Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Układ pomiarowy - triangulacja radiowa

DonQuijote88 11 Cze 2011 16:07 3529 2
  • #1 11 Cze 2011 16:07
    DonQuijote88
    Poziom 14  

    Witajcie!

    Wyobraźmy sobie następujący problem:
    Mamy układy (rys.1):
    1. Nadajnik radiowy o nośnej takiej jak w popularnych układach RFM 868 lub 433 MHz
    2. Odbiorniki radiowe zgodne z powyższym nadajnikiem w ilości 2 sztuk. Z antenami dookólnymi rozmieszczonymi w odstępie równym półokresowi fali elektromagnetycznej (dla 868MHz to ok 17,5 cm).

    Układ pomiarowy - triangulacja radiowa
    Rysunek 1. Schemat rozmieszczenia elementów układu

    Problem:

    W jaki sposób za pomocą takiego zestawu wyznaczyć pozycję odbiorników względem nadajnika

    Sposób 1:
    Takie rozmieszczenie anten, pozwala na podstawie pomiaru przesunięcia fazowego fali elektromagnetycznej zmierzyć kąt pomiędzy prostą wyznaczaną przez anteny w zakresie od 0° do 180°, a nadajnikiem.

    Problemem jest faktyczny pomiar przesunięcia fazowego tak szybkozmiennego sygnału. Jak to zrobić? Rozumie się, że należałoby pobrać sygnał z obu anten i wyznaczyć interwał czasowy między przejściami przez zero. Schemat funkcjonalny mógłby wyglądać następująco.
    Układ pomiarowy - triangulacja radiowa
    Rysunek 2. Schemat funkcjonalny układu

    Zgodnie ze schematem wzmocniony sygnał z anteny 1 wyzwala zboczem narastającym timer zliczający impulsy, aż do wystąpienia zbocza narastającego na sygnale z drugiej anteny. zliczone impulsy reprezentują przesunięcie w fazie. I tu pojawia się problem. Ponieważ sygnał ma częstotliwość nawet 868 MHz, to sensowny pomiar kąta wymagałby timera zliczającego impulsy z częstotliwością co najmniej kilkudziesięciu GHz. Czy w ogóle istnieje coś takiego, że nie wspomnę już o bramkach schmitta używanych do formowania takiego sygnału przed podaniem na timer.

    Pytanie:
    Znane mi są układy dzielników częstotliwości. Te jednak dzielą jedynie częstotliwość, a przesunięcie fazowe zmieniają w sposób bliżej dla mnie nieokreślony. Czy istnieje układ, który oprócz skalowania częstotliwości skaluje również inne parametry sygnału okresowego? Chodzi naturalnie o zachowanie proporcji przesunięcia fazowego sygnałów.

    Sposób 2:
    Układ anten jest identyczny jak w poprzednim sposobie, z tym, że dwie anteny odbiorcze obracają się teraz razem wokół środka odległości między nimi.
    Sygnał z anten po wzmocnieniu jest dodawany. A amplituda sygnału po dodaniu mierzona. Wiadomo, że amplituda będzie się zmieniała zależnie od kąta obrotu anten odbiorczych. Na tej podstawie można wyznaczyć pod jakim kątem znajduje się nadajnik, zważywszy, że amplituda osiągnie maksimum w czasie, kiedy anteny zostaną obrócone prostopadle do kierunku nadawania.





    Układ pomiarowy - triangulacja radiowa
    Rysunek 3. Schemat funkcjonalny układu
    Problemem może się okazać zmienna wartość tej amplitudy w zależności od odległości od nadajnika. A to nie koniecznie musi być łatwa do określenia zależność.


    Układ pomiarowy powinien się zatem składać z 2 anten odbiorczych obracających się we wspomniany sposób na głowicy obrotowej, której kąt obrotu jest mierzony enkoderem, lub zadawany przez silnik skokowy (patrz rys.3). Wzmacniacza sygnału z tychże anten, układu dodającego sygnał, oraz przetwornika analogowego cyfrowego. Program mikrokontrolera powinien w trybie ciągłym wyznaczać zależność amplitudy sygnału od kąta obrotu głowicy.

    Pytanie:
    1. Jak wykonać w elektronice dodawanie sygnałów?
    2. Jak spowodować, żeby na wejście przetwornika A/C podany został sygnał będący tworzącą amplitudy, czyżby demodulator AM? Jak coś takiego zrobić? A może przetwornik A/C będzie miał tak dużą bezwładność, że tak szybkozmienny sygnał potraktuje jak napięcie stałe? Tylko że, wartość średnia napięcia sinusoidalnego jest równa 0...

