Для измерения расстояния между базой и передвижным объектом (ровером) в пределах 100-150 м с погрешностью, скажем, не более 5 см при прямой видимости, нужен радиодальномер. Всё находится на поверхности земли, антенны можно поднять на расстояние 1-2 м от неё, объект в момент измерения неподвижен. Требования к дальномеру - низкое энергопотребление и умеренная стоимость. База может быть как пассивной (только отражать сигнал), так и активной (принимать и передавать сигнал); ровер - активный. Очень желательно, чтобы база могла поддерживать несколько роверов.
Далее, в порядке усложнения. Существуют ли системы определения 2D или 3D - местоположения, использующие данный принцип?
Прежде всего интересуют готовые изделия; буду также благодарен за информацию по принципам работы таких систем.

PS. Системы, использующие спутниковую навигацию, исключаются...

А почему решили на радио остановться? Измерение дальности в прямой видимости - традиционно епархия светодальномеров (лазерных).

Плохо - приборы довольно дорогие, тяжёлые, их наводить надо. А это большой гимор.
Кроме того, предполагается наличие небольших препятствий. Радиодальномер работать будет, хоть и со снижением точности, а оптика - нет.

Вопрос по базе, как я понимаю, еще не решен - активная/пассивная? Как планируется направлять антенны - планируется ли система слежения?

Хотелось бы иметь ненаправленные антенны, как на базе, так и на ровере. Система слежения - сложно, да и дорого.

Параметры объекта? В параллельной теме я описал применение для таких целей автодинного радара. Уверенно работает на расстоянии ~100 м по объекту размером с большой автомобиль.
Имеются в наличии готовые головки-модули приемо-передатчика (только механика, диодов Ганна в данное время нет). Обработку сочинить не сложно. Но 5 см на таком расстоянии - близко к пределу точности по условиям С/Ш.
Энергопотребление радара - единицы/десятки милливатт, U питания - 3-5 вольт. Оценить энергопотребление блока обработки не берусь, мало вводных, но думаю, не более нескольких ватт.
Размеры СВЧ-модуля ~ 30х30х30 мм, диаметр параболической антенны 100 мм (угол раскрыва луча ~ 5-7 град.), размеры рупорной антенны определит аппертура. Стоимость в сегодняшних деньгах определить сложно, но думаю, это все считабельно.
3D вариант предполагалось использовать для определения геометрии шахтных выработок и естественных пещер (реальные результаты мне не известны - тема была закрытой).
Применение ненаправленных антенн мне кажется бесперспективным.
Если интересуют конкретности - пишите в личку.

Речь идёт о расширении функциональных возможностей геодезического оборудования (приёмников систем спутниковой навигации), там, где его применение затруднено (нет открытого неба, многолучёвость и т.д) и для удешевления.
При этом геодезические координаты базы, стоящей на открытом месте, будут определяться приёмником, а координаты роверов (носимых устройств, на палке или штативе) должны определяться относительно этой самой базы.
Конечно, можно для решения этой задачи использовать оптику (теодолиты и т.д., но это слишком дорого).
Задача пока ставится очень туманно, желаемые параметры мне неизвестны.
Поэтому, решил собрать инфу по данному вопросу.
Радиодальномер выбрал, как единственное подходящее по духу задачи средство для измерения расстояния.
Насчёт системы, описанной Вами, ответ дам завтра. Только, мне кажется, всё же не подойдёт.

Стояла у нас подобная задачка - американцы подкидывали проект - им очень хотелось UWB технику использовать. Но у нас работы было тогда (и сейчас, слава Богу) выше крыши и мы не стали ввязываться. Но проработка предварительная делалась. Вроде получалось, но деталей не упомню. Антенны передатчиков закладывались изотропными (почти ), но приемные антены предполагалось делать направленными - иначе локализация (2D) не получится... Сигнал передатчика (носимого) кодировался число-импульсным кодом, разрешение 1нс=15см.

http://www.chipcon.com/index.cfm?kat_id=2&...&dok_id=261
точности не те конечно (по амплитуде принимаемого сигнала расстояние измеряет) но если в чистом поле, да объект неподвижный то может и получится чего.

www.getradar.com там описание патентов есть, точность хорошая, но дальность вряд и получится,
www.uwbgroup.ru, они там тоже чего то намеряли

Фазовый радиодальномер с несколькими одновременно излучаемыми частотами в нижней части миллиметрового диапазона и , естественно , очень цифровая обработка сигналов.
Несколько излучаемых частот позволят избавиться от необходимости какой-либо стабилизации частоты СВЧ генераторов. Они конструктивно -на миниатюрных т.н. "запредельных" волноводах. можно взять готовые, делает Томск. Антенны -параболы 15 см., можно просто рупор.

