen Steigerung der Genauigkeit von Indoor-GPS. Einige dieser Vorteile werden im Folgenden hervorgehoben:
Wenn es unter anderem darum geht, den Standort von Anlagen zu lokalisieren und zu verwalten, kann ein GPS-Repeater für den Innenbereich sehr nützlich sein. Wir wissen, dass herkömmliche Satellitentechnologie und GPS in geschlossenen Räumen nicht optimal funktionieren und erhebliche Ungenauigkeiten aufweisen. Zu diesen Räumen gehören Flughäfen, Parkhäuser, mehrstöckige Gebäude, Gassen und andere unterirdische Bereiche.
Und hier kommt das Indoor-GPS ins Spiel. Die Tatsache, dass herkömmliches GPS in Innenräumen nicht effizient ist, bedeutet nicht, dass es nicht auch dort wichtig ist, den Standort von Vermögenswerten genau zu bestimmen.
Große Innenräume können besonders schwierig zu durchqueren sein, ganz zu schweigen von der aktiven Ortung von Objekten und Personen. Selbst mit langjähriger Erfahrung in diesen Bereichen kommt es häufig vor, dass Menschen sich in vielen dieser Räume verirren. Stellen Sie sich vor, Sie wären Besucher und würden versuchen, sich ohne ein zuverlässiges System zurechtzufinden. Daher ist Indoor-GPS für Menschen in folgenden Bereichen und Funktionen eine große Hilfe:
Die Indoor-Tracking-Technologie variiert je nach Benutzerpräferenzen, Gerätekosten und Installation. Indoor-Tracking-Technologie nutzt eine Reihe von Geräten, die Objekte und Personen orten, wo GPS und Satellitentechnologie nicht funktionieren. Indoor-Tracking-Lösungen umfassen Wegfindung, Echtzeit-Ortungssysteme (RTLS), Ersthelfer-Ortung und Bestandsverwaltungssysteme.
Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Tracking-Technologien, die bei der Positionsbestimmung in Innenräumen helfen. Diese sind:
Bluetooth-basierte Systeme: Diese Technologie bietet eine drahtlose, stromsparende Hochgeschwindigkeitsverbindung zur Verbindung mobiler Geräte. Sie ermöglicht die drahtlose Verbindung mehrerer Netzwerkgeräte über kurze Distanzen.
Ultrabreitbandsysteme: Diese werden auch als UWB-Systeme bezeichnet. Sie ermöglichen eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von bis zu 20 Zentimetern oder weniger. Sie senden Signale mit geringer Leistung, die andere Spektren nicht stören. Sie nutzen eine spezielle Welle im Funkspektrum, die sich von Polizei- oder Mobiltelefonfunk unterscheidet.
RFID-Systeme: RFID-Standtür-Radiofrequenz-Identifikationssysteme, die Funkwellen zur Datenübertragung nutzen. Die Daten sind in den RFID-Smart-Labels oder -Tags kodiert, was sie vorteilhafter macht als die Barcode-Asset-Tracking-Technologie.
Infrarotsysteme: Bei diesem System wird ein Objekt, das kontinuierlich Infrarotsignale aussendet, am verfolgten Körper befestigt. Die CPU kann mittels Triangulation die Position des ausgesendeten Signals und die Richtung des Empfängers berechnen.
WLAN-basierte Systeme: Dies ist eine einfache Methode zur Standortbestimmung über WLAN. Ein WLAN-Tag überträgt Beacon-Daten an verschiedene Zugangspunkte. Anschließend sammelt der Standortserver die Zeitstempel und übersetzt die Zugangspunktdaten und Zeitstempelinformationen in einen Standort.
Zigbee-Technologie: Diese nutzt RSSI (Received Signal Strength Indicator). Die drahtlose Zigbee-Sensortechnologie nutzt RSSI und ermöglicht dadurch die effektive Positionsbestimmung in Innenräumen und die Nutzung standortbasierter Dienste (LBS). Mithilfe einer Fingerabdruckdatenbank lässt sich die Position einer Person in Innenräumen berechnen.
Beacon-Technologie: Diese Technologie nutzt kleine drahtlose BLE-Sender, um Signale an Empfänger in der Nähe zu senden. Mit diesem System können standortbasierte Interaktionen und die Positionierung präzise und einfach bestimmt werden.
Ultraschalltechnologie: Diese Technologie nutzt ein Ultraschallsystem, das die Position des emittierenden Körpers verfolgen kann. Ultraschallsensoren werden eingesetzt, um die Position des Ultraschallsignals zu verfolgen.
