Messrichtung des Objekts (oder Winkel des Signalursprungs)

Ich bin daran interessiert, die "Kompass" -Richtung eines sich bewegenden Objekts von einer Referenzstation aus zu verfolgen - mit anderen Worten, ähnlich wie bei U-Boot-Sonarsystemen (obwohl ich nicht sicher bin, wie diese den Winkel / die Richtung des Ziels bestimmen ).

Beachten Sie, dass ich nur die Richtung / 2D-Winkelposition des Objekts benötige und mich nicht um die tatsächliche Entfernung / räumliche Position kümmere. Ich möchte also wissen, dass sich das Objekt beispielsweise 45 ° östlich von der Referenzstation befindet.

Einige Notizen:

• Maximale Größe der Schaltung am sich bewegenden Objekt: 10 cm x 10 cm
• Maximale Größe der Schaltung an der Referenzstation: 15 cm x 15 cm
• Die erforderliche Winkelmessung ist eine relative (dh gemessen von der Referenzstation), keine absolute.
• Eine Genauigkeit von +/- 10 Grad ist mehr als gut genug.
• Die Mess- / Verfolgungsrate kann einmal pro Sekunde sein, aber schneller würde nicht schaden!
• Während dieser Verfolgung kann sich das sich bewegende Objekt zwischen 3 Metern (min) und 100 Metern (max) Luftentfernung von der Referenzstation befinden.
• Angenommen, die Kosten sind nicht kritisch und sowohl das Objekt als auch die Referenzstation können elektronisch ausgestattet werden (dh mit Sensoren / Empfängern / Sendern / etc.)
• Das Objekt und die Referenzstation befinden sich in einer Außen- / Stadtumgebung.

Welche Technik könnte ich verwenden, um mit dieser Art der Richtungsmessung / -verfolgung zu beginnen?

Ich habe überlegt, eine standardmäßige drahtlose Signalübertragung zu verwenden, aber damit konnte ich nur RSSI (Signalstärke) messen und nicht den tatsächlichen Winkel / die tatsächliche Richtung! Ich schätze, ich brauche eine Art Richtungsübertragung vom Objekt, ob Ultraschall oder HF, und entsprechend ein 360-Grad-Sensorarray auf der Referenzstation, um die Richtung zu bestimmen.

Wenn Sie ein Objekt akustisch lokalisieren, benötigen Sie mindestens zwei Empfangswandler - messen Sie den Unterschied in der Schallankunftszeit. Drei sind viel besser; Sie müssen die Schallköpfe nicht für eine zweite "Ping" -Ankunft drehen.

Wenn Sie über Funkmittel lokalisieren, benötigen Sie eine drehbare Richtantenne ... oder drei Rundstrahlantennen. Wenn dies der Fall ist, drehen Sie es, bis die Signalstärke am stärksten ist. Bei drei wählen Sie die stärkste und extrapolierte Richtung aus den relativen Stärken der beiden anderen.

Ein letzter Vorschlag: Sie könnten GPS in die Fahrzeuge einbauen und die absolute Position senden lassen und dann den Versatz vom GPS-Standort der Basisstation in der Software berechnen. Ich bin sicher, Sie könnten es mit ein paar Handys verspotten und maßgeschneiderter werden, wenn es funktioniert.

Andernfalls wird es eine Funkpeilung sein, und dafür brauchen Sie die Hilfe eines echten Elektronikingenieurs ;-)

(Update: Nicht für die Frage geeignet, OP benötigt relative Richtung nicht absolut)

Sie können dies ziemlich gut mit einem I2C-Kompassmodul tun, das an einen Mikroprozessor am Objekt angeschlossen ist. Dies tastet die Kompassrichtung ab und sendet den Kurs an eine serielle Schnittstelle. Anschließend senden Sie eine beliebige UART-zu-Wireless-Brücke von der Stange an die Referenzstation zurück. Sie könnten mit einem Bluetooth-Modul für 100 m davonkommen, wenn es sich um die leistungsstärkere Klasse II handelt. Für größere Entfernungen, insbesondere wenn Sie keine perfekte Sichtlinie haben, sind einige der FM-Band-Sender / Empfänger-Paare möglicherweise besser geeignet, aber Sie müssen Ihre eigenen Framing- und Zuverlässigkeits- / Prüfsummenschichten auf dieser Route rollen.

Wenn es sich bei dem Objekt um ein motorisiertes Fahrzeug handelt, versuchen Sie, den Abstand zwischen dem Kompass und den motorisierten Aktuatoren zu maximieren, da deren Magnetfelder Ihre Messwerte (bestenfalls) verzerren. Vielleicht können Sie die Zeit ablesen, wenn die Aktuatoren ausgeschaltet sind. Ich habe etwas sehr Ähnliches für mein Abschlussprojekt gemacht .

Persönlich denke ich, dass RF der richtige Weg ist. Sie könnten möglicherweise ein System bauen, das einem Blitzdetektor ähnelt und drei dreieckige Antennen aufweist. Sie können einen HF-Sender auf dem Objekt haben, der von Zeit zu Zeit ein Signal aussendet. Diese Frequenzen werden von den drei Antennen zu unterschiedlichen Zeiten erfasst. Anhand der Zeitdifferenz und der Stärke des Signals können Sie im Grunde erkennen, wie weit das Objekt zusammen mit seinem Winkel von der Referenzstation entfernt ist.

