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

Ogólnie - Lokalizowanie punktu w przestrzeni przy użyciu fal radiowych

09 Kwi 2015 16:13 2391 37
  • Poziom 9  
    Witam,
    potrzebuję rozwiązanie, które w pomieszczeniu zamkniętym (powiedzmy 50-60mkw) lokalizowałoby mi jakiś punkt w przestrzeni (x,y,z).

    W pomieszczeniu umieszczam jeden nadajnik fal radiowych (emitujący co z góry ustalony czas jakiś sygnał możliwy do odfiltrowania od szumów), oraz 4 lub więcej odbiorniki. Odbiorniki podpięte do jednego układu, który mierzy czas jaki upłynął pomiędzy odebraniem sygnału przez poszczególne odbiorniki, co przy odpowiedniej ich ilości i dokładności pomiaru powinno dać mi wystarczającą ilość danych do wskazania, gdzie w przestrzeni jest nadajnik (dokładniej względem odbiorników, których położenie jest stale i znane).

    - czy to ma sens?
    - jakich nadajników/odbiorników użyć? proste 433mhz ?
    - czy powiedzmy arduino jest na tyle szybkie, aby wystarczająco precyzyjnie zmierzyło czas?
    - czy efekt Dopplera przy tej częstotliwości miałby jakieś znaczenie przy prędkości przemieszczania nadajnika zbliżonej do chodu człowieka?

    celujemy w dokładność do 0,5m. nawet jeśli jest to niewykonalne, interesuje mnie dlaczego. rozwiązania oparte o kamery i podczerwień w tym przypadku nie są możliwe. akcelerometry, żyroskopy itp po jakimś czasie "uciekają" więc też odpadają.

    Z góry dziękuję za wszelkie przemyślenia
  • BotlandBotland
  • BotlandBotland
  • Poziom 9  
    Z grubsza tak. Inna skala.
  • Poziom 18  
    Czy są jakieś konkretne powody że kamery / podczerwień odpada?
    Może ultradźwięki?
    Jakiego typu to pomieszczenie, czy byłaby zachowana wzajemna widoczność nadajnika i odbiorników?
  • Poziom 18  
    Chłopak chce zbudować radar XYZ.
    Koncepcja do zrealizowania ale czy na atmedze?
    Rozsądne podejście to użycie ultradźwięków. Nietoperze radża sobie z lokalizacją w przestrzeni w ten sposób to może i atmega sobie poradzi.
  • Poziom 9  
    Testy robione były przy użyciu kamer OptiTrack Prime13 (zarówno świecenie na jakieś punkty odbijające podczerwień jak i migające ID tagi) i działa to prawidłowo, tylko:

    - widać punkty nazwijmy je "kontrolne", a nie można ich schować w kieszeni.
    - zasłonięcie, nawet chwilowe powoduje, że jakiś czas (szczególnie przy migających ID tagach) potrzebny jest na ich ponowne zlokalizowanie
    - ustawienie nawet 12 kamer w tak dużej przestrzeni, aby ogarniały ją w całości (a przynajmniej 3 muszą widzieć śledzony obiekt) jest problematyczne (ograniczone kąty widzenia kamer, mniejsza dokładność wraz ze wzrostem odległości itp) oraz.. drogie (ilość kamer x ich cena)


    Pomiary przy użyciu np: Sparkfun 9DOF Razor pokazują, że napisanie algorytmów kompensujących "uciekanie" nie jest takie proste, a i tak co jakiś czas potrzebna byłaby referencja do świata rzeczywistego.


    Szukam zatem innej drogi.
  • Poziom 34  
    Jeśli chodzi o proste rozwiązania to dostępne są tego typu urządzenia:
    nadajnik: http://i-node.pl/inode-nav/
    odbiorniki: http://i-node.pl/i-node/inode-lan/
    Poziom odbieranego sygnału pozwala oszacować odległość. Myślę, że w praktyce można zbliżyć się do dokładności rzędu 1m lub nawet mniej. Jest jednak pewne ale. Większą dokładność uzyskuje się uśredniając większą ilość pomiarów a to wymaga czasu. Należy również pamiętać, że wszelkie przeszkody pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem zaburzą pomiar odległości.
  • Poziom 25  
    Możesz powiedzieć coś więcej o zastosowaniu tego systemu? Ogólnie sprawa nie jest łatwa, 0,5m dokładności to może być wbrew pozorom bardzo wyśrubowanych wymóg.

