Entfernungsmessung mit Phasenverschiebung

Nun, die letzte Frage, die Sie stellen, ist, was diese Art von Problem wirklich schwierig macht. Wenn das zurückkehrende Signal die gleiche Frequenz wie das gesendete Signal hat, ist es äußerst schwierig, die beiden zu trennen. Wenn Sie jedoch einen Transponder am anderen Ende haben, können Sie ein wenig Spaß haben. Anstatt mit 10 MHz zu senden und zu empfangen, müssen Sie auf zwei unterschiedlichen, höheren Frequenzen senden und empfangen, die beide mit 10 MHz moduliert sind. Angenommen, Sie wählen das 2,4-GHz-ISM-Band. Das ist wahrscheinlich eine gute Idee, da die Antennen klein sind und viele RFICs verfügbar sind, die in diesem Bereich funktionieren. Bei einer 10-MHz-AM-Modulation benötigen Sie 20 MHz Bandbreite (Doppelseitenbänder). Sie möchten wahrscheinlich auf 2,42 und 2,48 GHz senden, da das ISM-Band nur 2,4 bis 2,5 GHz umfasst. Dies deckt ungefähr 2,41 bis 2,43 und 2 ab. 47 bis 2,49 GHz. Dies lässt eine gute Menge an Trennung dazwischen. Der Sender ist einfach: Erzeuge einfach eine 2,42-GHz-Sinuswelle und gattere sie bei 10 MHz. Der Empfänger ist nur ein einfacher AM-Empfänger, aber zuerst müssen Sie die Sendefrequenz isolieren. Mischen Sie es mit einem LO von 2,42 GHz und einem Bandpass um 10 MHz mit einer angemessen schmalen Bandbreite. Sie werden wahrscheinlich irgendwann auf dem Weg eine AGC benötigen. Nach dem Mixer und dem Bandpassfilter können Sie möglicherweise mit einem begrenzenden Verstärker davonkommen. Wie auch immer, an diesem Punkt führen Sie Ihr Signal durch eine 10-MHz-PLL und verwenden dann den Ausgang davon, um einen 2,48-GHz-Oszillator zu steuern. Es wäre eine gute Idee, die Sendeseite auszuschalten, wenn kein Signal empfangen wird, um Energie zu sparen, dies kann mit einem Spitzendetektor und Komparator erfolgen. Zurück auf der ursprünglichen Sendeseite führen Sie dieselbe Abwärtskonvertierung erneut durch. und dann die Phase der gesendeten und empfangenen Signale vergleichen. Dies wird eine teilweise Schätzung der Reichweite geben. Sie müssen wahrscheinlich ein paar verschiedene Modulationsfrequenzen übertragen, um eine bessere Schätzung des Bereichs zu erhalten, da Phasenverschiebungen periodisch sind. Vielleicht die 10 MHz bei 1 MHz oder sogar 100 KHz ansteuern.

Eine solche Lösung kann sehr empfindlich gegenüber Störungen durch andere Geräte sein, die im 2,4-GHz-Band senden. Außerdem ist eine solche CW-Erkennung nicht sehr energieeffizient und eignet sich auch nicht dafür, dass mehr als ein System an demselben physischen Ort in Betrieb ist. Eine bessere Idee wäre vielleicht, es so zu bauen, wie die FAA ihre Radargeräte baut – einen Transponder anzupingen. Grundsätzlich ist es die gleiche Idee - auf einer Frequenz senden, auf einer anderen empfangen, aber Sie messen die Laufzeit anstelle der Phase. Sie können für mehr Reichweite auch eine höhere Sendeleistung bei einem kürzeren Arbeitszyklus verwenden. Es würde auch mehrere Benutzer mit eindeutigen Codes unterstützen, und die Transponder können so eingerichtet werden, dass sie nur antworten, wenn sie den richtigen Code erhalten. Sender und Empfänger wären in diesem Fall meist digital,

Eine zu berücksichtigende Sache wäre, ein Chirp-Signal auf der TR-Seite zu erzeugen (ein Signal, dessen Frequenz linear ansteigt). Am anderen Ende können Sie einen Retransmitter verwenden. Zurück auf der TR-Seite mischen Sie das Empfangssignal mit Ihrem ursprünglichen Chirp. Je größer die Schwebungsfrequenz (der Frequenzunterschied), desto größer der Abstand. Alternativ können Sie anstelle eines Chirps ein CW-Signal erzeugen und es in 2 Teile (Rf und LO) aufteilen. Verwenden Sie dann einen schnellen Halbleiterschalter, um die HF zu steuern und einen Impuls zu erzeugen. Verwenden Sie denselben Schaltertyp, um zwischen Tx und Rx umzuschalten. Mischen Sie den RF mit dem LO und berechnen Sie die Flugzeit. Der Vorteil dieser Methode ist, dass Sie keinen Chirp erzeugen müssen. Der Nachteil ist, dass es eine minimale Trennung gibt, die Sie messen können (bestimmt durch die Geschwindigkeit dieser Schalter von ~15 ns).

Es könnte viel einfacher sein, die empfangene Signalstärke (RSS) zu verwenden und diesen Wert digital (über einen anderen HF-Uplink) an den Master zurückzugeben. In einer perfekten Umgebung ohne Hindernisse funktioniert diese Methode genauso gut wie der Versuch, die Zeitdifferenz zu messen. In einer unvollkommenen Umgebung mit Reflexionen und Mehrwegeanfälligkeit sind beide fehleranfällig.

Ich forciere die RSS-Route, weil sie viel einfacher zu konstruieren ist; Der Empfänger muss nur die Amplitude des Trägers (moduliert oder nicht) messen, um die Entfernung vom Sender zu bestimmen. Einmal gemessen (durch einen einfachen ADC, der wahrscheinlich in eine MCU eingebaut ist), kann er dies als Wert an den Sender zurücksenden.

Der Grad der Ausgereiftheit hängt von den Funkgeräten an jedem Ende ab, aber um die Auswirkungen von Mehrwegübertragungen zu überwinden, können mehrere unterschiedliche Frequenzen verwendet und die Ergebnisse tabellarisch dargestellt und an den Sender zurückgesendet werden. Ich werde nicht ins Detail gehen, wie unterschiedliche Frequenzen dazu beitragen können, fehlerhafte RSS-Pegel zu vermeiden, da sie tief sein können.

Mein Geld würde darin liegen, RSS bei mehreren verschiedenen Frequenzen im 2,45-GHz-Bereich zu verwenden - RSS bei jedem zu messen und die beste Schätzung für die Entfernung zwischen den beiden Objekten zu berechnen.