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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik zentimeter-genaues gps für räume


Autor: ratatatata (Gast)
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hi, und zwar:
ich will die position von meinem mikrocontroller in einem raum auf
zentimeter genau bestimmen, gibt es da sowas wie gps für räume?

also z.B. das ich drei antennen im raum aufstellen muss die dann die
satelliten darstellen.

schonmal vielen dank! :)
andré

Autor: Gast (Gast)
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je länger du deine Werte mittelst, desto genauer wird deine Position.
Die Satelliten musst du nicht mehr aufstellen, die schwirren schon rum
da oben ;)

Autor: Danny (Gast)
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@Gast:
>>Die Satelliten musst du nicht mehr aufstellen, die schwirren schon
>>rum da oben ;)
...na klar, weil der Empfang in Räumen auch Funktioniert.

Mir fällt da nur auf die Schnelle eine Positionsbestimmung über die
Signallaufzeit bzw. die Feldsträrkenmessung deiner drei Sendeantennen
ein.

Autor: Frank (Gast)
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Müsste doch mit Ultraschall gehen, oder? Bei Lichtgeschwindigkeit werden
die Laufzeiten arg kurz.

Autor: Danny (Gast)
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Ultraschall... wenn Du keinen Hund oder Katze hast ;-)

Autor: Thomas Pototschnig (Gast)
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Ich hatte mal was gelesen, dass in einem Fussballstadium ein paar kleine
Sender verteilt wurden und im Ball war eine Elektronik eingebaut, die
dann die Position berechnet. Der Ball hat dann die errechnete Position
an einen Computer gesendet, der dann irgendwas damit gemacht hat.

Interessantes Thema - Deshalb abo :-)

Autor: Florian Mauerhofer (----florian----)
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abo

Autor: Sebastian (Gast)
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GPS geht im Gebäude eh nicht. Aber weils Angesprochen wurde:
In der Industrie wird dafür oft ein Referenz-empfänger aufgestellt. Von
dem muss die exakte Position bekannt sein. Dann rechnet der
Referenz-empfänger die Differenz zwischen Signal und Position und
sendet die Information an die Fahrzeuge die die exakte Pos. brauchen.
Die können dann über ihre Empfangenen GPS-Daten die Korrekturfaktor von
der Referenz legen.
Funktioniert halt nur räumlich begrenzt und im Freien.

Irgendwo muss doch der Hörbereich von Hund und Katze auch aufhören.
Dann ginge Ultraschall doch wieder.

Autor: Frank (Gast)
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>Ultraschall... wenn Du keinen Hund oder Katze hast ;-)

Da hast Du Recht, ich vermesse Räume auch nur in Anwesenheit meines
Blindenhundes, wozu sollte ich sie denn sonst vermessen? ;)

Zu beachten ist allerdings, dass sich die Schallgeschwindigkeit mit der
Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Druck ändert, so dass eine
Referenzstrecke oder Kalibrierung eigentlich zwingend notwendig ist.

Autor: Thomas Pototschnig (Gast)
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Ich könnte mir vorstellen, dass das möglicherweise in einem Raum
garnicht funktioniert. Bei 4 Sendern (in jeder Ecke einer) und den
Reflektionen die an Decke, Boden und Wänden entstehen, wird vielleicht
nichts sinnvolles mehr rauskommen, was man noch auswerten kann.

Autor: ratatatata (Gast)
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das gps war ja nur zur veranschaulichung :)

stimmt, da war ja mal was mit dem fußball.. wurde das nich sogar dem
dfb vorgelegt ob man das nich in spielen zur unterstützung des schieris
einsetzen will?

werd mich da mal noch erkundigen :]


das signal von einer antenne selbst auswerten hab ich auch schon
überlegt, aber dazu wär das equipment zu teuer (wegen hoher
taktrate)..

andré

Autor: ratatatata (Gast)
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oh man mal wieder zu lang gebraucht.. ^^

und shit an reflexionen hab ich gar nich gedacht :(

Autor: Frank (Gast)
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Dann taktet man die Sender eben. Also vom µC gesteuert die Sender
nacheinander anschalten und jeweils auf den Empfang warten. Stellt sich
natürlich die Frage, ob das ganze sehr dynamisch werden soll, oder nur
der stationären Positionsbestimmung dient.

