GPS System in Ultraschall

Ein US-GPS wird sehr mit Raumreflektionen/Mehrwegausbreitungen zu 
kämpfen haben. IMHO wäre US-LORAN günstiger, weil da nicht alle 
durcheinander senden.

Die Idee ist schon alt, die Umsetzung eher schwierig(Reinfektionen etc).

Michael schrieb:
> ein GPS System für Innenräume
> auf Ultraschall Basis

Das setzt voraus, dass das Signal jedes Senders den Empfänger auf 
direktem Weg erreicht, und NUR auf diesem Weg. Das ist in einem realen 
Innenraum nicht realisierbar.

Theoretisch könntest du natürlich die gesamte Einrichtung entfernen und 
die Wände so beschichten, dass sie den Schall nicht reflektieren 
(schalltoter Raum), dann ginge das.

Gruss Reinhard

Ich muss ja sowieso PN Folgen korrelieren. Sehe also die 
unterschiedlichen Ausbreitungswege. Um wie viel Prozent ist das Echo 
leiser als das direkte Signal. Oder verhalten sich bei US alle 
Materialen wie Spiegel?

Das Prinzip lässt sich ja auch umdrehen so das das bewegliche Target die 
PN Folge sendet und mehrere Mikrofone im Raum das Signal auffangen. So 
hätte ich wenigstens keine Probleme mit der Rechenleistung.

Danke

Michael

Der "Trick" bei GPS ist ja, dass es ein Referenzsystem gibt, das Geoid 
WGS84. Die Umlaufbahnen der Satelliten sind bekannt, werden korrigiert 
und im Almanach mitgesendet. Bezugspunkt ist der Erdmittelpunkt (bzw. 
das Baryzentrum des Geoids), das ist quasi ein fixer Pseudolit. Darum 
reichen auch 3 Sats für einen 2D-fix: Einer gibt die genaue Uhrzeit vor, 
mittels der anderen beiden und der Annahme, dass du dich auf der 
Erdoberfläche befindest (also bekannten Abstand zum Erdmittelpunkt hast) 
kann eine Triangulation durchgeführt werden. Für einen 3D-fix mit 
Höheninformation braucht man dann noch den vierten Satelliten.

Bei einem Indoor-GPS würdest du mit jedem Betreten eines neuen Zimmers 
das Referenzsystem wechseln. Das echte GPS sagt dir war die exakte 
Position auf der Erde, nicht aber wo, sich der Planet bzgl. der Sonne 
oder anderen Planeten befindet.

Michael schrieb:
> Hallo,
>
> ich Überlege mir gerade ob es möglich ist ein GPS System für Innenräume
> auf Ultraschall Basis zu bauen.


Die Schallgeschwindigkeit ist stark temperaturabhängig. Du musst also 
die Durchschnittstemperatur kompensieren. Und die temperaturverteilung 
ist in realen Räumen weder örtlich noch zeitlich konstant. Ferner 
verändern Luftströmungen die Ausbreitungsrichtung und "blasen" deine 
koordinate "weg".

Mehrwegeausbreitung ist ein beherrschbares Problem. Jede Sonographie 
beim Arzt beweist das der ort der reflexion bestimmbar. Das hat aber nix 
mit GPS gemein.


MfG

Michael schrieb:
> Oder verhalten sich bei US alle Materialen wie Spiegel?

Manche bündeln sogar den Schall, so dass das Echo lauter ist als der 
erste Impuls.

Reinhard Kern schrieb:
> dass das Signal jedes Senders den Empfänger auf
> direktem Weg erreicht, und NUR auf diesem Weg

Nein. Das Signal, das zuerst ankommt, war das Signal auf direktem Weg. 
Echos kommen später.

Man könnte sich also ein System überlegen, bei dem in bestimmten 
Zimmerecken je ein Ultraschallsender steht, die nacheinander einen 
kurzen aber zuordnungsbaren Impuls aussenden.
Der Empfänger bekommt von jedem Sender den Impuls dank Echo mehrfach und 
nutzt nur den ersten zur Zeit- und damit Entfernungsbestimmung, und weil 
er die Impulse auseinander halten kann, weiss er welcher von welchem 
Sender stammte. Irgendwie muss er nun die Raumkoordinaten der Sender 
kennen, damit er per Triangulation zurückrechnen kann, wo er steht.
Um eine hohe Zeitauflösung zu bekommen, würde ich SI-Impulse 
unterschiedlicher Frequenz und Phase senden.
Mit GPS Technik hat das so viel natürlich nicht uz tun.

