Ortung innerhalb 100m per Funk möglich?

[PICture]

Hallo !

Und wie kann ich berechnen, wie schnell das Signal ist?

Das ist aus der Physik längst bekannt. Radiowellen werbreiten sich im Vakuum mit ca. 300 000 km/s.

[Cysign]

Danke, die Info hatte ich grade nicht parrat. Irgendwie sind nur die 330m/s vom Schall hängen geblieben - zu der Zeit hätte ich aber auch nicht den Unterschied zwischen Kondensator und Widerstand gewusst

300 000 000m ^= 1s
300 000 ^= 1ms
300m ^= 1µs
0,3m ^= 1ns

Mit einem Arduino soll wohl ca. 63ns die kleinst mögliche Zeiteinheit sein. Das entspricht dann etwa 18,9m.
Da muss ich dann wohl auf einen schnelleren Mikrokontroller zurückgreifen.
Wären PIC oder FPGA für die Aufgabe eher geeignet? Leider habe ich mit beiden Plattformen bisher keine Erfahrung - aber das lässt sich ja ändern Muss nur erstmal rausfinden, ob der Chip schnell genug ist, um halbwegs genau zu messen...

//Edit: Ich könnte mir auch vorstellen, ein ESP2866 als µC zu nutzen - das hätte den Vorteil, dass ich die empfangenen Daten auch gleich per WiFi weitersenden kann

Der ESP8266 kann mit 160Mhz angetrieben werden - damit müsste theoretisch als grobe Überlegung ca 2m Genauigkeit erreicht werden.

16Mhz Arduino ~62,5ns => 18,75m
160Mhz ESP8266 ~6,25ns => 1,87m (vermutlich kommt aber noch irgend ein Overhead dazu...)

Das geht doch schonmal in die richtige Richtung

[i_make_it]

Das ganze ist noch etwas komplizierter.

https://de.wikipedia.org/wiki/Einstein-Synchronisation

Bei Laufzeitmessungen mit Radiosignalen, kann man noch die Zeit die man zur Verfügung hat verlängern, indem man auf FMCW geht und die aufmodulierte Frequenz deutlich langsamer geändert wird wie die die eigentliche Signallaufzeit.
Bei Radar werden FMCW und Dopplereffekt genutzt um Position und Relativbewegung in alle Richtungen erfassen zu können.
Meist ist dort die gesammte Signslverarbeitung aber Analog und erst die reinen Nutzdaten werden rechnergestützt aufbereitet.
Da ist dann mit ein paar Funkmodulen für die Kommunikation nicht viel zu wollen.

http://hforsten.com/homemade-synthet...ure-radar.html
http://hackaday.com/2014/03/17/radar...perture-radar/
http://hackaday.com/2012/12/18/build...pencourseware/

[Cysign]

Beim Radar gehe ich aber davon aus, dass ich keinen Fixpunkt als die eigene Position habe.
Bei meinem Versuchsaufbau hätte ich aber zwei (oder falls nötig auch mehr) fixe, bekannte Punkte und einen aktiven Sender. Das dürfte es doch um einiges leichter machen (ohne jetzt deine Links gelesen zu haben - die werde ich mir nacher zu Gemüte ziehen).

Wenn mein Modell ein Signal sendet, logge ich einfach den zeitlichen Eingang des ersten Bits. Dann werte ich den Datensatz aus (z.B. ID) und kann so verifizieren, dass es sich dabei um mein Signal handelt.

[i_make_it]

Und bei dem zeitlichen Eingang den Du loggen möchtest (und der maßgeblich ist für die Genauigkeit) bist Du bei der Einstein Synchonisation agelangt.
Dein Synchonisationssignal hat die selbe Ausbreitungsgeschwindigkeit wie das zu messende Signal.
Und beide Geschwindigkeiten sind relativistisch.
Willkommen an dem Punkt wo ich vor knapp 22 Jahren auf Radar gewechselt bin.

Es gibt ein paar Arbeiten darüber wie bei den GPS Sateliten Die Uhren abgeglichen werden.
Genau den Aufwand wirst Du auch betreiben müssen, sonst misst Du nur die Laufzeitverzögerung der Elektronik in den Sendern und Empfängern.
Die muß übrigens mit sehr hoher Präzission und extrem geringer Tolleranz immer gleich sein, da diese bei den kurzen Strecken ein Vielfaches der eigentlichen Laufzeit auf der Strecke ausmachen und Schwankungen so Fehler im Bereich mehrere 100% Verursachen.
Bei dem Projekt solltest Du Dir zuerst Gedanken um alle möglichen Fehlerquellen machen und dann jede Idee dagegen abklopfen.
Sonst Investierst Du viel Zeit, nur um hinterher Festzustellen das die Physik "Nein" sagt.