Autor: Danny (Gast)
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Es gibt Empfänger (hab einen 433MHz-Empfänger rumliegen, der das kann)
die die Signalstärke als Analogspannung (0-5V) an einem separaten Pin
mit ausgeben. Also theoretisch: 3 Sender (irgendeine Senderkennung),
3 Empfänger mit Signalstärkenmessung, 3 digitale Eingänge und 3 analoge
Eingänge. Allerdings weiß ich momentan nicht wie genau die
Signalstärkenausgaben sind.

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Ich hab mal mit einer Doppler-Peilantenne ( Funkschau-Bauanleitung frühe
80er)im geschlossenen Raum experimentiert, die Reflexionen machen eine
Peilung praktisch unmöglich. Kaum bewegt man sich mit dem Sender ein
kleines Stück weiter, ist die Phasenlage eine ganz andere.

Autor: Thomas Pototschnig (Gast)
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Nicht nur die Phasenlage - die Auslöschungs- und Verstärkungseffekte
machen das ganze unmöglich :-(

Autor: Daniel (Gast)
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....was soll denn gelöst werden und wie groß ist die Fläche, wie
dynamisch ist die Bewegung?

 ... ich denke eher an getaktete "Leuchtbaken" ...

bei Ultraschall könnte die Lufttemperatur eine Rolle spielen .. vgl.
Ping beim Sonar im Wasser

Autor: dkm (Gast)
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Es gibt handliche Laser-Messgeräte, die können im Innenraum auf cm genau
messen (halbwegs gerade Wände vorrausgesetzt).

Damit kann man schon recht genau seine Position ermitteln!

dkm
www.loetstelle.net

Autor: Thomas Pototschnig (Gast)
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[OT-On]
@dkm: Ist der GainClone wirklich so genial, wie man öfters hört? Hast
da ein paar nette Sachen auf deiner Seite :-)
[OT-Off]

Autor: dkm (Gast)
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<OT>
Das Gainclone-Projekt stammt leider nicht von mir, ist von einem Leser
zur Verfügung gestellt worden. Habs noch nicht gebaut, ich hoffe, bald
wieder Zeit dafür zu haben!
</OT>

Zum Thema Entfernungsmesser:

Hier ist so ein Teil:
http://www.amazon.de/exec/obidos/ASIN/B0001D1PQE/3...

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Die resultierende Phasenlage ist gerade eine Folge der "Auslöschungen
und Verstärkungen", da jede Reflexion mit anderer Phase an der Antenne
ankommt. Die tiefen Auslöschungen oder Amplitudenschwankungen sind ja
nur kurz, das würde bei Bewegung von Sender oder Empfänger nicht so
stören. Dopplerpeiler werten ja gerade die Phasenlage in Bezug auf ihre
Rotation aus, Amplitudenänderungen werden begrenzt, das ist ein
FM-Empfang.
Die Bauanleitung war damals von einem Ulmer Funkamteur, dessen
Relaisfunkstelle öfters gestört wurde, und der daher mehrere
Dopplerpeiler angefertigt hatte, immer acht Antennenstäbe im Kreis
angeordnet, die werden mit etwa 1-2 kHz reihum eingeschaltet, das
ergibt im angeschlossenen FM-Empfänger einen Ton. Die Phasenlage in
Bezug auf die Rotationsfrequenz wird ausgewertet. er hatte sowas auf
dem Autodachgepäckträger und eine portable Version in einem
zusammenklappbaren Regenschirm untergebracht. Im Flugfunk wird das
Verfahren auch kommerziell angewandt.