MaWin schrieb:
> Reinhard Kern schrieb:
>> dass das Signal jedes Senders den Empfänger auf
>> direktem Weg erreicht, und NUR auf diesem Weg
>
> Nein. Das Signal, das zuerst ankommt, war das Signal auf direktem Weg.
> Echos kommen später.

Das ist zwar manchmal richtig, aber es gibt ja keine Garantie dafür, 
dass es das von dir gemeinte erste  Signal überhaupt gibt. In einem 
realen Raum ist es durchaus wahrscheinlich, dass keine direkte Sicht 
besteht, dann ergibt das erste Signal eine vollkommen falsche Laufzeit 
und Position. Damit ist dein Konzept unbrauchbar.

Gruss Reinhard

Wenn keine direkte Sichtachse besteht, könnte das natürlich sein.

Reinhard Kern schrieb:
> MaWin schrieb:
>> Reinhard Kern schrieb:
>>> dass das Signal jedes Senders den Empfänger auf
>>> direktem Weg erreicht, und NUR auf diesem Weg
>>
>> Nein. Das Signal, das zuerst ankommt, war das Signal auf direktem Weg.
>> Echos kommen später.
>
> Das ist zwar manchmal richtig, aber es gibt ja keine Garantie dafür,
> dass es das von dir gemeinte erste  Signal überhaupt gibt. In einem
> realen Raum ist es durchaus wahrscheinlich, dass keine direkte Sicht
> besteht, dann ergibt das erste Signal eine vollkommen falsche Laufzeit
> und Position. Damit ist dein Konzept unbrauchbar.

Für Schallausbreitung braucht es keine direkte Sicht, ich höre in meinem 
Büro auch den Kollegen am Ende des Flures, obwohl ich nicht sehe.

Die Richtung des Schalls wird auch durch (Kanten-) Beugung bestimmt, von 
Körperschall mal ganz zu schweigen. beugungseffekte kann man bei 
EM-wellen vernachlässigen, nicht aber bei Schall.

MfG,

Fpga Kuechle schrieb:
> Für Schallausbreitung braucht es keine direkte Sicht, ich höre in meinem
> Büro auch den Kollegen am Ende des Flures, obwohl ich nicht sehe.

Mit indirektem Schall kann man nicht orten. Mawin hat das verstanden, du 
nicht.

Gruss Reinhard

Ganz schön viele Einwende. Ist wohl nicht ganz einfach.

Meine Ideen/Anmerkungen:

Temperaturverteilung: die Schallgeschwindigkeit ist nicht so extrem 
Temperaturabhängig d.h. wenn der Signalweg ca. gleich ist gibt es 
dadurch sicher nur kleine Fehler (z.B. Sender in den 4 Zimmerecken)

Referenzsystem: Das System soll nur in einem Raum funktionieren. Das 
Referenzsystem ist hier sicher einfach festlegbar. Die Position der 
Sender im Referenzsystem ist bekannt. (Bei GPS viel schwerer da Sender 
sich bewegen)

VOR: Bei VOR existieren meines Erachtens die gleichen Probleme wie bei 
der Laufzeitmessung von verschiedenen Sendern.

Probleme bei nicht direkter Sicht: Das ist ja wie beim GPS System. Auch 
hier müssen die Satelliten direkt gesehen werden. Im Raum darf also 
nicht allzu viel rumstehen.

Beugung: Die Wellenlänge von GPS Signalen ist ca. 20 cm. Mit Ultraschall 
kann man in den selben Bereich kommen. Die 
Dichteverhältnis/Dielektrizitätskonstanten sind ungefähr gleich.

Mfg

Michael

Wenn mir jemand ein breitbandiges US Mikrofon bzw US Sender empfehlen 
kann mach ich mal ein paar Versuche mit Matlab.

Bei 15 - 20kHz reicht vermutlich sogar eine einfache Soundkarte.

MfG

Michael

Reinhard Kern schrieb:
> Fpga Kuechle schrieb:
>> Für Schallausbreitung braucht es keine direkte Sicht, ich höre in meinem
>> Büro auch den Kollegen am Ende des Flures, obwohl ich nicht sehe.
>
> Mit indirektem Schall kann man nicht orten. Mawin hat das verstanden, du
> nicht.

?? Man kann sehr wohl anhand Echo's den Ort einer Reflexion bestimmen 
und somit den Ort einer Ungänze (reflexion) lokalisieren - nennt sich 
Echoortung -> http://de.wikipedia.org/wiki/Echoortung.

Oder zählst Du reflexionsecho nicht zum indirekten Schall?

