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.

[samurad]

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.

ИМХО, такая задача не имеет статистически надежного решения в рамках только локации.

1) Для измерения с точностью 1 мм нужен сигнал длиной волны короче 10 мм, т.е. с несущей от 30 ГГц и выше.
2) Такие сигналы распространяются почти как оптические, т.е. даже авторучки будут отражать, а люди и другие поглощающие объекты гасить полезную энергию.
3) Даже в пустом помещении 3х3 м с обычными стенами (т.е. из отражающего материала) имеется 3e3^2*6=54e6 потенциальных точечных отражателей при использовании изотропной антенны и шага разрешения 1 мм. Разделить такое количество помех очень непросто даже с ресурсом РЛС.
4) Сильное затухание мм-волн (71 дБ в вакууме для 10-мм волны на расстоянии 3 м, 77 дБ - 6 м) и запас энергетики для борьбы с отражениями потребует передатчика на 10х а то и 100х Вт, а, как известно, мозги "варятся" в СВЧ на 500 Вт за несколько секунд, так что присутсвие живых организмов придется исключить.

Комбинация методов (инерциалка, радио, ИК, лазер, фото и т.п.), перенос вычислителя с мобильного маяка на стационарный компьютер, установка 4+ стационарных передатчиков с высокостабильними засинхронизированными генераторами, передающими сигнал с периодом больше 6 м и установка приемника этих сигналов на маяк, передача "сырых" относительных измерений с маяка на единый стационарный вычислитель (как в AGPS) может приблизить к практическому решению такого позиционирования, возможно даже за несколько секунд.

[blackfin]

4) Сильное затухание мм-волн (71 дБ в вакууме для 10-мм волны на расстоянии 3 м, 77 дБ - 6 м)...

Что-то не слыхал о затухании эл. волн вакууме.. Наверное опять Мировая Закулиса что-то скрывает..

[samurad]

Что-то не слыхал о затухании эл. волн вакууме.. Наверное опять Мировая Закулиса что-то скрывает..

А о затухании мощности в точке приема изотропного излучателя в свободном пространстве какие-то новости до вашего хутора доходили?

Не могу согласиться.
По1. Используя расширение базы сигнала за счет кодировки (ПСП) Вы ведь можете позиционироваться используя длины волн бОльшие чем потребное разрешение по дальности. Видеосигнал является таким же расширением базы, поэтому усредняясь по фронту видеосигнала можно, в принципе, получАть неограниченную точность, если позволяют технические средства обработки и их апертурная неопределенность.

Взаимно не могу согласиться. Расширение базы сигнала происходит не за счет кодировки (ПСП), а за счет увеличения полосы передаваемого сигнала более чем требуется для передачи информации.

В более раннем посте я приводил пример конкретно существующего устройства позволяющего на частоте видеоимпульсов 10ГГц получать точность позиционирования (по крайней мере относительную) - 0.1-0.2 мм.
Где то в архиве у меня есть ссылка, найду - сброшу в тему.

По 4. В устройстве, на которое я ссылаюсь, используется энергетика на уровне микроватт по средней мощности для базы в 300-400 мм.
Для 3м можно ожидать среднюю мощность на уровне милливат.

Мало верится, по крайней мере не в динамике, но все-равно было бы интересно посмотреть даташит.

[asdf]

Взаимно не могу согласиться. Расширение базы сигнала происходит не за счет кодировки (ПСП), а за счет увеличения полосы передаваемого сигнала более чем требуется для передачи информации.
Мало верится, по крайней мере не в динамике, но все-равно было бы интересно посмотреть даташит.

Про некорректность формулировки согласен, но суть от этого не изменяется.
Самый известный пример использования сигналов с большой базой - GPS, при длине волны порядка 20см точность позиционирования с дифстанциями - лучше 1см.
Другое дело, что применить этот метод для получения точности в 1мм будет сложно (с смысле - очень дорого), а вот применение UWB, в частности видеоимпульсов, намного проще и реальнее.

[samurad]

Самый известный пример использования сигналов с большой базой - GPS, при длине волны порядка 20см точность позиционирования с дифстанциями - лучше 1см.

С RTK не путаете?
Обычные коммерческие GPS приемники со стандартными (открытыми) дифпоправками дают ошибку позиционирования 0.5 - 1 м RMS (с надежностью 50%) и то в хороших условиях приема с малой многолучевостью. Дорогостоящие GPS приемники с коммерческими дифпоправками вкл. высокоточные эфемериды - 10 см RMS. Вот RTK может дать относительную ошибку в 1 мм, но это в стационарном режиме, в хороших условиях и большой ценой (высокостабилные рубидиевые генераторы, точнейшая калибровка, и т.д.).