    PistonPL napisał:
    - widać punkty nazwijmy je "kontrolne", a nie można ich schować w kieszeni.
    - zasłonięcie, nawet chwilowe powoduje, że jakiś czas (szczególnie przy migających ID tagach) potrzebny jest na ich ponowne zlokalizowanie


    Takie testy wykluczają każdy system wizyjny, oparty na podczerwieni lub ultradźwiękowy. Podaj więcej szczegółów.
  • Poziom 9  
    Zastosowanie: śledzenie położenia ludzi np na scenie, celem trafienia w nich wiązką światła.

    Śledzenie ID tagów (dioda nadajaca w bliskiej podczerwieni ciagi impulsów które wyłapują i identyfikują szybkie kamery) słabo się sprawdza, gdy np aktor na scenie ma zwiewny kostium, tancerka ma burze włosów, chodzi kilka osób które mogą się wzajemnie zasłaniać itp
    Plusem jest bardzo duża dokładność (system wywodzi sie z motion capture).

    Można odwrotnie, czyli mamy marker odbijający podczerwień i oświetlamy go odczytując odbite fale, ale marker nie jest maly i też da się go zasłonić, na dodatek nie wiem który marker jest który (za to szybciej można je zlokalizowac po zniknięciu bo nie trzeba odczytać całej sekwencji impulsów).

    Kolejne próby były przy użyciu zestawów składających sie z żyroskopu, akcelerometra i kompasu. Pomysł wyszedł po zabawach z Oculus Rift (ten ma jednak kamere do okreslenia punktu odniesienia) i znalazłem wspomniany już zestaw Sparkfun Razor. Dryftuje po jakimś czasie. Źle znosi inne urządzenia w pobliżu..

    Stąd pomysł na fale radiowe.
  • Poziom 9  
    TvWidget napisał:
    Jeśli chodzi o proste rozwiązania to dostępne są tego typu urządzenia:
    nadajnik: http://i-node.pl/inode-nav/
    odbiorniki: http://i-node.pl/i-node/inode-lan/
    Poziom odbieranego sygnału pozwala oszacować odległość. Myślę, że w praktyce można zbliżyć się do dokładności rzędu 1m lub nawet mniej. Jest jednak pewne ale. Większą dokładność uzyskuje się uśredniając większą ilość pomiarów a to wymaga czasu. Należy również pamiętać, że wszelkie przeszkody pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem zaburzą pomiar odległości.


    Sądzisz, że lepszym rozwiązaniem jest zestawienie stałego połączenia i mierzenie poziomu sygnału zamiast impulsów i mierzenia czasu ich nadejścia? Pytam oczywiście o precyzję pomiaru.

    Dodano po 1 [minuty]:

    EuroGenio napisał:
    czy byłaby zachowana wzajemna widoczność nadajnika i odbiorników?


    i tak i nie. nawet jeśli są jakieś przeszkody w pomieszczeniu to z góry ustalone, jednak sam człowiek też jest barierą, ruchomą w dodatku.

    Dodano po 2 [minuty]:

    encore napisał:
    Koncepcja do zrealizowania ale czy na atmedze?


    chodzi o wydajność układu? oczywiście same obliczenia położenia wykonywane byłyby na PC, chodzi jedynie o zebranie danych i przesłanie ich do dalszej analizy.
  • Poziom 22  
    PistonPL napisał:
    TvWidget napisał:
    Jeśli chodzi o proste rozwiązania to dostępne są tego typu urządzenia:
    nadajnik: http://i-node.pl/inode-nav/
    odbiorniki: http://i-node.pl/i-node/inode-lan/
    Poziom odbieranego sygnału pozwala oszacować odległość. Myślę, że w praktyce można zbliżyć się do dokładności rzędu 1m lub nawet mniej. Jest jednak pewne ale. Większą dokładność uzyskuje się uśredniając większą ilość pomiarów a to wymaga czasu. Należy również pamiętać, że wszelkie przeszkody pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem zaburzą pomiar odległości.


    Sądzisz, że lepszym rozwiązaniem jest zestawienie stałego połączenia i mierzenie poziomu sygnału zamiast impulsów i mierzenia czasu ich nadejścia? Pytam oczywiście o precyzję pomiaru.

    Dodano po 1 [minuty]:




    Z falami jest ten problem, że jeśli chcesz lokalizować coś z precyzją rzędu 0,5m to długość fali radiowej musi być (sporo) mniejsza niż 0,5m.
    Mierzenie poziomu sygnałów to droga donikąd - pomyśl o wielokrotnych odbiciach od ścian czy antenie, której zysk zmienia się w zależności od ustawienia względem nadajnika.
    Ważne jest, abyś podał zastosowanie systemu. Jeśli jest to lokalizacja aktorów na scenie, jak napisałeś, to jest jakaś podpowiedź co do rozwiązania.
    Pomysł z tagami i-node czy LE bluetooth jest fajny - można by zrobić system rozłożonych tagów pod deskami sceny - i odbiornik u aktorów które by odbierały sygnału z najbliższych tagów/nadajników. Jeśli sieć nadajników będzie gęsto rozmieszczona, to będzie można wyznaczyć obszar w którym znajduje się aktor. Możne i zadziała pomiar mocy od poszczególnych nadajników i liczenie współrzędnych.

