Ein Forschungsschwerpunkt der Gruppe liegt in der Entwicklung von Positionierungsverfahren für terrestrische Funksysteme, die sowohl standardisierte Systeme im Bereich Mobilfunk, WiFi oder UWB als auch dedizierte eigene Entwicklungen umfassen.
Wir nutzen die Funksignale dieser Systeme zur Positions- und Orientierungsschätzung von mobilen Endgeräten sowie den Agenten eines Schwarms zur Erkundung extraterrestrischer Himmelskörper wie Mond und Mars. Dazu kommen insbesondere kooperative Verfahren zum Einsatz. Mit diesen Verfahren bauen mobile Einheiten, beispielsweise die Rover eines Schwarms, ein dezentral selbstorganisiertes und eng vermaschtes Funknetzwerk auf. Mit Hilfe von Laufzeitmessungen der Funksignale, die zwischen den mobilen Einheiten ausgetauscht werden, werden die Distanzen zwischen mobilen Einheiten, und damit schließlich deren Position, bestimmt. Neben der Positions- und Orientierungsschätzung ermöglichen unsere Verfahren sowohl die Kommunikation innerhalb eines Schwarms als auch die zeitliche Synchronisation aller Schwarmeinheiten.
Für Umgebungen mit stark ausgeprägter Mehrwegeausbreitung entwickelt die Gruppe Verfahren, die diese Mehrwegeausbreitung nicht unterdrücken, sondern gezielt zur Positionsbestimmung ausnutzen. Mit dem Prinzip „Channel-SLAM“ betrachten wir Mehrwegeausbreitung als Summe von Funkverbindungen mit direkter Sichtverbindung zwischen sog. virtuellen Sendern und dem Empfänger. Da die Positionen dieser virtuellen Sender zur Schätzung der Empfängerposition benötigt werden, in der Regel aber nicht bekannt sind, werden diese mit Hilfe von Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) zusammen mit der Empfängerposition geschätzt.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt der ist die Entwicklung und Erprobung zukünftiger digitaler Kommunikations- und Navigationsverfahren im VHF und C-Band für die Schifffahrt. Die Integration von Kommunikation und Navigation in einem System steht dabei im Vordergrund. Die Gruppe ist maßgeblich an der Entwicklung der Navigationskomponente ‚R-Mode‘ für das maritime ‚VHF Digital Exchange System (VDES)‘ beteiligt. Des Weiteren werden Verfahren zur Reduktion von Interferenz zwischen maritimen Funksystemen, beispielsweise VDES und AIS, entworfen.
Zur Forschung und Entwicklung im Bereich terrestrischer Kommunikations- und Navigationsverfahren werden Methoden sowohl aus der Informations- bzw. Schätztheorie, computergestützte Simulationen als auch experimentelle Aufbauten verwendet. Grundlage für die Forschungsarbeiten ist ein tiefes Verständnis der Ausbreitungseigenschaften elektromagnetischer Signale. Dazu führen wir umfangreiche Kanalmessungen durch und erstellen aus den Messdaten geeignete Modelle zur Erfassung der elektromagnetischen Wellenausbreitungseigenschaften für die Anwendungsumgebungen unserer Verfahren.
Im Einzelnen umfassen die Forschungsthemen
Positionierung mittels terrestrischer Funksysteme
Kooperative Positionierungsverfahren, insbesondere basierend auf Signallaufzeitmessungen zwischen mobilen Endgeräten
Dezentrale Positionsbestimmung für die Schwarmnavigation
Positionierungsverfahren unter Ausnutzung von Mehrwegeausbreitung (Channel-SLAM)
Kombination unserer Verfahren mit komplementären Positionierungstechnologien, z.B. GNSS und Inertialsensorik
Entwicklung von Verfahren für zukünftige maritime Kommunikations- und Navigationssysteme im VHF und C-Band
Kanalmessung und –modellierung für terrestrische und maritime Umgebungen
Channel-SLAM bei Mehrwegeausbreitung von Signalen
Werden die elektromagnetischen Wellen eines Senders auf dem Weg zum Empfänger abgelenkt, z.B. durch Gebäude oder Wasseroberflächen, spricht man von Mehrwegeausbreitung. Diese wird mit dem Verfahren "Channel-SLAM" nicht unterdrückt, sondern gezielt zur Positionsbestimmung ausgenutzt.
Funksignale werden zur Positions- und Orientierungsschätzung von mobilen Endgeräten sowie den Agenten eines Schwarms genutzt - beispielsweise zur Erkundung extraterrestrischer Himmelskörper wie Mond und Mars. Damit bauen die mobilen Einheiten (z.B. Rover oder Drohnen) ein dezentral selbstorganisiertes und eng vermaschtes Funknetzwerk auf. Damit ist auch sowohl die Kommunikation innerhalb eines Schwarms als auch die zeitliche Synchronisation aller Schwarmeinheiten möglich.
