Система локального позиционирования на сдвиге фаз

[MagicianT]

Вы про супердискретизацию (Oversampling)? Это когда производится несколько серий отсчетов и усредняются значения одноименных дискрет? Ну, типа, как в цифровом осцилле эквивалентный режим?

Ни слова не понял. Шум величина случайная, а полезный сигнал величина детерминированая. Поэтому если складывать результаты измерений, уровень сигнала растёт прямо пропорционально N, а уровень шума пропорционально корню квадратному sqrt(N)

[roman.com]

Шум величина случайная, а полезный сигнал величина детерминированая. Поэтому если складывать результаты измерений, уровень сигнала растёт прямо пропорционально N, а уровень шума пропорционально корню квадратному sqrt(N)

это всё очень интересно...)) Но это не отвечает на вопрос: Как измерить расстояние с точтостью до 3-х метров...

У меня тоже была мысля... просто измерить время задержки сигнала через ретранслятор. Но вот проблема... задержка сигнала 3 метра составляет 10 наносекунды... С учётом того что сигнал идёт до ретранслятора и обратно, то нам надо измерить 20 наносекунды... (при увеличении расстояния до ретранслятора на 3 метра, сигнал проходит лишних 6 метров.. т.к. сигнал проходит туда и обратно лишних 3 метра).

Измерить фазу сигнала (импульсов передатчика и приёмника) 20 наносекунд не так просто... первое что пришло на ум: повысить частоту импульсов до 10 Мгц. Тогда задержка радиоволны даже 10 наносекунды чётко видна на осциллографе...
Если развертка 0,1 мкс (одна клетка 100 наносекунды), то 10 наносекунды на осциллографе уже различимо.

f20110429114517-ostsillograf2_on.jpg

(228.97 КБ) 344 скачивания

Только чтобы передавать импульсы 10 Мгц нужен приёмник и передатчик АМ с полосой 20 Мгц.

Можно конечно подавить одну боковую... тогда нужен приёмник с полосой 10 Мгц. Это минимум...

А далее уже измерять фазу импульсов (задерку сигнала через ретранслятор) с помощью быстродействующих счётчиков... и выводить данные на индикатор. (это задача МК)

Понятно, что передавать надо не меандр 10 мгц, а одиночные импульсы... Или модулированный сигнал (код). Время между импульсами выбирается из расчёта максимальной дальности системы...

Гетеродин конечно круче, но будет намного дороже стоить. Видео импульсы всё равно нельзя, разрешенная полоса передачи на 434 МГц гдето 1.74 , даже если SSB.
Там микроконтролер добавить надо, вместо той хрени из 70-х, stm32 на 72 МГц или ардуино ДУЕ на 84 МГц и померяет и усреднит, потом и коррекцию на температуру и напряжение (скорость ветра?) сделает. Только делать офф-лайн надо, чтоб идею не украли, до того как соберёте

- https://ru.wikipedia.org/wiki/Передискретизация
- супергетеродин не намного дороже сверхрегенератора...
- stm32 на 72 МГц или ардуино ДУЕ на 84 МГц и померяет и усреднит... этого всёравно мало для точности 3 метра. Думаю нужен таймер минимум 100 Мгц (каждый такт 3 метра).
- разрешенная полоса.. да кто об этом задумывается))) Выбираем свободный участок..

так что 10м реально превратить в 10 см, снижается только скорость слежения.

не всё так просто))
Пример - принцип работы рефлектометра. https://yandex.ru/images/search?text=%D ... source=wiz

Рефлектометр работает по такому же принципу. Отправляем сигнал и ждёт ответа (измеряем время).

Рефлектометр много раз передаёт короткие импульсы и проводит выборку принятого сигнала... и усреднение... с записью в память. Онднако для высокой точности измерения расстояния, просто много раз делать измерения недостаточно. Нужно менять длительность импульсов. Для большей точности выбираем более короткие импульсы (переключатель диапазона). Иначе высокой точности не добиться.
И т.д. и т.п. ...

[microbober]

Делал измерение на паре цифровых приемопередатчиков на 900 мгц. Точность ограничивалась скоростью семплирования трансивера, после дополнительной фильтрации получилось +-30 м.

