Gewöhnliche Handys als Such- und Rettungssender

„Es ist tiefgreifend“, sagt Tim Durkin, Notarzt und Koordinator des Such- und Rettungsprogramms bei Colorado Highland Helicopters. „Das Flugzeug fliegt in die Schlucht und man empfängt sofort ein Signal. Innerhalb von anderthalb Minuten haben Sie jemanden auf Meter genau geortet.“

Diese Fähigkeit zur schnellen Ortung stellt einen revolutionären Fortschritt in der Such- und Rettungstechnologie dar. Herkömmliche Suchmethoden unterliegen Einschränkungen. Suchhunde sind stark von Umweltbedingungen wie Wind und Feuchtigkeit abhängig. Infrarotkameras können Körperwärme erkennen, jedoch nicht durch dichten Baumbestand. Selbst bei der visuellen Suche aus Hubschraubern werden Menschen in erdfarbener Kleidung vor einem natürlichen Hintergrund oft nicht erkannt.

Das System verwandelt einen Rettungshubschrauber im Wesentlichen in einen mobilen Mobilfunkmast. Nach der Installation verbindet sich die Hardware von Lifeseeker mit drei Antennen – zwei Mobilfunkantennen und einer GPS-Antenne – und erzeugt ein Signal, mit dem jedes aktive Telefon im Suchbereich versucht, eine Verbindung herzustellen. Das System lehnt alle anderen Telefone ab und stellt nur eine Verbindung zu dem Gerät her, nach dem es gezielt sucht. Dadurch werden die Daten anderer Telefone in der unmittelbaren Umgebung geschützt. Durch die Verwendung hochentwickelter Laufzeitanalyse und Signalverarbeitung mittels MATLAB^® kann das System den Standort des Geräts einer vermissten Person schnell triangulieren, selbst in Gebieten ohne Mobilfunkabdeckung.

Trotz seiner technologischen Komplexität ist Lifeseeker einfach zu implementieren. „Es handelt sich um eine Art Plug-and-Play-Lösung“, sagt Durkin. Ein Mitglied des Such- und Rettungsteams kann das gesamte System in drei bis fünf Minuten in einem Hubschrauber installieren und benötigt dafür lediglich vier Kabelverbindungen. Die Schnittstelle läuft auf jedem Tablet über eine Wi-Fi^®-Verbindung und zeigt Daten in einem für Piloten und Suchteams vertrauten Format an. Wenn die Rettungsdienste die Telefonnummer einer vermissten Person angeben, können die Teams das System so programmieren, dass es sich ausschließlich auf dieses Gerät konzentriert und andere Mobilfunksignale im Suchbereich herausfiltert.

CENTUM, das spanische Unternehmen hinter Lifeseeker, begann 2011 mit der Entwicklung des Tools mit einer visionären Idee: Mobiltelefone in Notrufbaken zu verwandeln. Die Gründer glaubten, der Markt sei bereit für Such- und Rettungslösungen aus der Luft, stellten jedoch fest, dass sich die Such- und Rettungsorganisationen des Potenzials der Mobilfunktechnologie noch nicht bewusst waren.

Frühe Prototypen standen vor einer weiteren großen Herausforderung: der rasanten Entwicklung der Mobilfunktechnologie. Das ursprüngliche System von CENTUM, das für 2G-Netzwerke entwickelt wurde, war bei seiner Fertigstellung nahezu veraltet, da sich 3G-Netzwerke immer weiter durchsetzten. Diese Erfahrung verdeutlichte eine einzigartige Herausforderung, die CENTUM bewältigen musste: die Überbrückung zweier sehr unterschiedlicher technologischer Welten.

„Wir sind Teil des Telekommunikationssektors, der sich rasend schnell entwickelt, aber wir sind auch Teil des langsamen Luftfahrtsektors, in dem die Sicherheit das oberste Gebot ist und jede Änderung für Flugzeugbauer und Avionikintegratoren schmerzhaft ist“, sagt Brais Sánchez Rama, Technologiemanager bei CENTUM.

