RTI
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Geräte-freie Lokalisierung (DFL) ortet eine Person in einem Raum, ohne dass sie ein Gerät, einen Sender oder Tag trägt. Erkannt wird sie allein daran, wie ihr Körper die Funkwellen im Raum verändert.
Vier UWB-Funkknoten (A4001–A4004) hängen im Raum und funken permanent. Der menschliche Körper reflektiert und dämpft diese Funkwellen. Ist der Raum leer, ist das Funkbild stabil — das ist die Idle-Referenz. Betritt jemand den Raum, weichen die Messungen davon ab; aus der Frage, welche Funkstrecken sich wie stark ändern, rechnet das System den Ort zurück. Der rote Punkt in der Karte ist der wahrscheinlichste Aufenthaltsort.
Die vier Knoten (A4001–A4004) bilden ein UWB-Netz nach IEEE 802.15.4a (DW1000-Transceiver). Jeder Knoten ist zugleich Sender und Empfänger: In einem festen Zeitmultiplex (Round-Robin / TDMA) sendet immer genau ein Knoten ein kurzes UWB-Paket, während alle übrigen Knoten es mithören und empfangen. Seine eigene Sendung kann ein Knoten nicht gleichzeitig empfangen — es zählen also nur die gerichteten Strecken mit verschiedenem Sender und Empfänger. Aus 4 Knoten ergeben sich so 4·(4−1) = 12 gerichtete Funkstrecken (Links). Für jede Strecke misst der Empfänger die Kanalimpulsantwort (CIR) — ein zeitaufgelöstes Abbild aller Signalpfade vom Sender zum Empfänger. Die Person sendet selbst nichts; sie wird beiläufig während der normalen Knoten-Kommunikation „gesehen".
Jede CIR besteht aus dem Direktpfad (MPC0, Sichtverbindung
Sender→Empfänger) und Echos an Wänden, Boden und Decke (MPC1…N,
Mehrwege-Komponenten). MA-RTI modelliert jedes Echo als virtuellen Anker: die
Spiegelung des realen Senders an der reflektierenden Fläche. Der reflektierte Weg lässt sich
dadurch wie eine gerade Sichtverbindung vom virtuellen Anker zum Empfänger behandeln — die
Geometrie dieser virtuellen Anker kommt aus einem vorab gerechneten 3D-Raytracing-Modell des
Grundrisses. Betritt eine Person eine dieser Strecken, dämpft sie gezielt die
zugehörige MPC. MA-RTI (Multipath-Assisted Radio Tomographic Imaging) sammelt
über alle 12 Links die Pegeländerungen sämtlicher MPCs gegenüber der Idle-Referenz
(Δ dB) und rechnet sie über einen vorab berechneten, regularisierten
Inversionsoperator PI in ein Flächenbild zurück: x = PI · |Δ dB|.
Die Heatmap zeigt genau dieses RTI-Bild (Skala 0–200, relativ); ihr Maximum (argmax) ist die
Positionsschätzung. Im Originalsystem werden ~46 Hz erreicht, mit ~1 m Genauigkeit in
50 % und ~1,8 m in 80 % der Fälle.
Ein Link „sieht" nicht nur die direkte Verbindungslinie, sondern eine flächige Umgebung um den Ausbreitungsweg — die erste Fresnel-Zone. Das ist eine Ellipse, deren Brennpunkte Sender und Empfänger sind (Direktpfad) bzw. virtueller Anker und Empfänger (reflektierter Pfad). Nur wenn die Person innerhalb dieser Ellipse steht, beeinflusst sie die jeweilige MPC spürbar. Das RTI-Bild ist die Überlagerung all dieser Ellipsen über die 12 Links und ihre MPCs: Wo sich viele Ellipsen kreuzen — am tatsächlichen Aufenthaltsort — summieren sich die Beiträge zum Maximum. Die länglichen Strukturen („Keulen"), die man daneben sieht, sind genau diese einzelnen, noch nicht vollständig ausgelöschten Fresnel-Ellipsen — ausgerichtet entlang der Direkt- und der Reflexionspfade.
Knoten A4001–A4004 (Round-Robin-Funk → 12 Links, je eine CIR) → Raspberry Pi sammelt die
rohen CIR-Frames (/raw) → dev-seitige Verarbeitung (Signalanalyse + Lokalisierung)
→ Position + RTI-Bild (/loc) → diese Web-App (live über WebSocket).
„IDLE File aufnehmen" misst bei leerem Raum eine frische Referenz,
„IDLE init" baut daraus das Modell, „Pipeline neu starten" lädt es.
Grundlage: M. Cimdins, S. O. Schmidt, F. John, M. Constapel, H. Hellbrück, „MA-RTI: Design and Evaluation of a Real-World Multipath-Assisted Device-Free Localization System", Sensors 2023, 23, 2199 · doi.org/10.3390/s23042199 · CoSA, TH Lübeck.