[Cysign]

Um die Abweichungen gering zu halten, würde ich gerne einen wesentlich schnelleren Mikrokontroller nutzen.
Ich hab zwar Infos zu ein paar 400Mhz Atmel-ARM finden können, aber bisher noch kein geeignetes Eval-Board.

Wichtig ist, dass die verwendeten Kontroller auf Empfangsseite in möglichst kleinen Zeitintervallen rechnen können und diese ständig synchronisiert werden.

Danach ist auch die Lage der Empfangsantenne wichtig. Da nicht sichergestellt ist, dass das Modell immer in waagerechter Position sendet, könnten evtl. mehrere Antennen auf Empfangsseite mit verschiedener Ausrichtung Sinn machen?

Das wären spontan die einzigen Fahlerquellen, die mir in den Sinn kommen.
Ich habe bisher aber auch noch keine Erfahrungen in diesem Bereich.

Auf welcher Basis würdest du Überlegungen anstellen um so ein Projekt anzugehen?

[i_make_it]

Mehrere Antennen die bezogen auf die Kugelwelle des Signals nicht auf dem selben Radius (Kugelschale) zum Sender liegen, bedeuten daß das selbe Signal zeitversetzt mehrfach empfangen wird und als verzerrtes Summensignal zum Empfangsverstärker geleitet werden.
Ohne entsprechende Signalaufbereitung, kann daß das Funkequivalent eines prellenden Schalters geben. (abhängig vom Antennenabstand und dem zeilichen Verlauf des Signals).

Gezielt setzt man mehrere Antennen bei Phased Array Antennen ein.
Da kann man über die Verzögerung dann die Richtung aus der das Signal kommt bestimmen.
Allerdings hat da jede Antenne ihren eigenen Verstärker und Empfänger.

300.000.000 m/s - 1Hz
300.000 m/ms - 1kHz
300 m/µs - 1MHz

30 m/µs - 10MHz
3m/µs - 100MHz
1,5m/µs - 200MHz
0,75m/µs - 400MHz

0,3 m/ns - 1GHz

Wenn also bei Deiner CPU ein Takt vergeht, breitet sich das Signal 0,75m aus.
Wenn Du es schafst auf 2 Takte genau jedes einkommende Signal zu Erfassen und deine Uhr Dabei auch noch absolut synchon ist zur Uhr des Senders, dann kommst Du bei 100 Metern auf eine Genauigkeit von 1,5%.
Das mit der Uhr wirst Du nicht schaffen, wenn ich mir Größe, Gewicht und Preis der Uhren in den GPS Sateliten ansehe.
Aus eigener Erfahrung sage ich das Du mindestens einen schnellen DSP dafür brauchst.
Mit einem normalen µC ist da kein Blumentopf zu gewinnen (Das Uhr Problem ist dann aber immer noch ungelöst).
Genau die selben Überlegungen führten mich 1994 Zu PIC µCs, wiel die damals als RISC Prozessoren mit 20MHz das schnellste waren was es (erschwinglich) gab.
Danch bin ich dazu übergegangen möglichst viel analog zu machen.
Bei einem Ringmischer erhält man z.B. als Produkt zweier empfangener Frequenzen eine Analogspannung deren Wert man mit einem ADC dann einfach ermitteln kann.
Das kann man z.B. bei Mehreren planar angeordneten Antenne nutzen um die X und Y Winkel eines Senders relativ zum Empfänger zu ermitteln.
Mit mehreren solcher Phased Array Antennen mit Bekannten Positionen zueinander kann man dann die Sender Position triangulieren.
Das setzt natürlich eine Mindestgröße der Drohne vorraus, damit man die Systeme möglichst Weit auseinander bekommt.
Da das alles ja auch was wiegt, dürfte sich der Abstand aber alleine daraus ergeben, das man die Drohne entsprechend groß bauen muß um den notwendigen Auftrieb zu erhalten.
Bei einem klassischen Flugzeug wären Flügelspitzen, Bug und Heck prädestinierte Positionen um entsprechend Abstand zu bekommen.
Oder Verkleinerung der Antennen in dem man auf höhere Frequenzen wechselt.
Das Bringt dann bei gleicher Abmessung des Trägersystems einen größeren Abstand zwichen den Mittelpunkten der einzelnen Antennenarrays. Aber leider halt nicht besonders viel.