Um der rasanten Mobilfunkentwicklung immer einen Schritt voraus zu sein und gleichzeitig die strengen Anforderungen der Luftfahrt zu erfüllen, arbeiten drei Ingenieure an der Entwicklung eines Prototyps dieses technischen Systems im Frühstadium. Dabei nutzen sie eine Reihe von Simulationstools, um die Herausforderungen der Erkennung und Lokalisierung von Mobiltelefonen über verschiedene Mobilfunkgenerationen hinweg und in unterschiedlichem Gelände zu bewältigen. Die Technologie überwacht den Zustand des kommerziellen Mobilfunknetzes innerhalb der Suchbereiche mithilfe spezifischer Telefonkennungen von Notdiensten und Mobilfunkanbietern. Sobald diese Kennungen eingegeben sind, kann das System Zieltelefone erkennen und Mobilfunksignale analysieren, um die Position einer Person zu schätzen – und dabei Variablen wie Flugzeugbewegung und -geschwindigkeit, Wetterbedingungen und Funkausbreitungseffekte des drahtlosen Netzwerks berücksichtigen.

Der Entwicklungsprozess beginnt mit einer umfassenden Simulation. Das Team verwendet MATLAB und Simulink^®, um zu modellieren, wie sich verschiedene Mobilfunksignale in unterschiedlichen Umgebungen verhalten. Dieses virtuelle Testgelände ermöglicht es ihnen, Konstruktionsfehler frühzeitig zu erkennen und ihre Geolokalisierungstechniken zu optimieren, bevor sie mit Feldversuchen beginnen. Eine der größten technischen Hürden bestand darin, sicherzustellen, dass das System mit jedem Telefon funktioniert.

Das Team nutzt während der gesamten Entwicklung mehr als ein Dutzend spezialisierte Toolboxen, darunter Communications Toolbox™, LTE Toolbox™ und 5G Toolbox™, um Signale über Generationen hinweg zu generieren, zu ändern und zu dekodieren. Signal Processing Toolbox™ und Radar Toolbox helfen bei der Optimierung der Verarbeitungsmethoden. RF Toolbox™, Antenna Toolbox™ und Phased Array System Toolbox™ emulieren Hardwareeffekte auf die Signalverarbeitungskette, was für das Verständnis der Auswirkungen physikalischer Faktoren auf die Erkennungsfähigkeiten von entscheidender Bedeutung ist.

Mapping Toolbox™ und Navigation Toolbox™ sind entscheidend bei der Entwicklung von Geolokalisierungsalgorithmen, die den Standort der vermissten Person auf der Karte genau bestimmen. Die in den auf MATLAB basierenden Systemsimulationsphasen gewonnenen Erkenntnisse und Lösungen werden anschließend in die Produktion übertragen. Das System ermöglicht Such- und Rettungsteams die Nutzung einer webbasierten Schnittstelle, die einfach über ein Tablet oder einen Laptop bedient werden kann.

Bevor das Team Updates für Lifeseeker bereitstellt, validiert es seine Algorithmen im Labor mithilfe von softwaredefinierten Funkgeräten. Diese über die Communications Toolbox gesteuerten Hardwarebausteine schließen die Lücke zwischen Simulation und realer Leistung.

Mit Berichten über mehr als 220 erfolgreiche Missionen im vergangenen Jahr und vielen weiteren, die aufgrund von Datenschutzbeschränkungen nicht gemeldet wurden, hat Lifeseeker bereits über 40 Kunden in mehr als 20 Ländern geholfen. Ein Einsatz mit der Rega, einem Luftrettungsdienst in der Schweiz und Liechtenstein, demonstriert insbesondere die lebensrettenden Fähigkeiten des Systems.

Nach etwa 10 Minuten stellte das Mobiltelefon des Fahrers eine Verbindung zum Lifeseeker-System her. Nach wenigen Minuten konnten die Retter das Telefon präzise orten: Das Fahrzeug war über eine Böschung gefahren und im darunterliegenden Wald verunglückt. Durch den Aufprall war die Fahrerin im Auto eingeklemmt und ihr Telefon war irgendwo im Wrack außer Reichweite. Mithilfe von Lifeseeker konnten sie das Wrack rechtzeitig finden und das Opfer ins Krankenhaus bringen, wo es sich erfolgreich erholte.

CENTUM blickt in die Zukunft und bereitet sich auf die nächste Generation der Mobilfunktechnologie vor. 6G wird neue Herausforderungen und Chancen mit sich bringen, insbesondere durch die Integration künstlicher Intelligenz. „KI wird bei 6G von grundlegender Bedeutung sein“, sagt Sánchez Rama. „Von Funksystemen wird erwartet, dass sie die Fähigkeit besitzen, voneinander und von ihrer Umgebung zu lernen.“ Das Team plant, seine Systeme mithilfe der Deep Learning Toolbox™ an dieses neue KI-basierte Paradigma anzupassen.