Другое дело, что применить этот метод для получения точности в 1мм будет сложно (с смысле - очень дорого), а вот применение UWB, в частности видеоимпульсов, намного проще и реальнее.

Даташит в студию!

[asdf]

С RTK не путаете?

Даташит в студию!

Нет, посмотрите диф. станции например Trimble Nav.
Даже более того, я тут подумал Вы будете возражать по поводу использования в качестве сравнения несущей частоты (~1500МГц), а не символьной (1 или 10МГц), что более правильно.

Кстати, с центральной частотой ошибся, даже не 10, а 5.8 ГГц
Прошу прощения за небольшие неточности по параметрам допущенные ранее, писАл по памяти.

А уже из своего опыта - на 5.8ГГц на площадке 100*100 м точность локального позиционирования порядка 5см, правда стоимость комплекта высокая. Сейчас работаем (в фоновом режиме) над снижением ее в 2-3 раза.

Прикрепленные файлы

 RLS_1.pdf ( 271.87 килобайт ) Кол-во скачиваний: 594

 

[samurad]

Нет, посмотрите диф. станции например Trimble Nav.
Даже более того, я тут подумал Вы будете возражать по поводу использования в качестве сравнения несущей частоты (~1500МГц), а не символьной (1 или 10МГц), что более правильно.

Кстати, с центральной частотой ошибся, даже не 10, а 5.8 ГГц
Прошу прощения за небольшие неточности по параметрам допущенные ранее, писАл по памяти.

А уже из своего опыта - на 5.8ГГц на площадке 100*100 м точность локального позиционирования порядка 5см, правда стоимость комплекта высокая. Сейчас работаем (в фоновом режиме) над снижением ее в 2-3 раза.

С дифф. станциями и не только от Trimble знаком, и они бывают разные. Нельзя ли уточнить модель или класс устройства?

Спасибо за даташит, прочитал. Интересная техника. Правда, там условия существенно ограничены по динамике объекта, по однородности среды распространения и по геометрическому фактору, что существенно снижает сложность локации и увеличивает потенциальную точность местоопределения.

Точность 5см у вас на плоскости 100*100 м (не объем)? С какой вероятностью? Какая минимальная временная задержка между измерениями? Какая примерная стоимость комплекта, если не секрет?

Так пользуйтесь общепринятой инженерной терминологий, тогда и вопросов не возникнет. Затухание в электродинамике вообще и в радиотехнике в частности принято связывать с диссипативными процессами в системе. Уменьшение мощности эл. волны в точке приема, о которой Вы так образно выразились, связано отнюдь не с затуханием эл. волны в вакууме, а с расходимостью излучения Вашего изотропного источника. Иначе говоря, Диаграмма Направленности (ДН) Вашего изотропного источника не зависит от углов и тождественно равна единице. Для источника эл. волны с другой диаграммой направленности мощность эл. волны в точке приема будет другой, но это, опять же, не связано с затуханием волны. Это связано с тем, что поток эл. волны перераспределен в пространстве таким образом, что бОльшая или мЕньшая его часть попадает в апертуру антенны Вашего приемника.

Пара слов об общепринятой инженерной терминологии.

Затухание эл.-м. волн в электродинамике вообще и в радиотехнике в частности, связанное с диссипативными процессами в диэлектрических средах принято называть рассеиванием. Причем, рассеивание может быть без потери информации (многолучевость, проникновение и отражение) и с потерей оной (паразитный переход в тепло- и другую неулавливаемую энергию).

Затухание мощности сигнала в системах радиосвязи и радиолокации принято рассматривать в более общем контексте уменьшения полезной составляющей принятой эл.-м. энергии по сравнению с поданной на вход передающей антенны, заранее не ограничивая причины такого уменьшения (потерь) без веских на то оснований. Среди вероятных причин значительных потерь часто рассматривают потери на изотропность-расстояние, рассеивание в среде, интерференцию с другими сигналами, шум приемника и ограничение-смещение спектра информационной составляющей сигнала в приемо-передающем тракте. Именно это обобщенное затухание мощности я и имел в виду в раннем посте, как наиболее близкое к теме.

Извиняюсь за вынужденное словоблудие.

3х3 м не имеется ввиду замкнутое помещение. Я просто ограничил территорию.

А как бы собираетесь закладывать ограниченность территории свободного (и неограниченного по определению) пространства в измерители? В смысле, вам помимо точности еще неодходимо отслеживание (и недопущение) пересечения заданной территории?

Комбинация методов будет наверное сложноватой в реализации. Плюс большое количество информации может замедлить отклик, что недопустимо.

Комбинация может осуществляется в фильтре Калмана в реальном времени и от количества поступающей информации мало зависит. Сам я не реализовывал фильтры Калмана, но от практиков слышал, что дело это несложное.