Das Global Positioning System (GPS) erfasst zunächst Satellitensignale, die zur Positionsberechnung verwendet werden. Die Frequenzunsicherheit bei der Positionsberechnung beträgt etwa ±4.2 kHz vom beobachteten GPS-Signal. GPS nutzt Korrelation zur Signalerkennung. Das Spitzensignal verschwindet, wenn die Frequenz der Codeverzögerung falsch ist. Die Signalsuche erfolgt über verschiedene Codeverzögerungen und Frequenzen, sogenannte Bins.
Im Wesentlichen kann ein Empfänger den Standort genau bestimmen, indem er die Entfernung zwischen dem verwendeten Satelliten und Ihnen ermittelt. Für eine dreidimensionale Standortbestimmung benötigen Sie mindestens vier Satelliten. Die Standortbestimmung erfolgt mithilfe der Atomuhr im Satelliten, die die Signalrate multipliziert. Ein Satellit bestimmt die Zeitsignalrate, während drei Satelliten die x-, y- und z-Koordinaten ermitteln.
Signale von Satelliten, die die Erde umkreisen, werden in etwa 20,000 km Entfernung zur Erdoberfläche übertragen. Es ist offensichtlich, dass aufgrund der Entfernung der Verlust durch freies Raumangebot die Signalstärke verringert. Deshalb sind herkömmliche GPS-Signale in geschlossenen Räumen nicht zuverlässig, da der Signalverlust noch größer wird. Deshalb werden für GPS-Positionierungssysteme in Innenräumen GPS-Repeater eingesetzt.
Für die einwandfreie Funktion eines GPS-Geräts ist eine spezielle Antenne erforderlich. Die herkömmliche GPS-Empfängerantenne ist kreisförmig und fungiert als polarisierte Mikrostreifenantenne. Sie arbeitet im L1-Band bei 1575 MHz. Aufgrund der Dielektrizitätskonstante des Substratmaterials (Ɛr = 25) ist sie mit 25 mm x 25 mm recht klein. Im Wesentlichen besteht die Antenne aus leitfähigem Metall, das bei Eintreffen einer elektromagnetischen Welle elektrisch aktiv wird.
Die Kombination mehrerer Systemkomponenten ermöglicht die Aktivierung des Systems. Es enthält verschiedene Elektronikkomponenten, die die GPS-Ziele verfolgen, beispielsweise das Lesen relevanter Signale und das Ausblenden unerwünschter Signale. In der einfachsten Form umfasst das integrierte System einen Signaldecoder, einen Filter und einen Kommunikationsausgang.
Ein System muss in der Lage sein, Informationen zwischen seinen verschiedenen Komponenten zu übertragen, um ein Ziel zu erreichen. Daher wird ein Kommunikationsprotokoll eingerichtet, das mehrere Einheiten am GPS beteiligt. Das Kommunikationsprotokoll informiert das Endsystem bzw. den Benutzer. Ein Beispiel hierfür ist ein Protokoll, das Informationen zu Signalqualität, Koordinaten und Geschwindigkeit abruft.
Die Hardware (physische Komponenten) des IPS bildet das gesamte Indoor-GPS-System. Diese Komponenten sind:
Wie bereits zuvor zu den Antennen erwähnt, wird diese vom herkömmlichen Patch-GPS übernommen. Sie besteht aus einem konischen Aluminiumreflektor, der die Richtung oder Positionierung verbessert.
Diese Hardwarekomponente für das IPS verwendet einige rauscharme Verstärker, die laute Geräusche reduzieren können.
Dies ist praktisch, wenn ein Signalverlust auftritt, und berechnet, wie nützlich der Verstärker im Indoor-GPS-System ist.
Dies ist die Fähigkeit eines GPS-Netzwerks, in Innenräumen optimal zu funktionieren, und die Positionsberechnungsfunktion des Servers. GPS-Satelliten senden in der Regel Daten, die vom verfügbaren Empfänger in Sichtweite des Satelliten klar übersetzt werden können. Die GPS-Konstellation umfasst derzeit 28 Satelliten im Orbit. Um alle Live-Daten zu erhalten, muss ein Empfänger lediglich alle 28 Satelliten im Orbit gleichzeitig erfassen.
Der kostengünstigste und effizienteste Weg hierfür wäre der Zugriff auf ein weltweites Netzwerk mit GPS-Referenzstationen. Diese GPS-Referenzstationen fungieren als Datenleitung zu einem Server. Dieses Netzwerk kann beliebig viele A-GPS-Geräte bedienen, die es benötigen, und zwar von überall aus. Mokosmart hat dieses Netzwerk entwickelt und implementiert.