    Triangulację można przeprowadzić w sposób dwojaki:
    1. Przy ruchomej platformie odbiorczej (robot) można wykonać pomiar, a następnie przesunąć się o pewną znaną odległość mierzoną enkoderami sprzężonymi z napędem i ponowić pomiar. Mając znaną odległość i dwa kąty, w prosty sposób można wykonać pomiar odległości do nadajnika.
    2. Jeśli to nadajnik się porusza, albo platforma jest dostatecznie duża, można wykonać pomiar z zastosowaniem dwóch takich układów rozmieszczonych w znanej odległości od siebie.
    Dotyczy to obydwu sposobów pomiaru.

    Pytania powyższe kieruję do bardziej doświadczonych kolegów elektroników, z częścią cyfrową, sobie poradzę, ale niestety na AGH-owskiej automatyce i robotyce kładzie się nacisk bardziej na hydraulikę i pneumatykę niż elektrony wszelkiej maści. O ile cyfrowa elektronika nie sprawia problemu, o tyle jeśli przyjdzie wyjść za filtry RLC mam problem.

    Proszę o naprowadzenie, ewentualnie podpowiedzi. Z góry dziękuję, a układ zbudowany w oparciu o tą wiedzę zostanie zaprezentowany w dziale DIY Elektrody.

    Pozdrawiam,
    DonQuijote88

    P.S. Dla moderatorów: Nie jestem całkiem pewien trafności doboru działu, także proszę o wyrozumiałość i nie wyrzucanie tematu, a ewentualne jego przeniesienie do innego działu.

    0 2
  • #2 11 Cze 2011 19:40
    me_super
    Poziom 29  

    DonQuijote88 napisał:
    Witajcie!

    Wyobraźmy sobie następujący problem:
    Mamy układy (rys.1):
    1. Nadajnik radiowy o nośnej takiej jak w popularnych układach RFM 868 lub 433 MHz
    2. Odbiorniki radiowe zgodne z powyższym nadajnikiem w ilości 2 sztuk. Z antenami dookólnymi rozmieszczonymi w odstępie równym półokresowi fali elektromagnetycznej (dla 868MHz to ok 17,5 cm).

    Układ pomiarowy - triangulacja radiowa
    Rysunek 1. Schemat rozmieszczenia elementów układu

    Problem:

    W jaki sposób za pomocą takiego zestawu wyznaczyć pozycję odbiorników względem nadajnika

    Sposób 1:
    Takie rozmieszczenie anten, pozwala na podstawie pomiaru przesunięcia fazowego fali elektromagnetycznej zmierzyć kąt pomiędzy prostą wyznaczaną przez anteny w zakresie od 0° do 180°, a nadajnikiem.



    Użyj mieszacza zrównoważonego w roli detektora fazy - dostaniesz sygnał proporcjonalny do różnicy faz; to rozwiązanie chodzi do kilku GHz.

    0
  • #3 11 Cze 2011 19:56
    DonQuijote88
    Poziom 14  

    Dziękuję za sugestię me_super.

    Cały czas równolegle prowadzę poszukiwania i dochodzę do wniosku, że dla częstotliwości przeze mnie wymienionych sposób 1 jest niezbyt dobry. No, bo z jaką dokładnością byłbym w stanie określić przesunięcie fazowe? 1/5 okresu to byłby szczyt możliwości technicznych. Nie wyobrażam sobie generowania sygnału zegarowego z częstotliwością większą niż kilka GHz. Nie wspominając już o mojej ignorancji w zakresie elektroniki analogowej czy radiowej. Ponadto wszelka modulacja tego sygnału nośnego celem przesłania jakiejkolwiek informacji zepsułaby i tak kiepską dokładność jeszcze bardziej.

    Postanowiłem mocniej przeanalizować sposób drugi.
    - głowicę obrotową wykonać nietrudno,
    - za pomocą układziku jak na rysunku można uzyskać obwiednię amplitudy sygnału,
    - pozostaje konstrukcja wzmacniacza i anten... i tu jest pies pogrzebany, dla mnie jako automatyka.
    - no i co z dodawaniem sygnału z anten... przed wzmocnieniem? po?
    A może to w ogóle zły pomysł.
    Me_super, jesteś fizykiem z tego co widzę... powinieneś się znać nieco na falach. Co o tym sądzisz?
    O ile obwód rezonansowy dobrać to żadna filozofia, to wzmocnić ten sygnał już nie taka prosta sprawa.

    0