    Problem lokalizacji XYZ często wraca na elektrodzie, ale jak dotąd nie udało się wypracować dobrego rozwiązania.
  • Moderator Mikrokontrolery Projektowanie
    Jeśli to aktorzy na scenie, to lokalizacja musi być chyba tylko w przestrzeni dwuwymiarowej? W takiej sytuacji najprościej na podłodze rozpiąć siatkę i puszczać poszczególnymi kolumnami/rzędami sygnał. Odbiornik rejestruje jego siłę, w ten sposób można zlokalizować obiekt z dokładnością do rodzielczości siatki, a trochę komplikując matematykę o wiele dokładniej. Ogólnie poczytaj o indoor positioning i indoor navigation. IMHO zrobienie tego bezpośrednio na falach radiowych jest w warunkach amatorskich niemożliwe. Dlatego w poście #1 sugerowałem zasadę taką jak w GPS - tyle, że bez bardzo specjalistycznego sprzętu to niemożliwe. Przy prędkości rozchodzenia się fal radiowych trzebaby rejestrować różnice w fazie rzędu nanosekund. Być może odpowiednie chipy są dostępne - jeśli tak to sprawa byłaby zrecydowanie prostsza, chociaż niekoniecznie tańsza. Pomiar siły sygnału też IMHO mógłby być ok - tyle, że trzebaby wprowadzić wiele źródeł, przy odpowiednio zaawansowanej matematyce myślę, że dałoby się uzyskać rezultaty zadowalające.
  • Poziom 9  
    System nie będzie instalowany na stałe, ma być niewidoczny, wysokość też ma znaczenie (taniec, podrzucenie tancerki itp), dlatego siatka rozkładana na ziemi, system czujników pod podłogą itp nie wchodzi w grę.

    Zdaję sobie sprawę, że temat nie jest prosty.
  • Poziom 34  
    tmf napisał:
    Pomiar siły sygnału też IMHO mógłby być ok - tyle, że trzebaby wprowadzić wiele źródeł, przy odpowiednio zaawansowanej matematyce myślę, że dałoby się uzyskać rezultaty zadowalające.

    Nadajnik musi mieć aktor. Jest on mały i lekki. Wiele musi być odbiorników. Czym więcej tym większa dokładność.
    Autor pytania na początku nie napisał w jakim czasie ma być określane położenie. Zakładałem, że nie musi się odbywać to szybko z tego powodu wspominałem o iBeconach. Teraz okazało, że trzeba to robić wiele razy na sekundę co czyni problem znacznie trudniejszy do rozwiązania. Myślę, że pozostaje tylko dość kosztowny system analizowania obrazu z kamer
  • Poziom 22  
    PistonPL napisał:
    System nie będzie instalowany na stałe, ma być niewidoczny, wysokość też ma znaczenie (taniec, podrzucenie tancerki itp), dlatego siatka rozkładana na ziemi, system czujników pod podłogą itp nie wchodzi w grę.

    Zdaję sobie sprawę, że temat nie jest prosty.


    Napisz jaki masz budżet, bo jak 1000zł to nie ma co nawet rozmawiać.
  • Poziom 9  
    Na proof of concept kilka tysięcy. Na rozwiązanie docelowe znacznie więcej.
  • Poziom 15  
    Rozumiem że chcesz zbudować nadajnik i trzy radionamierniki. Podstawa w takim odbiorniku(radionamierniku) to cholernie selektywna antena kierunkowa. W tak małej skali jak pomieszczenie zamknięte moim zdaniem rzecz niewykonalna przy użyciu fal radiowych.
  • Poziom 9  
    Niekoniecznie 3 odbiorniki. Im ich więcej (w granicach rozsądku) tym wg mnie lepiej.

    Wszelkie odbicia można by próbować odfiltrować, lub dodawać w nadawanym sygnale unikatowy znacznik czasu i odrzucać "duplikaty".

    Anteny kierunkowe zmniejszyły by jedynie szum, same w sobie w żaden sposób chyba nie poprawiają dokładności pomiaru.