[roman.com]

Делал измерение на паре цифровых приемопередатчиков на 900 мгц. Точность ограничивалась скоростью семплирования трансивера, после дополнительной фильтрации получилось +-30 м.

Оч интересно)) и как Вы этого добились? Какая частота импульсов? И как ловите фронт принятого импульса среди шумов?

1. +-30 м это мало...

2. цифровых приемопередатчиков на 900 мгц? Каких?

3. Обычно в современных системах используют быстродействующие АЦП... до 24 разряда с ФНЧ (усреднение) ... семплирование мало кто использует))

Например в современных рефлектометрах используют Аппроксимацию по 5 точкам... https://ru.wikipedia.org/wiki/Аппроксимация
Однако и это не даёт высокой точности...

Единственный способ повысить точность - передавать короткие импульсы. Думаю для точности 3 метра нужны импульсы (синусоида) минимум 1 Мгц (длина вольны 300 метров). Тогда модно разглядеть задержку сигнала на осциллографе до 3-х метров (задержка фазы 1/100 уже видно).

И в отличии от рефлектометров, при радиопередачи получается чуть сложней... Надо точно измерить время в передатчике (минимум и максимум) и сравнить с принятым сигналом в приёмнике (минимум и максимум)... А для этого нужно весть сигнал оцифровать...

Короче... точно вычислить задержку сигнала 20 наносекунд... это задачка не самая простая. Хотя современные цифровые осциллографы это умеют.

[MagicianT]

Есть идея, с цифровым модулем Si4432. Идея в том, что если передатчик излучает две синхронных частоты, то разность фаз на приёмним конце будет пропорциональна дальности. К примеру, если дельта F 1 МГц, то 360 градусов поворота фазы на 300 метров, убирая неоднозначность направления нужно гдето на 2 поделить, т.е. реально мерять +180-180. У меня есть проэкт где ардуино способно мерять 0.1 градуса, т.е. реально довести точность до 10 см. У Si4432 есть FSK мода, сконфигурировав 915 МГц и девиацию 250 кГц, где-то 20 см достижимо, с оверсамплингом ещё раз в 10 точнее.

[roman.com]

Как один передатчик может излучать две синхронных частоты одновременно ?
Для этого надо два передатчика... Два передатчика - две частоты.

Разность фаз импульсов 1 МГц (от двух передатчиков) на приёмном конце (двух приёмников) будет одинаковая, при любой дальности.

Девиацию 250 кГц, где-то 20 см достижимо, с оверсамплингом ещё раз в 10 точнее...???
3 метра - 10нс.
30 сантиметров - 1нс.
3 сантиметра - 0,1нс.
...
Боюсь ни один оверсамплинг с таким не справится))

Покажите проект где ардуино способно мерять 0.1 градуса, т.е. реально довести точность до 10 см.

А как измерять фазу импульсов с цифровым модулем Si4432 ? Где у Si4432 выход импульсов?))

[MagicianT]

Как один передатчик может излучать две синхронных частоты одновременно ?
Для этого надо два передатчика... Два передатчика - две частоты.

Там же ФАПЧ, например для 910 МГц умножаем 10МГц базу на 91, а для 920 на 92. Обе частоты будут синхронны к базе, в этом ФАПЧ и состоит. FSK переключает умножитель-(делитель, смотря с какой стороны смотреть) быстренько со скоростью до 256 кГц.
Незнаю, но возможно так быстро и не получится, ФАПЧ нужно время устаканиться, но если не более 10 Гц как у ж-п-с то проблем не должно быть.

Разность фаз импульсов 1 МГц (от двух передатчиков) на приёмном конце (двух приёмников) будет одинаковая, при любой дальности.

Каких импульсов, забудь, чистая синусоида. Представь две струны, и всё понятно станет.

Девиацию 250 кГц, где-то 20 см достижимо, с оверсамплингом ещё раз в 10 точнее...???
3 метра - 10нс.
30 сантиметров - 1нс.
3 сантиметра - 0,1нс.
...
Боюсь ни один оверсамплинг с таким не справится))

Не правильно, я и не думаю самплить 900 МГц - АЦП нету, и ардуино не потянет -);.
Всё проще, нужно сначала конвертировать 900 МГц то 10-500 кГц. Тогда математика другая, самплируй 1 МГц (ардуино ДУЕ), делай БПФ и вуаля, 0.1 градуса.