попробуйте к этим людям обратиться: http://limaco.ru/urovnemer1.html

Насчет тяжелые и дорогие - не соглашусь. Все зависит от области применения. Дорогие и относительно тяжелые - это на газовых лазерах (например, на CO2 лазере, но это и диапазон 8-14 мкм). На твердотельных лазерах - да, недешевые, но тяжелыми я бы их не назвал. На прежней работе как раз приходилось заниматься их разработкой, причем преимущественно малогабаритными - например, ручными (размером с полевой бинокль, масса не более 1 кг со всей оптикой и аккумуляторами, дальность до 3 км, можно поднять до 5 км, был такой один образец). Точность, конечно, там совсем не такая, как тут требуется - она для тех задач была подходящей.

В настоящее время широкое распространение получили дальномеры на полупроводниковых лазерах, дальности (днем) до километра, точности - порядка 0.5 - 1 метра, масса 0.2 - 0.5 кг. Это самый дешевый класс дальномеров - вариант до 300-500 м несколько лет назад покупался за сумму порядка $200.

Ну, и для Вас подходящим был бы фазовый дальномер. Этот класс дальномеров как раз ориентирован на геодезические задачи. Фирменные геодезические дивайсы недешевы - например дальномерный модуль (дополнение к теодолиту) Лейка, который мы видели, стоил порядка 1000 зеленых. По массе он был меньше килограмма, по размерам - брусок сечением где-то 5 на 6 см, длиной сантиметров 15. Правда, и характеристики он выдавал - ого-го: погрешность 5 мм на 1 км (по триппель призме, ествественно). Было это давно, с тех пор уже техника ушла вперед, наверняка уже и лучше, и дешевле варианты появились. Правда, следить я уже давно за этим перестал.

Лет пять назад видел малогабаритный дальномер - к нам приходили люди, обмеряли помещение. Сказали, что это строительный дальномер (в смысле, что применяется при строительстве). Внешне - продолговатая коробочка, размером с кулак. Из нее светит красный лазер - показывает точку на объекте, до которой производится измерение. Я так понял, что это как раз фазовый дальномер, красный лазер - целеуказатель. На вопрос о дальности, сказали, что по стене метров до 50 берет, для бОльших дальностей есть уголковый отражатель (катафот или триппель призма). Погрешность - порядка сантиметра. Фирму не помню, полез тогда же в инет, нарыл кучу ссылок на подобного класса дивайсы. Цен, правда, не было.

Т.ч. по цене, массе и габаритам есть большое разнообразие. Надо конкретно смотреть.


Да, наводить надо. А как иначе? Вы ведь хотите точность получить до конкретного объекта и даже не до самого объекта, а, видимо, до какой-то точки на нем - ведь объект может быть сам достаточно протяженным, а 5 см - это неплохая точность. Если целиться куда попало, что наизмеряете?


Смотря какие препятствия. Если это ветки кустов, то тут зависит от их площади и рамеров пучка. Кроме того, если на пути измерения есть посторонние цели, то как будете производить селекцию целей?

Уровнемер - немного не то...

Многолучевка замучает при таких требованиях к точности и ненапрвленных антеннах.

Представьте себе палку, на одном конце которой стоит дальномер, дающий, например, координаты фазового центра саоей антенны.
Другим концом палки тычем в точку, координаты которой нужно измерить. Имея на палке датчик ориентации и зная длину палки, можно найти координаты точки.
Повторюсь, это пока только гипотетически - не существует не только ТЗ, но и понимания, чего же вообще хочется сделать. А сделать определённо хочется (некоторые "додумались" до полностью инерциальной системы определения местоположения).
...............................

