Signaltriangulation

Ich möchte in der Lage sein, die Position eines Objekts zu bestimmen, das sich in einem Rechteck von etwa 15 "x 10" bewegt.

Die Position muss auf etwa 1/4 Zoll genau sein und mindestens 100 Mal pro Sekunde gemessen werden.

Die erste Idee, die ich hatte, um dies zu erreichen, war, das Objekt alle 10 ms ein Impulssignal senden zu lassen und einen Empfänger in jeder Ecke mit einem Mikrocontroller zu verdrahten und den Zeitunterschied zu messen, wenn jeder Empfänger das Signal erhält, um seine Quelle zu triangulieren.

Mein erster Gedanke war, IR-Empfänger und -Sender zu verwenden, aber ich hätte keine Ahnung, wie man die Triangulation mit Signalen durchführt, die sich so schnell bewegen.

Also war mein zweiter Gedanke, Ton zu verwenden. Ich möchte auf einer Frequenz senden, die über dem menschlichen Hörbereich liegt. Und es scheint mir, dass höhere Hertz = größere Genauigkeit. Die Schallgeschwindigkeit beträgt etwa 13.400 Zoll pro Sekunde. Das heißt, um eine Auflösung von 1/4" zu erhalten, bräuchte ich 56 kHz oder höher.

Zunächst einmal habe ich mich nie mit Geräuschen außerhalb des menschlichen Hörbereichs befasst. Dies wird wahrscheinlich für Zeiträume von etwa einer Stunde eingeschaltet sein und kann nur wenige Meter von den Ohren entfernt sein. Kann dies eine Gefahr darstellen, solange ich mit geringer Leistung arbeite?

Zweitens, welche Art von Lautsprechern können 56 kHz übertragen? Und ähnlich, welche Art von Mikrofonen könnte 56 kHz aufnehmen?

Andere Methoden der Triangulation würden ebenfalls geschätzt werden.

Bei Lautsprechern habe ich oft den Begriff "Ultraschallkapseln" gehört, der sich auf Lautsprecher bezieht, die Schall über dem hörbaren Bereich abgeben.
@AndrejaKo: bzwultrasonic transmitter/receiver
"Messen Sie den Zeitunterschied zwischen dem Zeitpunkt, an dem jeder Empfänger das Signal erhält, um seine Quelle zu triangulieren." Das wäre Multilateration, keine Triangulation. :) en.wikipedia.org/wiki/Multilateration
@Endolith: Okay. Gibt es also einen Oberbegriff, der alle Methoden zur Ortung des Ursprungs eines Signals umfasst?
Ich weiß nicht. Geolokalisierung?
"Fixieren einer Position" oder "Fixieren". Ihr Fall ist das Gegenteil des typischeren Navigationsproblems, nämlich die Bestimmung der eigenen Position durch Bezugnahme auf mehrere bekannte - Sender, Orientierungspunkte oder GPS-Satelliten. Aber die Mathematik funktioniert in beide Richtungen.

Antworten (4)

Über HF:

Die Idee ist, sagen wir, ein 100-MHz-Signal zu werfen und die Phasenverschiebung zwischen empfangenen Signalen an verschiedenen Punkten zu messen. Dann können Sie den Standort berechnen.

Das direkte Messen der Zeitdifferenz könnte schwierig sein, da Sie eine Genauigkeit von 0,1 ns oder besser benötigen (1 ns = 30 cm in Luft).

Piezo-Emitter sind sehr fähig, in den Sub-Mhz-Tonbereich zu gehen. Nahezu jedes Mikrofon (wahrscheinlich außer Kohle) kann 50-100-kHz-Sound mit angemessener Verstärkung empfangen. Sicherheit ist normalerweise kein Problem, solange Sie unter 1 W liegen, und ich bezweifle, dass Sie mehr als 0,01 benötigen würden :-)

RF-Weg ist viel schwieriger zu implementieren, aber ich glaube zuverlässiger.

