Ultra-Wideband und Hindernisse

Dieser Artikel ist Teil der Pozyx Academy und der vierte in einer Reihe von fünf Artikeln, die erklären, wie die Pozyx-Technologie funktioniert und was bei der Installation des Pozyx-Systems zu beachten ist.

• Wie Positionierung funktioniert
• Wie Ultra-Wideband funktioniert
• Positionierungsprotokolle erklärt
• Ultra-Wideband und Hindernisse
• Wo die Anker platziert werden sollten

In diesem Artikel erklären wir, was Line-of-Sight (LOS) im Kontext der Ultra-Wideband-(UWB)-Positionierung bedeutet und wie Sie es interpretieren sollten.

Ein großer Vorteil von Ultra-Wideband gegenüber optischer oder schallbasierter Positionierung wie Kameratracking oder Ultraschall ist, dass Ultra-Wideband eine Funktechnologie ist, die Objekte leicht durchdringen kann. Pozyx setzt für die Positionierung auf die Übertragung einer ID und eines Zeitstempels über UWB und nicht nur auf die Signalstärke wie viele andere Bluetooth-/Beacon-basierte Lösungen. Das bedeutet, dass selbst bei stark behindertem Signal in den meisten Fällen nur ein geringer Verlust an Genauigkeit und Reichweite auftritt.

Freie Sichtverbindung

Eine freie Sichtverbindung ist das ideale Szenario für die beste Reichweite und Genauigkeit. Das bedeutet, dass sich die Antennen aller beteiligten Anker gegenseitig sehen können.

Funkdurchlässigkeit

Bei drahtloser Funktechnologie hängt der Einfluss von Hindernissen auf die Funkleistung vom Material des Hindernisses und seiner Funkdurchlässigkeit ab. Signale werden teilweise von Hindernissen reflektiert, wodurch Reflexionen entstehen, und teilweise durch das Objekt hindurchdringen. Je nach Material wird das Signal mit nur geringem Einfluss durch das Objekt hindurchgehen oder vollständig absorbiert werden. Wenn Hindernisse vorhanden sind, sprechen wir von Non-Line-of-Sight (NLOS).

Die meisten Materialien lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Isolatoren und Leiter. Da alle Funkwellen elektromagnetische Wellen sind, haben Materialien aus der Kategorie der Leiter einen großen Einfluss auf ein Signal. Zu den Leitern zählen am häufigsten Metalle, mit Ausnahme von Salzwasser.

Isolatoren

Materialien wie Holz, Kunststoff, Glas, Karton, Ziegel usw. sind allesamt hervorragende Isolatoren und für Funkwellen sehr durchlässig. Das bedeutet, dass sich der Einfluss in der Regel kaum bemerkbar macht, wenn eines dieser Materialien den Weg zwischen zwei Pozyx-Geräten blockiert. Das heißt nicht, dass das Signal ohne Auswirkungen durch einen Stapel Holzscheite oder Ziegel geht – es gibt Grenzen. Es bedeutet aber, dass ein Kunststoffgehäuse oder eine Wand ohne Metallbewehrung Ihr Setup kaum beeinträchtigt.

Metalle

Metalle sind die häufigsten Leiter. Leiter reflektieren den Großteil der Funkwellen und erschweren dem Teil, der tatsächlich hindurchgeht, das Durchdringen. Das hat zwei negative Auswirkungen:

• Das Signal hat weniger Leistung und damit eine geringere Reichweite.

• Das Signal benötigt zusätzliche Zeit, um das Material zu durchdringen, aber da die Pozyx-Positionierung auf der Berechnung der Laufzeit basiert, verringert dies die Genauigkeit.

Dies sollte nicht so verstanden werden, dass „jede Menge Metall das Signal ruiniert“. Dünne Metallbleche haben zwar einen Einfluss, können aber dennoch durchdrungen werden. Das Anbringen eines Tags auf der Rückseite eines Telefons, in der Nähe eines Akkus, in einem Auto oder auf einem Roboter funktioniert weiterhin gut, wenn auch mit einer Genauigkeitsminderung von einigen Zentimetern. Betonwände mit Rohrleitungen, Verkabelung und Metalltragstrukturen hingegen beeinträchtigen das Signal erheblich. Das Signal wird zwar durchkommen, aber Ihre Genauigkeit wird reduziert und Ihre Reichweite hinter dem Hindernis wird sehr kurz sein.

Wenn Metalle sehr nahe am Anker sind, können sie die Eigenschaften der Antenne unvorhersehbar verändern. Deshalb wird immer empfohlen, den Anker in einem Mindestabstand von 20 cm zu Metallen zu platzieren.

Flüssigkeiten

Ähnlich wie Metalle absorbieren Flüssigkeiten Funkwellen. Je salziger die Flüssigkeit ist, desto mehr Funkwellen werden absorbiert, was zu einer geringeren Reichweite führt. Außerdem breiten sich Funkwellen in Flüssigkeiten langsamer aus (etwa 30 %). Da Pozyx auf der Berechnung der Laufzeit des Signals basiert, verringert dies die Genauigkeit um mehrere Zentimeter.

Das Ausmaß des Einflusses einer Flüssigkeit als Hindernis auf das Signal hängt direkt von ihrem Volumen ab. Wenn Sie Ihre Hand zwischen zwei Geräten halten, hat das nahezu keinen Einfluss. Wenn Sie eine Person oder ein Wasserfass zwischen zwei Geräten platzieren, wird die Reichweite deutlich reduziert und die Reichweitenmessung erscheint größer, als sie tatsächlich ist.

NLOS und Reflexionen

Wie im vorherigen Artikel über Ultra-Wideband erwähnt, haben Reflexionen nur einen geringen Einfluss auf die Genauigkeit der Distanzmessung, da für die Berechnungen nur das Line-of-Sight-Signal verwendet wird. Im Fall von starkem NLOS kann es jedoch sein, dass kein LOS-Signal vorhanden ist und nur die Reflexion empfangen wird. Da die Reflexion einen deutlich längeren Weg zurücklegt, kann dies zu Distanzmessfehlern von mehreren Metern führen. Glücklicherweise gibt es mehrere Möglichkeiten, mit diesen großen NLOS-Fehlern umzugehen, indem NLOS-Erkennungs- und Kompensationstechniken eingesetzt werden. Bei Pozyx verwenden wir mehrere fortschrittliche Techniken, um die negativen Auswirkungen von NLOS zu beseitigen. Dies ist in allen Pozyx-Systemen verfügbar und ermöglicht den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen wie Lagerhäusern oder Einzelhandelsgeschäften.

Lesen Sie den nächsten Artikel darüber, wo die Anker platziert werden sollten, um mehr über die Technologie von Pozyx zu erfahren.

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