Trilateración de alta precisión en un espacio pequeño y sin ultrasonido

Falta mucha información, por lo que tendremos que hacer algunas suposiciones:

1. Que la habitación no refleja las frecuencias que estás utilizando, sería mejor que sea absorbente.
2. Que el sistema sea lo más simple posible
3. La actualización es del orden de unos pocos 10's de Hz.
4. hay limitaciones de energía en la cantidad de energía que puede transmitir.

Desea evitar hacer mucho en la forma de mezcla directa y detección de fase, pero podría usar la interferencia con bastante facilidad. Levanté esta imagen de ( physicsclassroom ) que es todo lo que realmente necesitas para entender la idea.

Hay varios esquemas que podrías hacer, pero aquí hay uno que probablemente funcionará:

Dirija ambas antenas de entrada desde la misma fuente, que tiene portadoras de estado estable a 3 (o más) frecuencias fijas que se mezclan y se dirigen a las antenas. Cada una de estas frecuencias en una longitud de onda diferente creará diferentes patrones nodales dentro de la sala. Y debido a que existen simultáneamente, estarán uno encima del otro.

En el lado del receptor, necesita el número correspondiente de receptores para cada una de las frecuencias transmitidas que devuelven la envolvente o la intensidad de cada frecuencia. Pero esto puede provenir de una antena y una vez mezclado hacia abajo debe estar cerca del término de DC, por lo que un Arduino lo puede leer con facilidad.

Hay muchas variantes con las que puedes jugar. Cambiar la fase de las frecuencias transmitidas de una antena a la otra. Notará que el patrón a continuación es simétrico, por lo que no podrá determinar de izquierda a derecha, cambiar la fase lo solucionará, y eso solo debe ocurrir en una frecuencia, como una conjetura.

Habrá una tendencia general a disminuir la potencia, por lo que la distancia desde la puerta se puede determinar aproximadamente, pero eso es suficiente para reducir el dominio de la solución de búsqueda a bordo del robot a un área más pequeña.

Puede realizar cálculos a distancia, lo que significa que rastrea su posición desde la puerta y luego lo usa para predecir cuáles serán los patrones de radio en el vecindario adyacente. Si lo mantiene activo, no tendrá el problema de simetría izquierda / derecha que se indicó anteriormente.

Otras ideas: - chirriar la forma de onda del transmisor podría ser otra forma de tener un patrón de cambio dinámico.

Advertencias: - Las paredes reflectantes provocarán todo tipo de rebotes. Esto complica el cálculo y puede hacer que sea imposible. Pero un mapeo previo puede ser la solución allí.

Básicamente, su robot necesita detectar qué tan lejos está de un número de "cosas". Por el momento, esas cosas son dos radios relativamente juntas, y sí es bastante difícil distinguirlas.

Aquí hay dos estrategias básicas. Puede usar la habitación completa como "algo", o puede agregar otra radio y separarla más.

Para los primeros, los sensores de alcance ultrasónicos (también conocidos como Ping)) pueden usarse para calcular la distancia desde las cuatro paredes. Realmente no te importa la distancia exacta si tienes 4 lecturas (izquierda / derecha + delantera / trasera) ya que la proporción de izquierda / derecha te da tu posición en la habitación, y la proporción de adelante / atrás te da tu distancia a lo largo de la habitacion Por supuesto, esto depende de que su robot (o sensores ultrasónicos) permanezca en la orientación correcta.

Mi pensamiento (corríjame si me equivoco) con la segunda opción es tener al menos 3 radios que transmitan en diferentes frecuencias ubicadas en lugares estratégicos alrededor del borde de la habitación, tal vez 2 esquinas y un punto medio de 1 Pared opuesta a esas esquinas para formar un triángulo. Lo importante es que rodean al robot. Luego averiguas qué tan lejos estás de cada uno. No te importa lo que están transmitiendo, ni el tiempo que tarda la señal en llegar al robot. Todo lo que importa es la fuerza de la señal. Si las tres radios están transmitiendo a la misma potencia, la diferencia relativa en la potencia entre las tres señales puede darle su posición en el espacio 2D. Algunos ajustes finos en la potencia de la señal por lo que hay una diferencia fácilmente medible en toda la gama de la sala puede estar en orden.

Se necesita aproximadamente \ $ 8m / 3 \ cdot10 ^ 8ms ^ {- 1} = 2.7 \ cdot10 ^ -8s \ $ para que la radiación electromagnética (EMR) atraviese 8m.

Por lo tanto, \ $ 2.7 \ cdot10 ^ -10s \ $, 270ps o 3.7GHz para una resolución del 1%.

"cubriendo radios con algo para reducir la velocidad de las señales":
Para transformar 3.7 GHz por debajo del teorema de muestreo de Nyquest-Shannon para un Raspberry-Pi, corriendo a 700MHz, la RME tendría que reducirse en un factor de aproximadamente 10x.

No he encontrado los números pero, la RME no se reducirá significativamente más de unos pocos 10% al llenar la habitación con un material no tóxico y con una fluidez suficientemente alta para que el robot se mueva. Ese enfoque no va a ayudar.

El sonido, en comparación, viaja a \ $ 340ms ^ {- 1} \ $, es decir, \ $ 10 ^ 6, \ text {o} 1,000,000 \ $ veces más lento.

Entonces, en comparación, el sonido toma \ $ 2.4 \ cdot10 ^ {- 2} s \ $, o 24 milisegundos, para cruzar la sala, y por lo tanto \ $ 2.4 \ cdot10 ^ {- 4} s \ $ o 0.24 milisegundos, un Longitud de onda de aproximadamente 4kHz, para una resolución del 1%.

El ultrasonido a 40 kHz tiene una longitud de onda de aproximadamente 8,5 mm, lo que debería ser lo suficientemente bueno para una resolución y precisión razonables.

Los telémetros ultrasónicos, similares a los que se usaron en las cámaras Polaroid, podrían hacer el trabajo. Tienen el rango y son capaces de precisiones del orden de una pulgada o incluso mejores.