    Mój pierwszy pomysł wyglądał z grubsza tak:

    - nadajnik podpięty do jakiegoś prostego układu typu arduino nano emitujący powiedzmy z częstotliwością 20 x sek sygnał zawierający znacznik czasu oraz swój unikalny numer (gdybym chciał mieć więcej niż jeden nadajnik).

    - zsynchronizowane odbiorniki (podłączone do kolejnego układu, tutaj nie jestem przekonany czy takie ATmega2560 wystarczy) odczytujące ów sygnał, filtrujące i dodające do niego czas odebrania (wartość krytyczna), przesyłają gotowy do obliczeń sygnał do PC (tutaj już czas przesłania informacji nie jest taki krytyczny)

    - odbiorniki są rozmieszczone po pomieszczeniu w znanych mi odległościach od siebie

    - PC wylicza na podstawie danych z odbiorników pozycję nadajnika, tutaj też można uśredniać, filtrować dane itp.

    - PC gotowe współrzędne przesyła odpowiednim protokołem do stołu sterującego oświetleniem na imprezie, który to dalej steruje reflektorami


    Założenie wydaje mi się słuszne, jednak brak mi wiedzy nt. samego przesyłania sygnału.

    Znalazłem też takie coś: HackRF One
  • Poziom 22  
    Jeden nadajnik? Do da Ci informację tylko o odległości od nadajnika, będziesz wiedział że znajdujesz się na okręgu dokoła nadajnika.

    Gdy odbiornik oddali się od nadajnika o 10 metrów, to sygnał z nadajnika przyjdzie 33ns później. Zastanów się, jak zmierzyć taką różnicę czasu za pomocą Arduino, którego chcesz użyć. I jaką dostaniesz niepewność takiego pomiaru.
    Poczytaj w sieci, jak działa lokalizacja GPS, to da Ci pogląd na problemy.
  • Poziom 19  
    Może zapoznaj się z produktami firmy Nanotron:

    Link

    Bawiłem się kilka lat temu tagami zrobionymi właśnie na tandemie atmega644 + układ transmitera od Nanotronu. Potrafiły szybko wyznaczać odległość pomiędzy tagiem a donglem. Z tego co pamiętam możliwe było też umieszczenie 4 takich modułów w rogach pomieszczenia i pomiar odległości jednego ruchomego od każdego rogu. Jedyny problem na ówczesny czas to fakt, że te układy pomiary wykonywały na bazie najsilniejszej odebranej paczki a nie pierwszej (przy jakiejś przeszkodzie pochłaniającej energię pomiędzy modułami, pomiar odległości dawał długość pakietu odbitego).
  • Poziom 25  
    Pomysł PistonPL z wykorzystaniem fal radiowych jest chybiony z tego powodu, że niemożliwe jest mierzenie nanosekundowych różnic czasowych za pomocą dostępnych na rynku urządzeń. Jeżeli cały problem to trafienie snopem światła w konkretne miejsce, można go w prosty sposób rozwiązać sprzęgając reflektor z noktowizorem i punktowym źródłem podczerwieni.
  • Poziom 9  
    Setel napisał:
    Pomysł PistonPL z wykorzystaniem fal radiowych jest chybiony z tego powodu, że niemożliwe jest mierzenie nanosekundowych różnic czasowych za pomocą dostępnych na rynku urządzeń.


    Rozumiem. Jesteś absolutnie pewien, że nie ma na rynku konsumenckim tak szybkich urządzeń pomiarowych? Jeśli tak, to wątek właściwie do zamknięcia.


    Setel napisał:
    Jeżeli cały problem to trafienie snopem światła w konkretne miejsce, można go w prosty sposób rozwiązać sprzęgając reflektor z noktowizorem i punktowym źródłem podczerwieni.


    Punktem źródłowym musiałby być aktor, problematyczne jest również wykrywanie kto jest kto na scenie (bywa niezbędne, np jeden aktor schodzi ze sceny nieoświetlony, drugi pozostaje oświetlony).

    Nie widzę zatem w tym przypadku wyższości tego rozwiązania nad migającą diodą i kilkoma kamerami, tym bardziej że mam to już gotowe i działające.

    Dodano po 6 [minuty]:

    VanThor napisał:
    Może zapoznaj się z produktami firmy Nanotron

    Dziękuję, zbadam temat.