Die Innovation dieses Netzwerks und Servers ist: Es handelt sich um ein vollständig redundantes Netzwerk mit Stationen auf der ganzen Welt. Dadurch wird jeder GPS-Server jederzeit von mindestens zwei verschiedenen Stationen „gesehen“.
Mit diesem System benötigt der Server weniger Satellitenmessungen, um die Position vollständig zu berechnen. Dies geschieht durch ein weltweites Geländemodell, das die Genauigkeit auch bei hügeligem Gelände verbessert. Es nutzt diskrete Punkte mit bis zu einer Milliarde Rasterpunkten und bietet eine Genauigkeit von bis zu 18 Metern Höhe.
Der Server benötigt aufgrund der GPS-Pseudorange-Messungen keine genauen GPS-Zeitmarken zur Positionsberechnung. Er kann zudem auf jedem beliebigen Gerät, unabhängig vom Hersteller, eingesetzt werden.
Dies ist ein neuartiger Ansatz für Indoor-GPS, der Live-Faltungen von GPS-Signalen nutzt, die über verschiedene mögliche Codeverzögerungen hinweg funktionieren. Wie funktioniert das? Ein herkömmlicher GPS-Empfänger kann jeweils nur einen Chip auf mögliche Codeverzögerungen überwachen. Der Empfänger muss scannen und dann das Signal erfassen, bevor die Ortung beginnen kann.
Dieses neue Design macht separate Tracking- und Erfassungsphasen überflüssig, da es Live-Berechnungen durchführt. Diese Berechnungen verarbeiten über 2000 Korrelatoren für jeden Satelliten und ermöglichen so eine vollständige Echtzeit-Faltung. Im Außenbereich kann das Signal nahezu augenblicklich erfasst werden. Der in Innenräumen vorhandene Schwund macht herkömmliches GPS-Tracking sehr schwach, doch dieses neue Design ermöglicht eine kontinuierliche Integration auch bei nachlassendem Signal.
Um die optimale Leistung eines Indoor-GPS zu erzielen, sind weitere Maßnahmen erforderlich. Beispielsweise muss eine Antenne auf dem Dach des Innenraums angebracht werden. Die Antenne wird an den höchsten Punkten des Gebäudes angebracht und mit einem Indoor-Repeater verbunden. Diese Verbindung wird durch ein Koaxialkabel zur Signalübertragung ermöglicht.
Der Repeater dient als Signalumsetzer für den Innenbereich. Er überträgt das Live-GPS-Signal von außen in den Innenraum. Ob Gebäude oder Industrieanlage – der geschlossene Raum bietet eine Echtzeit-Ansicht des Himmels. Diese Live-Ansicht macht den Innenbereich für jeden GPS-Empfänger in der Umgebung zugänglich.
Die größte Herausforderung für Indoor-GPS besteht in der Verarbeitung schwacher Signale. Der erste Aspekt dieser Herausforderung ist die Erfassung, der zweite die Mehrwegeausbreitung und der dritte die Wechselwirkung zwischen schwachen und starken Signalen.
Erfassung: Das eingehende Signal kann zweidimensional, also über die Codeverzögerung und die Dopplerfrequenz, gesucht werden. Die Suche beinhaltet die Multiplikation des Dopplerwerts mit dem lokal generierten CDMA-Code des Satelliten, um eine niedrigere Frequenz zu erreichen. Die Verzögerung wird variiert; daher spricht man von „Korrelation“. Integrationsperioden sind Gruppen von eingehenden Signalen, auf denen die Suche durchgeführt wird. Bei schwachen Signalen muss die Korrelationsperiode verlängert werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
Mehrwegeempfang: Bei der Verwendung von GPS im Freien ist Mehrwegeempfang nur geringfügig oder gar nicht spürbar. Er entsteht durch die Reflexion des Geräts und ist eine abgeschwächte Kopie des direkten, ursprünglichen Signals. Dieser Effekt verstärkt sich deutlich bei der Verwendung von GPS in Innenräumen. Die Reflexion kann dort so stark sein, dass sie das direkte Signal überlagert.
Wechselwirkung zwischen schwachem und starkem Signal: Diese Situation tritt auf, wenn der Empfänger sich auf einen Kreuzkorrelationspeak oder ein falsches Signal anstatt auf den Autokorrelationspeak des richtigen Signals einstellt. Dies lässt sich vermeiden, indem das starke Signal direkt erfasst und entfernt wird, bevor anschließend das schwache Signal erfasst wird.
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