Всем откликнувшимся - огромное спасибо. Буду изучать... Правда, только через неделю - сегодня в отпуск уезжаю.

Уважаемый коллега Валентиныч!

Будьте добры, уточните тип диодов Ганна, на основе которых можно сделать автодин с потребляемой мощностью единицы-десятки милливат.

Очень актуально!

Ответил в приват.

А каков желаемый ценник?!

Пока что - любой...

В разработке система определения координат. Будет через полгода. Можно определять координаты объекта в пределах 100 и более метров и с точностью до 1 см в теории (на самом делевсе зависит от настройки приемной антенны и ее размеров). Стоимость контроллеров объектов порядка 40$. Антенны - 200$. Можно в одной зоне размещать до нескольких сот движущихся объектов. Метод - фазовая детекция.
Если планируете покупать - пишите на vit@byterg.ru.

Простите, но мне сдаётся, что Вы не совсем хорошо представляете себе сложность подобной задачи (буду очень счастлив ошибиться). Если сообщите подробнее о предполагаемом методе измерения, могу указать, с какими "подводными камнями" придётся столкнуться.
Во всяком случае, дайте через полгода знать о состоянии Вашего проекта...

наверное имеется ввиду это
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Прочитал. По-моему, лабуда какая-то: всё декларативно, и много явных ляпов.

Многочастотный или моно?

А чем не нравится обычная триангуляция? Репер- трехканальный с разнесенными ненаправленными излучателями. Приемник на рейке тоже 3-канальный, но с 1 антенной. В общем двумерная персональная GPS. Вместо кодировки - импульс ( репер уже привязан).

Почему не нравится? Только вот самому крючить неохота, да и некогда.
Кстати, этим вопросом у нас, похоже, начали заниматься. Только это стоить будет немеряно...

Не обязательно. Репер - совсем простой. 3 покупных независимых излучателя - единственный параметр - невылет за диапазон + 3 одинаковых кабеля + импульсный модулятор - единственный параметр - крутизна импульса. Комплементарные к ним приемники с детекторами - тоже покупные. А вот сопрягать приемники и вычитать импульсы - тут гемору хватит....... Может и правда дорого....

Да, похоже, что писали люди не очень в електронике... Но задача, поставленная в рекламе интересная.

Как продвижения по этой теме? Удалось ли что-либо сконструировать? Было бы интересно поделиться опытом, собираюсь сделать что-то подобное на основе адаптивного FMCW-метода.

Готовое решение от Freescale:

Last week, at the electronica 2010 show in Munich, Freescale announced shipment of 77 GHz radar chipset samples to select customers for automotive safety applications. This expands the Xtrinsic Sensing brand to encompass active safety issues such as adaptive cruise control, blind spot detection, and side impact avoidance.



Active Safety with Freescale Automotive Radar

Figure 1. Active Safety with Freescale Automotive Radar

Chipsets are partitioned into separate RF transmit and receive devices, allowing one system to have multiple modes of operation. Long range radar covers distances up to 250m and vehicle speeds up to 250km/h. It utilizes a narrow frequency band and narrow beam with a spatial resolution on the order of one half meter. This is the mode that enables adaptive cruise control. Alternately, the same devices can be reconfigured (on the fly) for short range radar to identify objects in the immediate vicinity of the vehicle. In this mode, we’re using a wider frequency band and wider beams to detect objects up to 30m in distance. Vehicle speeds up to 150km/h are supported in this mode.