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Das war er mit Regenschirm

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Die Gepäckträgerantenne, und Blockschaltplan

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Und hier noch die Formeln zum Dopplereffekt

Autor: tommy (Gast)
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hier mal zwei links zu dem beschriebenen/gesuchten fußball
ortungssystem. das system heißt übrigens CAIROS und wurde in
zusammenarbeit mit dem frauenhofer institut für integrierte schaltungen
erlangen entwickelt.
http://www.iis.fraunhofer.de/ec/navigation/trackin...
http://www.cairos.com/sports/technik.php

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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Vielleicht mal beim Miniatur-Wunderland schauen. Da fahren im
Skandinavien-Bereich Schiffsmodelle vollautomatisch durch die Gegend,
wozu sie regelmäßig ihre Position mit Millimetergenauigkeit bestimmen.

Autor: Thomas (Gast)
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Denkt doch mal über Trägheitsnavigation nach....

Gruß Thomas

Autor: ratatatata (Gast)
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zur dynamik: also das teil bewegt sich schon recht oft ^^ änderung der
position sicher 40 mal in der minute.

und über trägheit hab ich auch schon nachgedacht, aber das wäre zu
ungenau bzw minimale änderung schwer zu messen :/

Autor: Läubi (Gast)
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machs doch mit 3 sendern die einfach eine unterschiedliche
Einshcaltsequenz bekommen.

Du sendest ein "Sende Signal" an Sender 1.
Mißt die Zeit, das ganze für sender 2 und 3, aus der benötigten Zeit
bsi zur ANtwort solltest du eine Postion errechnen können.

Autor: Bastler (Gast)
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Hallo,

mache mal einen Vorschlag für folgenden Aufbau:

Im Raum habe ich an bekannten Koordinaten 3 Ultraschallsender
positioniert. Jeder Sender wertet das DCF77-Signal (Funkuhr) direkt aus
(achtung keine Latenszeit durch Auswert-IC!). Jeder Sender hat eine
andere ID (0..9). Triggerung erfolgt mit der fehlenden 60-Sekunde. Der
Sender mit der ID1 sendet einen kurzen Ultraschallimpuls jede 1, 11,
21, 31, 41, 51 Sekunde aus. Der Sender mit der ID2 alle 2, 12, 22, 32,
42, 52 usw.

Ein mobiler Roboter mit Ultraschallempfänger und gleichem
DDF77-Empfangsteil wertet die Ultraschallimpulse (Laufzeit) aus.
Aufrund der "System Zeit" weiß der Roboter von welchem Sender der
Impuls stammt. Die Senderkoordinaten sind bekannt. 3 Sender reichen
aus, um eindeutig die Position im Raum zu betimmen.

Das A und O ist die Synchronisation von Sender und Empfänger über den
DCF77-Sekundentakt. Nachteil der DCF77-Triggerung ist, dass das DCF77
(77,5kHz) sehr störanfällig ist.

Besser (und eben teurer) ist daher, die Synchronisation via Funkmodul
(433MHz oder 863MHz) erfolgen zu lassen.

Falls Sichtkontakt besteht, kann ganz einfach die Triggerung via
Infrarot Sender-Empfänger realisiert werden.

Wichtig für die Positionsgenauigkeit ist, dass die jeweiligen
"Betriebsuhren" bis auf wenige µS synchron laufen, und dass die
Zeitmessungen ebenfalls im µs-Bereich möglich sind (1µs -> ca. 0,3 mm).

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Das klingt wie die guten alten Omeaga- (oder Loran?) Peilverfahren. Das
waren auf der ganzen Welt verteilte Langwellensender, die auch reihum
sendeten. Das Stichwort heißt Hyperbel-Navigation, die Punkte gleicher
Phase liegen auf Hyperbelkurven, dazu gibts eigene Landkarten. Man
zählt die Wellenberge und -Täler die man während der Fahrt durchläuft.
Mit 10 kHz Sendefrequenz hat man 300(Mm/sec)  / 10 (kHz) = 30 km
Wellenlänge. Mit zwei empfangenen Sendern hat man noch zwei
Schnittpunkte, ab 3 wirds eindeutig, Höhenmessung wie GPS geht nicht.
Auflösung nicht viel besser als diese 30 km.