Покажите проект где ардуино способно мерять 0.1 градуса, т.е. реально довести точность до 10 см.

Фак, облако на маил.ру где файлы хранил - сдулось. Кина нету, но можете на слово поверить, я это уже раз 50 делал

А как измерять фазу импульсов с цифровым модулем Si4432 ? Где у Si4432 выход импульсов?))

А вот это хороший вопрос, там сделано всё чтобы никто и подумать не мог, что это возможно - отслеживать дальность до радиостанции. И тем более сам мог сделать. Только по лицензии большого брата, за динары.
Я сейчас над этим и бьюсь, как сделать конвертер с 900МГц на 500кГц, на одном транзисторе + вторая Si4432 как гетеродин, как сделаю - напишу

[roman.com]

Там же ФАПЧ, например для 910 МГц умножаем 10МГц базу на 91, а для 920 на 92. Обе частоты будут синхронны к базе, в этом ФАПЧ и состоит.

Не точное определение... В цифровом модуле Si4432 (и других подобных) стоит обычный синтезатор частоты по схема ФАПЧ. Синтезатор перестраивается, получаем частотную модуляцию. Один передатчик может излучать только одну частоту в каждый момент времени: 910 МГц или 920 МГц. Одновременно один передатчик излучать две частоты 910 МГц и 920 МГц не может.

Если смотреть даташит конкретно на Si4432... там пишут:

-Рабочие частоты 240–930 MHz - это для нас не принципиально.
-Модуляция FSK, GFSK, and OOK - какую использовать модуляцию... впринципе нам тоже не так важно.
-Максимальная скорость передачи Data Rate FSK 1 — 128 kbps - это уже интересней))

Максимальная (испытанная) девиация ±320 kHz. - Но это нам не важно)) Выбираем гарантированный максимум - 125 kbps, GFSK, девиация ±62.5 kHz.

Прямоугольные импульсы или синусоида.. это не принципиально. Берём синусоиду))

самплить 900 МГц никто не собирается)) Это нужен быстродействующий АЦП типа ПЛИС и т.д.))

Всё проще, нужно сначала конвертировать 900 МГц то 10-500 кГц. Тогда математика другая, самплируй 1 МГц (ардуино ДУЕ), делай БПФ и вуаля, 0.1 градуса.

самплить 900 МГц или самплить1 0-500 кГц... математика одинаковая)) только меньше требования к тактовой частоте семплирования))

Делать через БПФ не пробовал... И что покажет БПФ если подать чистую синусоиду?)))

я это уже раз 50 делал

правда? )))

Я сейчас над этим и бьюсь, как сделать конвертер с 900МГц на 500кГц, на одном транзисторе

Зачем конвертер с 900МГц на 500кГц? Не проще взять другой радиомодуль с выходом импульсов? Например на базе MRF49XA... и подобный. Там есть прямой выход импульсов (через фильтр правда)...

Но там есть например RSSI... Не знаю... надо подумать))

Помоему с простыми цифровыми радиомодулями ничего не получится)) Слишком большая задержка сигнала (пакета)...

-Цифровой радиомодуль в пульте: закидываем пакет в буфер передатчика... передатчик передаёт пакет... Время ?)))

-Цифровой радиомодуль в ретрансляторе: принимает пакет в буфер... потом читаем приёмниый буфер... потом закидываем в передающий буфер... потом пакет передаётся обратно на пульт... Время ?)))

-Цифровой радиомодуль в пульте: принимает пакет в буфер... потом читаем приёмниый буфер... Время ?)))

Общеее время ретрансляции туда-обратно одного пакета???

Короче нужен нормальный передатчик и приёмник в пульте... и нормальный передатчик и приёмник в ретрансляторе... с минимальной задержкой сигнала. Сделать можно.

Когда делали радиоуправление, использовали обычную рацию с ЧМ. Для настройки подключали осциллограф к модулятору передатчика и детектору приёмника (после усилителя). Сравнивали импульсы 1 кГц на входе модулятора передатчика и выходе детектора приёмника... Заодно определели задерку сигнала в самом приёмнике. У меня получилась задержка ~200 микросекунд... Много)) Обычная рация не пойдёт...

