Multilateración con TOA que utiliza transceptores de bajo coste (como NRF24L01) y uC

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Mi problema es el siguiente, me gustaría localizar un objeto (nodo principal) a través de multilateración usando una red de sensores inalámbricos de 4 nodos con menos de medio metro de precisión. Las ecuaciones ya están resueltas y lo que queda es obtener mediciones de distancia desde los nodos de la red al nodo principal utilizando el método TOA (esto es en lo que estoy trabajando ahora). Mis especificaciones de hardware son las siguientes:

  • 5 transceptores NRF24L01 + (2.4GHz, 2Mbps, GFSK, reloj interno de 16MHz)
  • 4 ATTiny85 uC (para la red de sensores inalámbricos) (reloj de 8MHz)
  • PIC16f877A (nodo principal) (reloj de 16MHz)

Específicamente, lo que quiero saber es: ¿puedo medir el tiempo de llegada de una señal (en menos de un metro) con este hardware? Si no es así, señale alguna salida para mí, ya sea para adquirir un nuevo hardware (no demasiado caro) o para cambiar el método implementado.

PD: si es posible, mire la idea básica que tengo en mente antes de responder (y hágame comentarios): Reduciendo el tiempo de vuelo problemático entre dos nodos solamente (N1 y N2) , el tiempo total para que un poco de datos pase de N1 a N2 y viceversa es: $$ t = 2 (t_b + t_c) = 2 \ left (\ frac {1} {R} + \ frac {1} {c} \ times d \ right), $$ donde \ $ t \ $ corresponde a la tasa de transferencia de bits (\ $ R \ $ = 2Mbps para NRF24L01 +), o el tiempo que tarda el transceptor en enviar ese bit al canal; \ $ t_c \ $ es el tiempo en el canal que es aproximadamente, la longitud del canal sobre la velocidad de la luz.

El NRF24L01 + puede enviar hasta 32 bits de una sola vez, esto implica: $$ t = 64 (t_b + t_c) = 2 \ left (\ frac {1} {R} + \ frac {1} {c} \ times d \ right). $$ Sin embargo, para \ $ d = 0.5 \ $ (como quiero) esto produce \ $ t_c = 0.106 \ mu s \ $, con un MCU de 8MHz esta vez es invisible (1 / 8MHz = 0.125 \ $ \ mu s \ $) . Una posibilidad es reenviar el mensaje para aumentar \ $ t_c \ $ a un valor visible. ¿Es correcto el razonamiento anterior?

    
pregunta ASMateus

4 respuestas

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¿Por qué todos intentan hacer esto digitalmente con módulos NO diseñados para una sincronización precisa?

Piense en mezcladores, filtros y osciladores, no en datos de computadora, probablemente habrá una computadora en algún lugar, pero la medición de sincronización de alta velocidad y cambio de fase debe estar en el hardware.

Estaría viendo módulos de MiniCircuits not Nordic.

    
respondido por el Dan Mills
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El problema básico con su fórmula es que t b no tiene nada que ver con el tiempo de vuelo. El inicio del bit transmitido llega al receptor retrasado solo por la velocidad de la luz, no por el tiempo de bit. El tiempo de procesamiento de bits y mensajes tampoco está relacionado con el tiempo de vuelo. Por lo tanto, aumentar la longitud del mensaje no hace nada con respecto al tiempo de resolución del vuelo.

Si desea obtener una precisión de 1/2 metro, su solución deberá resolver un retraso de menos de 1.67 ns. La noción de hacer ping una señal de ida y vuelta varias veces para reducir esta carga requerirá que el retardo de respuesta en cada extremo tenga un error de retardo de orden de magnitud inferior a 1.67 ns. Probablemente esto no se pueda lograr con los módulos de radio disponibles.

Un enfoque diferente que podría seguir es triangular el dispositivo mediante el uso de antenas dirigibles electrónicamente.

    
respondido por el Glenn W9IQ
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Dependiendo de lo que sea legal (si le importa) en la banda ISM de 2400MHz, puede implementar inversiones de fase instantáneas en sus flujos de datos, generando modulación bifásica de banda ancha. La mezcla de ese giro de fase de 180 grados en el mezclador de un receptor producirá una inversión útil de la señal en un mezclador de salida diferencial, pero la naturaleza de banda ancha del cambio de fase produce un problema de SNR. Puede restringir la salida diferencial de la mezcladora usando un condensador de modo común, produciendo una tasa de giro controlada, y el ancho de banda de ruido muy reducido proporciona una medida de TimeJitter muy mejorada.

Pero este enfoque requiere trabajo de diseño personalizado, en lugar de pegar los módulos juntos.

Algunos DAC de RF pueden ser suficientes; use el DAC para producir Bifase de banda baja (100MHz?), luego realice una conversión ascendente a 2400MHz.

    
respondido por el analogsystemsrf
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Ninguno de los circuitos integrados de RF de Nordic es adecuado para las mediciones de TOA / TDOA. Lo mejor que puedes hacer con estos dispositivos es utilizar RSSI (solo disponible en algunos de los circuitos integrados) e incluso es poco probable que ofrezca la precisión que deseas.

Para un posicionamiento preciso, considere el hardware UWB como el DecaWave DW1000 (disponible como un módulo como DWM1000). El sitio de DecaWave también tiene muchos informes que describen los desafíos presentes en los sistemas de ubicación en tiempo real.

    
respondido por el Axiom

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