MfG

Beitrag "Positionsbestimmung via Schallwellen"

Frag doch mal dort an:
Beitrag "TOBBY THE ROBBY"

>Meine Zielanwendungen liegen im KI-Bereich: "Schwarm Intelligenz" und
>ein LPDS (Local Position Detection System = mini GPS), d.h. TOBBY(s)
>soll(en) einen Raum (Zimmer inkl. Möbel) autonom erfassen und auf eine
>SD-Card digitalisieren (SD-Card).

Oder gebe als Suchbegriff: "Positionsbestimmung" ein

Reinhard Kern schrieb:
> Mawin hat das verstanden, du nicht.

Nun,

Fpga Kuechle schrieb:
>>> Für Schallausbreitung braucht es keine direkte Sicht

ist schon richtig, ein Pfosten der die direkte Sicht behindert, aber 
links und rechts von den Schallwellen umlaufen werden kann, behindert 
die Messung nicht und verfälscht die Ergebnisse unwesentlich.

Aber da vorher jemand gejammert hat über Einschränkungen, nimmt man 
direkte Sicht (ohne Glasscheibe) als uneingeschrönkten Fall.

Wie währe es wemm man dem Signal Daten mitgibt?
z.B. eine einstellige Zahl, die bei jedem mal Senden incrementiert wird.
Damit weis man ob das Signal eine Reflexion ist.
Man muss nur sicher gehen, dass im gesammten Arbeitsbereich immer ein 
direktes Signal empfangen werden kann.

Bernd schrieb:
> Wie währe es wemm man dem Signal Daten mitgibt?
> z.B. eine einstellige Zahl, die bei jedem mal Senden incrementiert wird.
> Damit weis man ob das Signal eine Reflexion ist.
> Man muss nur sicher gehen, dass im gesammten Arbeitsbereich immer ein
> direktes Signal empfangen werden kann.

Ein Unterscheidungsmerkaml zwischen reflektierter und direkter Welle 
auszunutzen ist ein guter Ansatz.

Eine (?ungeradzahlige?) Anzahl von Reflexionen kann man auch am 
Phasensprung der reflektierten Schallwelle erkennen und damit eine 
reflektierte von einer direkten unterscheiden.

MfG,

Reinhard Kern schrieb:

> Das setzt voraus, dass das Signal jedes Senders den Empfänger auf
> direktem Weg erreicht, und NUR auf diesem Weg. Das ist in einem realen
> Innenraum nicht realisierbar.
>
> Theoretisch könntest du natürlich die gesamte Einrichtung entfernen und
> die Wände so beschichten, dass sie den Schall nicht reflektieren
> (schalltoter Raum), dann ginge das.

?Ich sitz hier in meiner garantiert nicht reflexionsarmen Wohnung, die 
zudem reichlich verwinkelt und zugestellt ist und kann dennoch gut orten 
wo das Handy gerade läutet. Wahrscheinlich geht es anderen realen Leuten 
in ihren realen Räumen nicht anders.


>Fpga Kuechle schrieb:
>> Für Schallausbreitung braucht es keine direkte Sicht, ich höre in meinem
>> Büro auch den Kollegen am Ende des Flures, obwohl ich nicht sehe.

>Mit indirektem Schall kann man nicht orten. Mawin hat das verstanden, du
>nicht.

Mit reflektierten Wellen kann man orten, klassisches Beispiel: 
Überhorizontradar. Ein weniger bekanntes Verfahren zur Ortung mittels 
(totalreflektierten) (Wasser-)Wellen sind die SOFAR-bomben. Dieses 
Verfahren wurde zum Aufspüren der gewasserten Mercury-Kapseln benutzt.

So pauschal wie Du deine Aussage formulierst stimmt sie nicht.
Als aktuelles Beispiel der Ortung einer Schallquelle in einer 
reflexions- und störungsreichen Umgebung sei der "Gunfire-Locator" wie 
von ShotSpotter Inc. genannt.

MfG,

MN schrieb:
> Darum
> reichen auch 3 Sats für einen 2D-fix: Einer gibt die genaue Uhrzeit vor,
> mittels der anderen beiden und der Annahme, dass du dich auf der
> Erdoberfläche befindest (also bekannten Abstand zum Erdmittelpunkt hast)
> kann eine Triangulation durchgeführt werden.

Das mit der Uhrzeit läuft ein bisschen anders. Da besitzt keiner der 
Satelliten eine Sonderstellung. Der Empfänger bestimmt vielmehr für 
jeden Satelliten eine fiktive Entfernung (Pseude Range) aus einer 
Laufzeit, die sich aus einem fiktiven Aussendezeitpunkt ergibt. Das 
ergibt ein Gleichungssystem, mit - für 2D - drei Unbekannten, nämlich 
den zwei Ortskoordinaten und der richtigen Beobachterzeit.