    Dodano po 10 [minuty]:

    nasty_photon napisał:
    Jeden nadajnik? Do da Ci informację tylko o odległości od nadajnika, będziesz wiedział że znajdujesz się na okręgu dokoła nadajnika.


    jeden nadajnik i kilka odbiorników da mi pozycję w przestrzeni.

    nasty_photon napisał:
    Gdy odbiornik oddali się od nadajnika o 10 metrów, to sygnał z nadajnika przyjdzie 33ns później. Zastanów się, jak zmierzyć taką różnicę czasu za pomocą Arduino, którego chcesz użyć.


    nigdzie nie napisałem, że chciałbym pomiarów dokonywać przy użyciu arduino. Jakieś proste NANO użyte mogłoby być do wysyłania impulsów. Jego dokładność jest drugorzędna, za to wymiary, cena i prostota idealne.
    [edit] przepraszam, napisałem w pierwszym poście, potem się uszczegółowiłem. tak czy owak, układ dowolny, nawet jeśli nie ja to oprogramowanie go można zlecić.

    nasty_photon napisał:
    I jaką dostaniesz niepewność takiego pomiaru.
    Poczytaj w sieci, jak działa lokalizacja GPS, to da Ci pogląd na problemy.


    Mój pomysł opiera się na odwróceniu zasady działania GPS a nie na próbie jego przeniesienia na inną skalę.
  • Poziom 34  
    Czy dopuszczalne jest rozpięcie nad sceną siatki ?
  • Poziom 9  
    TvWidget napisał:
    Czy dopuszczalne jest rozpięcie nad sceną siatki ?

    każda scena jest inna, nad sceną wisi zawsze trochę towaru.. mało uniwersalne rozwiązanie.
  • Poziom 34  
    Nie mówię o gęstej siatce ale o takiej co ma oczka np. wielkości metra.
    W przypadku iBeaconów można bez problemu zlokalizować obiekt mniej więcej z dokładnością 25% odległości nadajnik-odbiornik. Myślę, że przy większej ilości odbiorników uda się zejść poniżej 10%. a to już może spełnić podane założenia. Odbiorniki trzeba jednak umieścić możliwie blisko aktorów. Z tego powodu ten pomysł z zaczepieniem ich do siatki rozpiętej nad sceną.

    Jeśli chcesz tylko "trafić wiązką światła w aktora" to do tego nie potrzeba znać współrzędnych XYZ. Wystarczy znajomość poziomego i pionowego kąta. Jedna kamera pozwoli uzyskać te dane.
  • Użytkownik usunął konto  
  • Poziom 9  
    TvWidget napisał:

    Jeśli chcesz tylko "trafić wiązką światła w aktora" to do tego nie potrzeba znać współrzędnych XYZ. Wystarczy znajomość poziomego i pionowego kąta. Jedna kamera pozwoli uzyskać te dane.


    Stół oświetleniowy przyjmuje koordynaty xyz a nie kąty. Operuje swoją wirtualnym światem. Jeśli używam kamer do trakowania, tak samo kalibrujesz ich położenie i wspólny punkt centralny ze stołem.

    Dodano po 2 [sekundy]:

    TvWidget napisał:

    Jeśli chcesz tylko "trafić wiązką światła w aktora" to do tego nie potrzeba znać współrzędnych XYZ. Wystarczy znajomość poziomego i pionowego kąta. Jedna kamera pozwoli uzyskać te dane.


    Stół oświetleniowy przyjmuje koordynaty xyz a nie kąty. Operuje swoją wirtualnym światem. Jeśli używam kamer do trakowania, tak samo kalibrujesz ich położenie i wspólny punkt centralny ze stołem.

    Dodano po 4 [minuty]:

    @Albertb dawno nie miałem już do czynienia z kamerami termowizyjnymi, ale pamiętam że były drogie i miały bardzo niskie rozdzielczości. To nie ułatwia sprawy.
  • Moderator Mikrokontrolery Projektowanie
    Zastosowanie kamer także jest dyskusyjne, ponieważ mówimy tutaj o aktorach, stąd sądzić można, że w wielu przypadkach scenografia nie pozwoli na skuteczne śledzenie aktora (-ów), w szczególności w przypadku tła w postaci ekranów LED, czy zmieniających się warunków oświetleniowych w trakcie spektaklu.

    Być może należy więc połączyć wyżej omawiane systemy, by uzyskać zadowalający efekt końcowy. Tutaj można wzorować się na systemach wizyjnych czołgów i helikopterów bojowych (niszczycieli), które bazują na wielu różnych systemach, by poprawnie widzieć cele w dowolnych warunkach.
  • Poziom 34  
    Jestem laikiem w dziedzinie oświetlenia. Wyobrażam sobie reflektor oświetlający aktora. Do naprowadzenia strumienia światła potrzebna jest znajomość tylko dwóch współrzędnych a nie trzech. Czy źle kombinuję ?