Positionierung in Gebäuden mit differenziellem WLAN

Günther Retscher, Thomas Tatschl

doi:10.12902/zfv-0149-2016

Zusammenfassung

Die Positionsbestimmung von Smartphones in Gebäuden mit Hilfe von WLAN hat sehr an Bedeutung gewonnen. Im Rahmen dieser Studie wird die Position eines mobilen Nutzers auf Basis der Trilateration bestimmt. Dazu werden vier Methoden zur Konvertierung der gescannten Signalstärken vorgestellt, um einen Längenzusammenhang herzustellen. In der ersten Variante, dem One-Slope-Modell, wird mit einer logarithmischen Funktion dieser Zusammenhang geschaffen. Im Multi-Wall-Modell werden zusätzlich Dämpfungseffekte der Wände berücksichtigt. In zwei neuen differenziellen Methoden wird durch die Verwendung von Referenzstationen versucht, die zeitliche Variation und diverse Ausbreitungseffekte der WLAN-Signale zu minimieren. In der ersten Methode werden ähnlich dem DGPS-Verfahren Korrekturen von den Referenzstationsdaten abgeleitet und am Nutzer angebracht. Im Gegensatz dazu wird in der zweiten Methode basierend auf dem VLBI-Prinzip eine Differenzenbildung der empfangenen Signalstärken durchgeführt und in Distanzdifferenzen umgewandelt. In den praktischen Anwendungen wurden mit drei unterschiedlichen Smartphones statische Messungen in einem Bürogebäude ausgeführt. Bei guten räumlichen Bedingungen konnte eine Reduktion der mittleren Positionsabweichung auf rund 5 m erzielt werden.

Summary

Position determination of smartphones in buildings is of growing interest. Within the scope of this study the position of a mobile user is determined on the basis of (tri)lateration. Four methods for the conversion of the received signal strength of the WLAN signals into ranges are introduced. In the first method, the so-called one-slope model, this conversion is performed using a logarithmic function. In the multi-wall model damping effects of the walls are considered, in addition. In two novel differential approaches temporal variations and various propagation effects are minimized by using reference stations. The first differential approach is based on DGPS where corrections from the reference stations are derived and applied by the user. In contrast to the first method, a differentiation of the received signal strengths based on the VLBI principle is performed in the second differential approach. In practical use cases conducted in an office building with three different smartphones, static positioning yielded to position errors of about 5 m in average under good spatial conditions.