Autor: Thomas (Gast)
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eine Elektromagnetische Welle breitet sich mit 300000km/s aus, das sind
ca 30cm pro ns. Wenn ich in einem Gebäude eine Positionierung
durchführen will in dieser GRössenordung von 30cm dann muss ich auch
eine ns auflösen können mit meiner Elektronik. Da uC
Befehlsabarbeitungszeiten nicht in dieser Grössenordnung haben kann man
das nicht mit Software lösen. Wie will so der Empfänger 3
unterschiedliche Signale verarbeiten, die mit ca 25ns unterschiedlicher
Laufzeit eintreffen???

Ich habe auch mal für eine Aufgabe daran gedacht in einer Halle einfach
die Technik eines Satelliten nachzubilden und dann mit handelsüblichen
GPS Empfängern zu arbeiten. Das geht aber nicht, da in einer HAlle die
Laufzeitunterschied zu gering sind und das mit GPS Empfängern nicht
verarbeitet werden kann. Bei Satelliten sind die Strecken mehrere 100km
und dadurch bilden sich grössere Laufzeitdifferenzen.

Autor: Bastler (Gast)
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@Thomas

Gut erkannt! Deshalb der Trick mit Funk UND Ultraschall. Triggerung
über den schnellen Funk, Laufzeitmessung des langsamen Schalls.

Lichtgeschwindigkeit ca.300000km/s
Schallgeschwindigkeit ca. 320 m/s

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Autor: Sven (Gast)
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Hallo,
 beim Jugend-Forscht Regionalwettbewerb war neben meinem mal der Stand
von Zweien, die solch ein System für Museen entwickeln wollten. Anfangs
sollte das GPS-Ähnlich laufen. Aber als die Beiden dann gemerkt haben
welche ernorme Genauigkeiten man da erzielen muss haben sie ein Modell
mittels Signalstärkemessung aufgebaut, was dann auch ganz gut geklappt
hat.
Der Aufwand der beim GPS betrieben wird ist ernorm, muss doch die
Laufzeit für 10m Genauigkeit schon auf 30 Nanosekunden genau gemessen
werden. Deshalb hat jeder der Satelliten auch eine Atomuhr an Bord, die
untereinander synchronisiert sind. Und entgegen der weitläufigen Meinung
benötigt man zur genauen Positionsbestimmung auch VIER Satelliten, nur
so kann die Quarzuhr im Empfänger synchronisiert werden.

Eine Lösung die eventuell auch für Amateure praktikabel ist, ist mir
neulich eingefallen, als ich mit Hausmitteln die Dicke von Papier
messen wollte.  Ein einzelnes Blatt lässt sich nicht messen, aber ein
ganzer Stapel mit bekannter Anzahl schon.
Man könnte also vom einen "Satelliten" einen kurzen Funkimpuls
aussenden, der vom Empfänger sofort zurückgeschickt wird, am sender
auch reflektiert wird usw. Diese Reflektionselektronik müsste
wahrscheinlich analog sein. Paralell dazu läuft ein Zähler (Mc?) der
nach z.B. tausend Wechseln die Zeit misst. Hat man durch
Referenzmessungen die Zeit ermittelt, die die Reflektionselektronik zur
Signalverarbeitung benötigt sollte das recht genau sein. Eventuell
müssten die Elektroniken Temperaturstabilisiert sein.
Dabei könnte das zu ortende Objekt extrem klein sein, es müsste einfach
nur Signale reflektieren. Über DCF-77 ließen sich dann vier
"Satelliten" so steuern dass jeder in einem Viertel der Sekunde aktiv
wird. Dann können alle auf gleicher Freuqenz senden.

Nur so ne Idee...