Etwas, an das ich gerade gedacht habe, ist, einen drahtlosen Sender (RF oder auf andere Weise) und dann den entsprechenden Empfänger an Ihrer Basisstation anzubringen, aber auf einer kleinen rotierenden Stange oder etwas anderem zu montieren. Um die Empfangsantenne herum befindet sich ein Gehäuse es würde nur ein Signal aus einer bestimmten Richtung aufnehmen, dh. geradeaus, aber dennoch aus unterschiedlichen Höhen empfangen lassen. Vielleicht würde ein gebogener Schlitz in einer Metallbox / -kuppel um den Empfänger dies mehr oder weniger simulieren. Außerdem müsste der Sender nicht gerichtet sein, sondern nur so stark, dass er die Entfernung überträgt, zu der Sie ihn benötigen, und einige, nur um sicherzugehen, dass er aufgenommen wird.

Wenn Sie einen Motor verwenden, mit dem Sie seine eigene Position verfolgen können, damit Sie wissen, in welche Richtung der Empfänger auf einen bestimmten Punkt zeigt, und wenn das empfangene Signal am stärksten / am stärksten empfangen wird, können Sie davon ausgehen, dass dies die Richtung ist, in die sich Ihr Objekt befindet Mit der Position des Motors können Sie leicht die relative Position des Objekts ermitteln. Könnte ziemlich einfach mit einem Mikrocontroller implementiert werden, der den Eingang vom Empfänger nimmt und die empfangenen Signale über eine vollständige Umdrehung der rotierenden Stange vergleichen und herausfinden kann, wo das Signal am stärksten war, und dies dann als Position aufzeichnen lässt.

Die Position könnte ermittelt werden, wenn die Frequenz / Periode des Motors / der rotierenden Stange bekannt ist, da Sie wissen, dass die Messwerte nach jeder Umdrehung gemessen werden, und wenn Sie eine Abtastrate einstellen, die 360-mal schneller ist als die Frequenz, für die Sie einen Messwert erhalten würden Jeder Grad um den Scanbereich herum könnte theoretisch eine verdammt genaue Position für das Objekt erhalten.

Hinweis : Die Signalstärke kann auch verwendet werden, um eine grobe Schätzung der Entfernung zu erhalten. Wenn Sie die Signalstärke in x Metern Entfernung kennen, können Sie möglicherweise die Entfernung mit den empfangenen Signalen anhand dieses Werts berechnen (unter der Annahme eines Signals) Die Stärke ist linear mit der Entfernung, andernfalls könnte es etwas schwieriger sein, dies zu tun.

Für solche Entfernungen und eine städtische Umgebung sind sichtbare / IR-Emissionen oder Schall / Ultraschall wahrscheinlich nicht vorhanden. Ich habe selbst keine Erfahrung auf diesem Gebiet, aber vielleicht helfen Ihnen einige Schlüsselwörter, nach denen Sie suchen müssen, beim Einstieg. Ich habe hier einen gut aussehenden Überblick über die verschiedenen Technologien gefunden: http://www.denisowski.org/Articles/Denisowski%20-%20Comparison%20of%20Radio%20Direction-Finding%20Technologies.pdf .

Ein weiteres gutes Intro auf dem Gebiet mit vielen Bildern: http://telekomunikacije.etf.bg.ac.rs/predmeti/ot3tm2/nastava/df.pdf

Ich würde sagen, Ihre beste Wahl ist die Suche nach Forschungsartikeln und HOWTO-Leitfäden zur Peilung von Adcock-Paaren und Watson-Watt oder nach der Methode zur Peilung des korrelativen Interferometers . Wenn Sie Zugriff auf Datenbanken von akademischen / professionellen Gesellschaften haben, sollten Sie diese zuerst ausprobieren. Gekreuzte Ferritschleifenantennen würden aufgrund Ihrer Größenbeschränkungen wahrscheinlich zu Ihrer Anwendung passen.

Ich würde das Remote-Gerät mit einem Omni-RF-Impuls von der lokalen Einheit anpingen und das Remote-Gerät mit einem Xenon-Blitz antworten lassen, den die lokale Einheit mit einer Videokamera aufnehmen würde.

Die Kamera würde sich mit einer Geschwindigkeit drehen, die die Fernbedienung für mindestens zwei Pings in ihrem Sichtfeld hält, um sicherzustellen, dass sie mindestens einen Blitz empfängt, um die Fernbedienung zu erfassen.

Nach der Aufnahme würde die Kamera in die Richtung schwenken, die erforderlich ist, um den Blitz auf den Brennpunkt ihrer Filmebene zu bringen, und je nach erforderlicher Tracking-Auflösung die Ping-Rate entsprechend anpassen.

Um die Auswirkung des Umgebungslichts auf die Kamera zu minimieren, wären wahrscheinlich eine richtig proportionierte Gegenlichtblende und möglicherweise identische Farbfilter über dem Blitz und vor dem Objektiv der Kamera erforderlich.