[MagicianT]

Максимальная (испытанная) девиация ±320 kHz. - Но это нам не важно)) Выбираем гарантированный максимум - 125 kbps, GFSK, девиация ±62.5 kHz.

Есть два дата шита, на 128 и 256.Я уже померял, когда ставлю 320 кбпс то на выходе +-320 а не +-160.

Перечитай сообщение от Вс мар 27, 2016 13:57:05 ещё раз, я говорю о фазе несущей радиоволны. А теперь подумай как её измерить. Демодулятор встроенный в модуль ни к чему, моя идея строится на двух немодулированных радионесущих.
Вариант с Si4432 + FSK не единственный, можно получить две синхронных радиочастоты:
на Si5351
на двух Si4432 запитанных с одного кварца
или любых других PLL берущих тактовую базовую с одного кварца.

До этого я там предлагал чужую идею и инстрактаблес сайта, где время по петле меряется, так забудьте на время, там мне нечего добавить всё на линке из и-нэта. Если хотите продолжить дисскуссию по измерению времени (идея 1) то я удаляюсь

[roman.com]

когда ставлю 320 кбпс то на выходе +-320 а не +-160.

Ну хорошо))

125 kbps, FSK/GFSK, девиация ±62.5 kHz.
или
320 kbps, FSK/GFSK, девиация ±320 kHz.
Не принципиально))

Ну хорошо. Время в петле (задержку сигнала) мерить не будем. А что мы будем мерить? ... Фазу несущей? 900 Мгц ?

И что у нас получается...

Есть идея, с цифровым модулем Si4432. Идея в том, что если передатчик излучает две синхронных частоты, то разность фаз на приёмним конце будет пропорциональна дальности. К примеру, если дельта F 1 МГц, то 360 градусов поворота фазы на 300 метров, убирая неоднозначность направления нужно гдето на 2 поделить, т.е. реально мерять +180-180.

я говорю о фазе несущей радиоволны. А теперь подумай как её измерить.

можно получить две синхронных радиочастоты: на Si5351 на двух Si4432 запитанных с одного кварца или любых других PLL берущих тактовую базовую с одного кварца.

-дельта F 1 МГц...
-два Si4432 например: 900 МГц и 901 МГц...
-две ФАПЧ... от общего задающего генератора...
-Частота опорника 1 МГц.

-Si4432 1 например: 900 МГц делитель 90. Опорник 1 МГц.
-Si4432 2 например: 901 МГц делитель 91. Опорник 1 МГц.

Ну типа две синхронных частоты (опорник общий). А фазовый шум VCO учитывать будем? ))) Ладно... будем считать что он идеальный))

1.jpg

(61.91 КБ) 652 скачивания

Хм... любопытненько... А дальше?

[DrZugrik]

Добрый день. Долго искал простые и дешевые способы локального позиционирования на приемлемую точность, но ничего не попадалось. Стандартные радиомодули NRF цифровые и не умеют этого. Использовать специализированный радиоконтроллеры Atmel слишком дорого и проблемно. Подсказали посмотреть в сторону аналоговых радиосигналов (по аналогии с оптическими дальномерами на сдвиге фаз). Т.к. в аналоговой схемотехнике я не силен совсем, решил проконсультироваться у старших товарищей. Есть мысль использовать неподвижный маячек-трансивер, который будет принимать сигнал от переносного/передвижного модуля и отражать (пересылать обратно) с учетом сдвига фазы. Носимый трансивер планирую подключить к ардуино (через АЦП померить сдвиги фаз и, соответственно, расстояния) и соответственно на экране или в консоли получать расстояния до этих маячков. Дифференцировать маячки либо по времени (поочередно включать-отключать радиомодуль отправкой цифрового сигнала через NRF), либо немного меняя частоту аналогового сигнала. Дальность сигналов до 100 метров (в реальности наверное не далее 10 метров), точность 0,1-0,2 метра.
Подскажите пожалуйста:
1. Как сделать маячек-трансивер который будет отражать аналоговый входной сигнал (обычный синус) с учетом сдвига фазы (желательно со ссылкой на схему, потому как ввиду недостатка опыта могу не понять чего-то)
2. Схему приемника-передатчика аналогового сигнала.

