Projektbeschreibung
Dieses akademische Forschungsprojekt untersuchte die Genauigkeitsgrenzen der Ultra-Wideband (UWB) Technologie für den "Shared Guide Dog 4.0", ein Assistenzsystem für sehbehinderte Menschen. Das primäre Ziel war die Evaluierung von UWB als zuverlässige Alternative zu GPS für präzise Navigation in städtischen Umgebungen, wo Satellitensignale oft schwach oder nicht verfügbar sind.
Die Studie umfasste eine vergleichende Analyse zwischen einem älteren UWB-System (basierend auf dem DW1000-Chip) und einem System der neuen Generation (mit dem DW3000-Chip), um dessen Eignung für reale Anwendungen zu bestimmen.
Herausforderungen
Hochpräzisions-Anforderung
Das System musste eine Positionierungsgenauigkeit von weniger als 30 cm erreichen für sichere Navigation auf schmalen Gehwegen und um Hindernisse herum.
Umgebungsinterferenzen
Städtische Schluchten, Gebäude und Fahrzeuge verursachen erhebliche Mehrwegausbreitung, die die Genauigkeit funkbasierter Positionierungssysteme beeinträchtigt.
Hardware-Limitierungen
Entdeckung eines unerwarteten Hardware-Problems, bei dem die Batterie des UWB-Tags die Antenne abschirmte und Signalverlust sowie inkonsistente Leistung verursachte.
Kosteneffizienz
Der Abstand zwischen festen UWB-Ankern musste für praktische Implementierung maximiert werden, ohne die erforderliche Genauigkeit zu beeinträchtigen.
Lösung & Methodik
Eine systematische, mehrstufige Testmethodik wurde entwickelt, um die Leistung des UWB-Systems rigoros zu evaluieren. Mein innovativer Ansatz umfasste:
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Systematische Tests: Durchführung umfassender 1D- und 2D-Tests in kontrollierten Innenräumen und herausfordernden Außenumgebungen zur Simulation realer Szenarien.
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Dynamische Analyse: Verwendung eines Fahrrads zur Simulation der konstanten Bewegung des Shared Guide Dogs, Bewertung der Systemleistung unter dynamischen Bedingungen.
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Problemisolierung: Entwicklung spezifischer Tests, die das Batterie-Abschirmungsproblem isolierten—ein wichtiger Befund für zukünftige Hardware-Revisionen.
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Datengetriebene Analyse: Nutzung von Python und Excel für statistische Analyse von Genauigkeit, Standardabweichung und Identifikation von Fehlerquellen.
Ergebnisse & Resultat
Überlegene Genauigkeit
DW3000 erreichte ±4 cm durchschnittliche Genauigkeit und übertraf die Projektanforderungen bei weitem
Kritische Hardware-Erkenntnis
Identifikation des Batterie-Interferenz-Problems führte zu Hardware-Redesign-Empfehlungen
Machbarkeitsbestätigung
Bestätigung von DW3000-basiertem UWB als hochvielversprechende Technologie für das Projekt