Danke für den Phasenverschiebungs-Tipp. Ich wollte der Einfachheit halber eigentlich mit einer rechteckigen Audiowelle arbeiten, aber ich könnte eine viel höhere Auflösung mit niedrigeren Frequenzen erzielen, die von typischen Mikrofonen aufgenommen werden könnten, wenn ich andere Wellenformen verwende und stattdessen die Phasenverschiebung messe!
Entschuldigung, aber Sie können nur Sinuswellen verwenden. Andere Wellenformen haben ein unbegrenztes Spektrum und das bedeutet, dass Sie immer Müll senden, was irgendwie illegal ist. Außerdem werden Sie niemals dieselbe Wellenform empfangen, die Sie senden.
@BarsMonster: Wie kann ich die Phasenverschiebung berechnen, wenn ich niemals die gleiche Wellenform empfange, die ich sende? (Sorry für meine Unkenntnis auf diesem Gebiet...)
@BarsMonster - Was ist ein Kohlemikrofon?
@wallacoloo Deshalb brauchst du Sinuswelle) Es wird dasselbe sein.
@BarsMonster Für jeden Zyklus einer Sinuswelle gibt es 2 x Orte (Zeit), die dieselbe Höhe haben. Ist es möglich, eine Triangulation mit Sinuswellen durchzuführen, indem nur zu einem Zeitpunkt abgetastet wird? Oder muss ich mehrere Proben nehmen?
Nun, du solltest Freq besser so wählen, dass du nur im ersten Quartal bist. Aber ich habe gerade eine noch bessere Idee: In einem so kleinen Maßstab können Sie einfach die Amplitude des erkannten Signals (dh Diode + Kondensator) mit einem präzisen Niederfrequenz-ADC messen. Das wird viel einfacher und präziser.
@BarsMonster: Wie viel Interferenz bekomme ich wahrscheinlich mit 100-200-MHz-Frequenzen, oder muss ich mir darüber überhaupt Sorgen machen?
Sie sollten nicht viel bekommen. Mit solch nahen Sendern und Empfängern wird Ihr Signal 1000-mal stärker sein.

Ohne weitere Details zu Ihrer Anwendung, hier sind einige Stiche zum Problem:

1) Lassen Sie Ihr Objekt auf digitalem Papier bewegen . Es hat ein Punktmuster, so dass eine sehr einfache Kamera die Position bestimmen kann, indem sie eine kleine Anzahl von Punkten auswertet. Dies wird von einigen Stifteingabegeräten verwendet.

2) Wenn die Oberfläche, auf der sich das Objekt bewegt, glatt ist, könnten Sie eine an dem Objekt angebrachte Maus verwenden. Wenn Sie die Aktualisierungen von der Maus aus interpretieren, erhalten Sie die Positionsänderungen, aber Sie benötigen auch einen Referenzpunkt.

3) Montieren Sie eine stationäre Kamera über Ihrem Objekt und ein Zielmuster oder Licht auf dem sich bewegenden Objekt. Mit ausreichender Auflösung und etwas einfacher Bildbearbeitung können Sie den Standort bestimmen.

4) Ein Schema, das Ultraschallwandler verwendet, hätte einen Sender auf dem sich bewegenden Objekt und mindestens 3 stationäre Empfänger. Der Sender sendet periodische Impulse, und Sie berechnen den Standort durch Triangulation unter Verwendung der Unterschiede in den Ankunftszeiten zwischen Empfängerpaaren und den bekannten Positionen der Empfänger.

5) Wenn Sie eine viel höhere Auflösung zu erheblichen Kosten wünschen, gibt es Laserinterferometriesysteme, die üblicherweise zum Kalibrieren von CNC-Geräten verwendet werden. Hier ist ein Beispiel, das ich gefunden habe.

Ich ging mit #4. Ich warte derzeit auf die Ankunft meiner Materialien :-) Mein Projekt besteht eigentlich darin, ein in der Größe anpassbares stiftbasiertes Eingabesystem zu erstellen. Ich möchte es auf einem Tisch verwenden oder an einem LCD jeder (angemessenen) Größe befestigen können, ohne größere Änderungen vornehmen zu müssen.

Vision könnte eine bessere Lösung sein. Sie könnten Ihr Objekt mit Kameras verfolgen.

Werfen Sie einen Blick in OpenCV.

Oder noch besser, verwenden Sie eine Kinect, um das Objekt zu verfolgen.
Eine Sache, über die Sie sich Sorgen machen müssen: opencv benötigt viel CPU-Leistung und Sie benötigen zwei Kameras für die Tiefenwahrnehmung

Ich habe gerade einen Artikel über einen Stylus von Qualcomm gesehen, der zum Schreiben auf einem Android-Telefon verwendet wird. Der Stift sendet einen Ultraschallimpuls aus und die Software auf dem Telefon kann den Stift lokalisieren. Hier ist ein Link;

http://seat12f.blogspot.com/2011/02/finger-input-just-cant-keep-good-stylus.html

Ich erinnere mich auch, dass ich vor ein paar Jahren über einen Digitalisierungsstift gelesen habe, der Ultraschall benutzte, um den Stift zu lokalisieren. Ein kleiner Empfänger war über USB angeschlossen und hatte sogar einen Speicher, sodass Sie das Gerät an jedem Notizblock befestigen konnten, um Ihr Geschriebenes für die spätere Eingabe in den Computer aufzuzeichnen. Allerdings habe ich mir gerade einige der Bürobedarfsgeschäfte angesehen, und es scheint nicht mehr da zu sein.

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