Transmitter

* Low power consumption
* Extremely low phase noise
* High output power
* Very precise control over frequency (+/-100 ppm)
* No trimming, no adjustments
* Supports RX designs with local oscillator at half of the RF frequency (38.25 GHz)
* Ability to monolithically integrate frequency stabilization (PLL), PA and programmable FMCW modulation.
* SPI interface



Multi-Channel Receiver


* Multi-channels supported
* Best in class channel-to-channel isolation
* Local oscillator at 38.25GHz
* Single-ended/differential IF
* Low noise
* Low residual power levels
* ESD protection (RF and DC)
* Optional SPI interface

I love to dig into the technology behind announcements like this. You’ll notice the acronym FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) in the table above. After reviewing the on-demand radar training on the Freescale web site, as well as FMCW MMW Radar for Automotive Longitudinal Control, I learned that FMCW radar transmits a constant amplitude signal which is linearly changing in frequency (usually in a sawtooth or triangular pattern). The transmitted beam bounces off remote objects and returns to the receiver a short time later. The time lag between transmission and reception ensures that the transmitter and receiver are operating at two different frequencies, resulting in a frequency difference which is directly proportional to the distance of the target. The advantages of FMCW are that it is easy to calculate speed and range, and it has good range accuracy.



Figure 2. FMCW Waveforms for Stationary Transmitter/Target

Figure 2 above shows both transmitted (blue) and received (red) waveforms for FMCW radar with stationary transmitter and target. The propagation time between the two waveforms is simply 2R/c, where R is the range between the transmitter and object being detected, and c is the speed of light.

FB is the difference in frequency between the transmitted and received signals. From the figure, we can see that this is equal to 2RΔF/t1c. Re-arranging, we get the distance from transmitter to target R = t1cFB/2ΔF.

Things get more interesting if the target is moving. In that case, the curves look like those shown in Figure 3.



Figure 3. FMCW Waveforms for Moving Transmitter/Target

The Doppler Effect is responsible for the shift in frequency observed in the received waveform. Recall that the Doppler change in frequency is Δf = -v/l0, where v = the velocity of the target relative to the transmitter and l0 is the wavelength of the transmitted wave. So measuring ΔFD in Figure 3 supplies the information necessary to determine how fast your vehicle is approaching another.

The figures above show equal rising and falling frequency rates. In practice, this is a simplification. Use of different rates on different edges allow multiple range calculations to be made based on multiple rates of frequency shift. This can be useful in eliminating ”ghost readings”.

You can view Freescale’s announcement of the new radar products at the company’s website, or visit our Automotive Radar Millimeter-Wave Technology page for more details. Reference 2 below offers a very nice introduction to the topic of FMCW radar.

References:

1. On-Demand Training: Automotive Front-End Radar and Associated Signal Processing, 2008 Freescale Technology Forum
2. FMCW MMW Radar for Automotive Longitudinal Control, William David, California PATH Research Report UCB-ITS-PRR-97-19
3. Theory of FMCW Radar Waveforms, USA JRG-70
4. Wikipedia page on the Doppler Effect


http://blogs.freescale.com/author/michaelestanley/

Можно узнать про эту разработку подробнее ?

Infineon тоже предлагает решение такой задачи:


Automotive Radar 77 GHz
System Benefits

* The Radar System IC (RASIC™) series consists of a group of highly-integrated functions for the 76–77GHz range for automotive radar
* The ICs offer a high level of integration and need only a few – if any – external components
* Infineon’s SiGe process benefits from its origins in the volume bipolar segment. Its unique features are its high-frequency capability and robustness, which make it suitable for automotive environments over the full temperature range up to full automotive qualification according to AEC-Q100


http://www.infineon.com/radar

Abstract

In the latter half of the 1990s, auto manufacturers released driving assistant "Adaptive Cruise Control (ACC) Systems" that utilized Millimeter Wave radar. Then in 2003 this technology started being applied to safe driving support in the form of "Collision Mitigation Systems." In the future, Millimeter Wave radar is expected to under go performance improvements that will enable it to be adapted to all driving situations, and continued reduced pricing is expected to lead to an expansion in a wide variety of models that adopt it.
As an approach to price reduction aimed at expanding the use of Millimeter Wave radar, FUJITSU TEN LIMITED developed a single chip for Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) modules in Millimeter wave transceivers and also developed radar that utilizes that technology. This report describes a 76GHz Millimeter Wave radar using such single-chip-MMIC. This low-cost radar will be produced on a commercial basis from this point forward.

Интересно, а как отреагирует встречно движущаяся машина (если у обеих стоя на радиаторе такие системы)? Будет ли показываться расстояние в два раза меньшее, при условии, что работа радаров будет на одной частоте.