Радиодальномер высокой точности, Возможно ли? Опции

[Mohenti]

Всем доброго времени суток.
Вот недавно возникла одна очень интересная идея и я начал искать пути её реализации.
Задача: определить координаты маяка (и не одного, при том нужно знать где какой) на территории примерно 3х3 м (важно чтобы эта система работала в 3D). Самое важное - точность измерений. Как минимум около 1 миллиметра.

Сразу пришли в голову радио и триангуляция, но потом появились сомнения: сможет ли прибор работать с такой точностью? Если использовать время прохождения сигнала, то прибор должен измерять время с точностью до 1 пикосекунды. Ничего подобного я не видел. Возможно фазовый метод?
Хотелось бы узнать, что по этому поводу думают опытные люди. Возможно ли это и каким способом измерять расстояние? Думал об оптике, но она вряд ли подойдёт, т.к. источник может полностью скрываться из видимости сенсоров.

[Mohenti]

излучатели маяки а двигаются приемники...излучатели и приемники вертикальный штырь, можно тонкий, 0.5 mm к примеру..
типо измерительной линии, только 2D...

Двигаться будут маяки, при том довольно быстро с резкими изменениями направления.
Нужно именно в 3D.

Тут уже обсуждалось применение ультразвука, это более реально, но всё равно необходимо обеспечить одинаковую скорость распространения звука до приёмников.

Я думал на счёт ультразвука, но кое-что мне не понравилось:
1) Нет ли какого вредного воздействия на человека, ибо во время работы человек будет находиться в "зоне".
2) Звук сильно зависит от окружающей среды. Конечно работать прибор будет не хрен знает где, но хотелось бы избежать лишних помех.
3) Будет несколько маяков, и, насколько я понимаю, мне придётся для каждого выводить свой сигнал, чтобы их различать.

Видеоимпульсы на 10ГГц при базе 300-400 мм дают точность 0.1-0.2 мм, правда -2D.
1мм на 3 метрах - наверное реально.
По поводу пикосекунд - 10EP196 Вам в помощь, правда, придется калибровать + накопления.

Хм... Интересно. Если использовать этот "секундомер", то можно использовать время прохождения сигнала? Рационально ли это?
Я всё таки склоняюсь к фазам.

[alexkok]

Я думал на счёт ультразвука, но кое-что мне не понравилось:
1) Нет ли какого вредного воздействия на человека, ибо во время работы человек будет находиться в "зоне".

Вы же не киловатты излучать будете, имхо ультразвук по воздействию на человека от обычного звука не отличается.

2) Звук сильно зависит от окружающей среды. Конечно работать прибор будет не хрен знает где, но хотелось бы избежать лишних помех.

Всё зависит от окружающей среды.
Для радиоволн и фазового метода Вам придется бороться с многолучёвостью.
А при использовании ультразвука достаточно регистрировать первый пришедший импульс и отбрасывать отражения.

3) Будет несколько маяков, и, насколько я понимаю, мне придётся для каждого выводить свой сигнал, чтобы их различать.

Вы можете использовать узкополосный радиоканал для выбора маяка и режим разделения времени для ультразвуковых импульсов.
Но это зависит от частоты опроса маяков.

[asdf]

Всё зависит от окружающей среды.
Для радиоволн и фазового метода Вам придется бороться с многолучёвостью.
А при использовании ультразвука достаточно регистрировать первый пришедший импульс и отбрасывать отражения.

Вы можете использовать узкополосный радиоканал для выбора маяка и режим разделения времени для ультразвуковых импульсов.
Но это зависит от частоты опроса маяков.

Если учесть время необходимое для затухания, то период повторения импульсов не менее 0.01 сек - те много накоплений для повышения точности измерений не получишь, отсюда рабочая частота УЗ не менее 3 Мгц. Большие потери в воздухе на 3 м, а значит и мощность - несколько Вт.
Кроме того накладываются ограничения:
- на максимальную скорость движения - примерно до 5 м/с.
- на конструкцию излучателя сферический (для 3D его должны "видеть" в любой точке не менее 4-х баз)

В общем, мне кажется реальнее, видеоимпульсы или пакеты на частоте несколько десятков ГГц.
Переотражения затухнут за сотню - две наносекунд, частота повторений посылок - 10^4 - откуда требования к точности измерения времени
десятки pS или даже более.

Для передачи квазидальности по Wi-Fi нужен будет канал синхронизации - еще один неподвижный маяк с известными координатами.
Если синхронизировать по витой паре, то для подавления джитера придется синхросигнал передавать в виде ПСП с длиной 10^3-10^4.

[alexkok]

отсюда рабочая частота УЗ не менее 3 Мгц.

Почему 3 МГц?

- на конструкцию излучателя сферический (для 3D его должны "видеть" в любой точке не менее 4-х баз)

В общем, мне кажется реальнее, видеоимпульсы или пакеты на частоте несколько десятков ГГц.

А сферическую волну на нескольких десятках ГГц получить легче?

[asdf]

Почему 3 МГц?
А сферическую волну на нескольких десятках ГГц получить легче?

Т.к. уменьшение ошибки за счет усреднения невозможно, то ошибка будет порядка длины волны.
А т.к. в простом излучателе сложно обеспечить повторяемость формы пакета, то ошибка может достигать нескольких длин волн, отсюда и оценка в 3МГц.
Тут уже было обсуждение по поводу УЗ позиционирования и Stanislav справедливо отметил возможность большой ошибки за счет ветрового воздействия. С учетом этого получается, что к минимальному количеству в 4 базовые станции для 3D позиционирования нужно будет добавить еще как минимум 3 для компенсации ветрового воздействия плюс еще одну для устранения эффекта плохой конфигурации углов триангуляции. Итого 8, причем все они должны одновременно "видеть" фазовый центр излучателя. Для обычного узконаправленного УЗ излучателя это приведет к тому, что базовых станций нужно будет несколько десятков, или сферический излучатель.
Для радиодиапазона это условие проще выполнить т.к. даже простейший диполь сохраняя фазовый центр излучает в большом угле.
Просто будет уменьшаться амплитуда сигнала. Кроме того минимум базовых станций - 5, а не 8 (пока не обнаружили эфирный ветер ).
Где-то так.