Autor: ratatatata (Gast)
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schade die vom miniatur-wunderland wollen dazu nix sagen weil sie angst
vor der konkurenz haben augenroll

Autor: Μαtthias W. (matthias) Benutzerseite
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Hi

also in der Doku die ich mal gesehen hab von dieser Modelleisenbahn
erzählten die was von Problemen mit der freien Bewegung von Schiffen in
ihrem Modellmeer. Ich dachte da eigentliche sofort an eine
Positionserkennung mit Kameras (ist ja ein 2D Problem). Wenn man mal
Position und Ausrichtung kennt dürfte die Kontrolle des Schiffs nur
noch ein regelungstechnisches Problem sein das sich relativ einfach
lösen läßt.

Auch für eine Ortung in 3D sollte der Ansatz über eine Bilderkennung
machbar sein (-> vgl. Motion Capture). Ob sich das allerdings so
einfach in beliebigen Räumen realisieren läßt?

Matthias

Autor: Thomas (Gast)
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Iss klar ;->

Autor: Frank (Gast)
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ein Troll mit einem Faible für kompakte Kernreaktoren. Was es nicht
alles gibt....

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>ich will die position von meinem mikrocontroller in einem raum auf
>zentimeter genau bestimmen, gibt es da sowas wie gps für räume?

Mit optischen Messvorrichtungen wäre das kein Problem,

aber wenn Du das Laufzeitverhalten eines HF-Signals auf die relativ
kurze Entfernung auswerten möchtest ==> mit den heutigen technischen
Möglichkeiten, bei der Genauigkeit unmöglich.

Jede Antenne müsste eine Atomuhr besitzen und alle Uhren müssten exakt
die gleiche Zeit besitzen, denn das HF Signal legt pro Sekunde ca.
300.000 km zurück und Du benötigst eine Genuauigkeit im cm-Bereich.
Errechne mal die die Uhrengenauigkeit ;)


Ich denke die Ultraschall-Variante wäre theoretisch möglich,
ist das gleiche Prinzip wie bei GPS-Empfängern, nur dass das
Laufzeitverhalten des Ultraschall-Signals verwendet wird.

Reflexionen kann man herausrechnen.


Als Tipp: Korrelation

Bernhard

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Hi, ratatatata,

eine industrielle Anwendung mit ähnlichen Merkmalen hat Boeing vor über
einem Jahrzehnt beschrieben:
* Der Arbeiter bekam einen Helm mit Positions- und Richtungsssensor und
LCD-Fernseher für ein Auge, das andere blieb frei zum Arbeiten.
* Computer spielte ihm dann eine Marke ein mit Hinweisen, wo die
nächste Niete zu setzen sei oder so.

Virtuelle Welt für praktische Arbeit.

Lösungsansatz: Am Helm mehrere Ultraschall-Empfänger, beschallt von
mehreren Ultraschall-Sendern. Der Rest ist Multilateriation.

Besonderheit: Die Arbeiter sollen das ständige "Klicken" als störend
empfunden haben, und man habe nicht gefunden, wo das hergekommen sein
könnte.
Ich vermute, wenn man einen 40 kHz-Ultraschallsender mit Rechteck
amplitudenmoduliert, dann gibt's auch Mischprodukte im hörbaren
Bereich.


Ciao
Wolfgang Horn

Autor: jaja (Gast)
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Dopplerradar ist auch nicht schlecht fuer den nahbereich.
Nur nicht ganz billig - der sensor kostet bei conrad 50€.

grusz, jaja

Autor: Fred (Gast)
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Hallo ratatatata und auch alle anderen,

wie wäre es denn, einfach auf dem Boden ein Koordinatensystem mit
Streifen aufzukleben /aufzumalen. Dann noch vier LEDs mit verschiedenen
Farben (Wellenlängen) auf die vier Wände verteilen und dann aus der
richtung und der zahl der überfahrenen linien die position bestimmen.
Für die gewünschte Genauigkeit wird das dann zwar sehr aufwendig,
sollte aber doch gehen, oder?
Mal ne andere Frage: Wie groß ist Dein zu bewegendes Objekt? Wenn es
sich zB. um ein Modellauto handelt, dann würde aufgrund der Größe des
Autos eine Genauigkeit von evtl 10cm schon reichen.
Gruß

Fred

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