Если Вы считаете что это решение кривое и нежизнеспособное, подскажите пожалуйста как сделать лучше, приветствуется любая конструктивная критика.

[Morroc]

Не припомню ничего подходящего у любителей. Боюсь в реальной конструкции задержки и сдвиги фаз будут плавать сильнее, чем требуется для точности 0.1-0.2м

[svic]

Можно попробовать в переизлучателе использовать приемный и передающий модули на разные частоты, скажем 900 и 2400 МГц (для упрощения дуплекса), разумеется засинхронизировав их от общего кварца, а управление импульсами манипуляции и корректировку результата софтовым способом возложить на какую-нить STM 32 (у ей и тактировка под 70 и разрядность АЦП по-боле АТмеги). Фазовый дискриминатор лучше аналоговый на диодной сборке. Ну и калибровку оперативную предусмотреть обязательно.
Но вообще тема еще та - тут и мозги и время требуется приложить....
https://geektimes.ru/post/258416/

[DrZugrik]

Да, видел эту статью, интересная, но я с STM не работал, так что надеюсь как-то попробовать извернуться с ATMega. Я подумывал поставить 2 комплекта радиомодулей 433 МГц и модуль NRF для синхронизации и обмена данными.



Возможно я сейчас говорю большую глупость, но так будет работать маяк? (Синхронизацию не сделать, потому что кварцы разных частот стоят)

[Morroc]

Мне кажется ссылка на лазерные дальномеры только с толку сбивает. Нет особых проблем с измерением параметров своего сигнала и совсем другое дело с отдельным маяком.

[DrZugrik]

Так маяк сам совершенно ничего не делает с сигналом, только отражает пришедший на него сигнал (не забывая сохранять сдвиг фазы).

[svic]

Тут слово "маяк" абсолютно ни к месту, то, что Вы имеете ввиду, называется ретранслятором. На радиочастотную часть в первом приближении можно положить, поскольку сравнивать требуется фазу огибающей вернувшегося сигнала с фазой огибающей излученного. В принципе частоты гетеродинов приемного и передающего модулей, возможно, синхронизировать не придется (пробовать нужно).
В предложенной структурке

легко развязать приемный и передающий каналы просто поместив фотодиод в короткий тубус. Заменив лазер на передатчик, а фотопреобразователь с усилителем на приемник, проблему развязки при полном дуплексе ужЕ так просто не решить, поэтому и думается разнести частоты и применить ПАВы в приемниках.
Короче для начала попробуйте получить хороший дуплекс между двумя парами модулей, а уж потом можно и за ардуинку взяться.

[Morroc]

[uquote="DrZugrik",url="/forum/viewtopic.php?p=3330590#p3330590"]Так маяк сам совершенно ничего не делает с сигналом, только отражает пришедший на него сигнал (не забывая сохранять сдвиг фазы).[/uquote]
Всего лишь

[roman.com]

подняли старую тему..)) на лазерах то же самое что я предлагал выше (только без гетеродинов и переноса на 5кГц)...

маяк сам совершенно ничего не делает с сигналом, только отражает пришедший на него сигнал (не забывая сохранять сдвиг фазы).

во-первых не маяк, а ретранслятор. (надо называть вещи своими именами).
во-вторых ни один ретранслятор не может сохранить сдвиг фаз, т.к. любой ретранслятор имеет задержку. Но сохранять сдвиг фаз в ретрансляторе и не нужно, потому что сдвиг фаз в ретрансляторе легко компенсировать в приёмнике, напрмер с помощью простейшей линии задержки.

проблема в другом... 2 комплекта радиомодулей 433 МГц смогут пропустить частоту 10 Мгц ? или сколько у вас там... ))

[DrZugrik]

Спасибо за критику, учту)
Наткнулся на вот такую штуковину на али - https://ru.aliexpress.com/item/Ad8302/3 ... 1cfcncmlOc
Если верить описанию, то это амплитудно-фазовый детектор. Может быть с его помощью можно будет измерить сдвиг фазы?