Forum: HF, Funk und Felder Messungen von Funksignalen auf Pikosekunden genau


von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Hallo,

Ich muss für ein Schulprojekt die Ankunft eines Funksignals an 3 
Antennenstation mit mindestens 10m abstand zueinander messen umd die 
Differenzen zu berechnen. Man stelle sich vor, ein gleichseitiges 
Dreieck mit a >=10m. Resultat soll 3 Werte mit 0s und 2 
Verzögerungswerte dazu sein.

Nun habe ich schon recherchiert und nichts gefunden. Also die Frage:

Womit kann ich (mit z.B. Arduino,etc.) diese Signale brauchbar messen? 
AD oder so?

Ich habe bereits Erfahrungen mit Programmierung in C++ und Python, aber 
da ist mein ABC zu Ende.

Vielen Dank

: Verschoben durch Moderator
von Jens M. (schuchkleisser)


Lesenswert?

Pass auf das du dir nicht die Finger zerpiekst. ;)

Der Laufzeitunterschied den du da messen willst ist weit unter der 
Ansprechzeit jedes Fertigempfängers, und einen eigenen Empfänger 
bekommst du nicht gebaut.
Sicher, das es Funk ist und nicht Schall?

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Ja, ganz sicher.

Ich bin mir die Kürze der Unterschiede bewusst. Und wär es einfacher, 
hätt ich nicht gefragt

von Christian M. (Gast)


Lesenswert?

Und meinst Du nicht Pikosekunden!? Und meinst Du das wirklich?

Vergiss es. Und der sogenannte "Lehrer"... Ach lassen wir das.

Gruss Chregu

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Ja, natürlich Pikosekunden

Und ich möchte betonen, dass ich mir die Aufgabe teilweise selbst 
gestellt habe. Da GPS als ortung des Senders nicht funzt, muss ich mir 
eine Alternative ausdenken und habe mich zusammen mit ein paar anderen 
Schülern für 3-Punkt-Ortung entschieden.

Jetzt brauch ich einfach nur etwas, womit ich die Zeiten nach dem Event 
x messen kann.

Unproduktive Beiträge wie “Sicher dass du nicht Schall meinst“ oder 
“lass es lieber“ bringen mich jetzt auch nicht weiter.

Also: Kennt jemand einen Chip/Modul, womit ich die Signalankunft auf 
Piko oder 10Pikosekunden genau unterscheiden/messen kann?

von (prx) A. K. (prx)


Lesenswert?

Ich fürchte, für Interferometrie ist etwas mehr als ein Arduino 
erforderlich.

von Bernhard S. (gmb)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Also: Kennt jemand einen Chip/Modul, womit ich die Signalankunft auf
> Piko oder 10Pikosekunden genau unterscheiden/messen kann?

10 Pikosekunden entsprechen 3 Millimetern. Das schafft ein Baulaser.

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Und wie bekomme ich die Leistung an so etwas wie einen Arduino 
angeschlossen?

Oder geht das irgendwie anders?

von Bernhard S. (gmb)


Lesenswert?

Ich möchte ein interstellares Raumschiff bauen. Geht das auch mit einem 
Arduino?

von Markus M. (Firma: EleLa - www.elela.de) (mmvisual)


Lesenswert?

Mache lieber ein anderes Projekt, z.B. eines mit "Radar 
Bewegungsmelder". Die Einheiten dazu sind noch bezahlbar:

https://www.conrad.de/de/radar-bewegungsmelder-1-st-rsm-1650-5-v-max-l-x-b-x-h-25-x-25-x-13-mm-502370.html

von Thomas E. (thomase)


Lesenswert?

Bernhard S. schrieb:
> Ich möchte ein interstellares Raumschiff bauen. Geht das auch mit einem
> Arduino?

Klar. Da mußt du nur den Wurmloch-Sketch flashen.

von M.K. B. (mkbit)


Lesenswert?

Überleg dir bitte nochmal die genauen Anforderungen an dein System. Wie 
kommst du darauf, dass du Pikosekunden Genauigkeit brauchst. Vielleicht 
sagst du uns was du genau messen möchtest und nicht wie.

Ansonsten kann ich dir nur davon abraten oder du solltest in der 
Richtung promovieren. Hier nur ein paar Gedanken, die mir zu deinem 
irrwitzigen Plan gekommen sind.

Du hast drei Empfänger, die du auf Pikosekunden Genauigkeit 
synchronisieren musst. Wie?
Ich meine GPS Empfänger schaffen es auch "nur" sich im 
Nanosekundenbereich zu synchronisieren.

Dein Arduino kann analoge Daten warhscheinlich mit 125kHz samplen. D.h. 
all 8µs ein Sample. Das ist Faktor 10e6 bis zu Pikosekunden.
Das aktuelle schnellste Oszilloskop (Keysight Infiniium UXR) sampelt mit 
256GSa/s. D.h. all 3.7ps ein Sample. Da sind wir ja fast schon bei 
deinen Anforderungen, aber warum kostet das ganze bloß ~1Mio €?

: Bearbeitet durch User
von A. S. (Gast)


Lesenswert?

Piko wird nicht gehen.

Ultraschall wäre schon anspruchsvoll genug. Die Aufgabe ist die gleiche, 
Sender/Empfänger und Schaltung aber bezahlbar/selbstmachbar.

von Alex G. (dragongamer)


Lesenswert?

@mkbit
Entfernungsmesser auf Lichtbasis gibt es allerdings schon eine ganze 
Weile. Inzwischen sogar ganze arrays in einem Chip; genannt "ToF 
Camera". Da muss es also wohl eine Technik geben die ohne klassisches 
Samplen auskommt.
Womöglich funktioniert das aber immer nur wenn Licht-Sender und 
Empfänger in einem Gerät sind.

@perjl
Solche ToF sensoren gibt es auch für Arduino. Wenn ihr die Einschränkung 
zulasst dass die Winkel dieses Dreiecks immer bekannt sind, könnte man 
damit eine Lokalisierung ermöglichen.
Oder die Annahme treffen das Gebiet um das lokalisierende Objekt ist 
leer; dann könnte man den Sensor an einen Servomotor anbringen und damit 
die Umgebung abscannen.

: Bearbeitet durch User
von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Also zuallererst:

Ich kann mir nur die Lösung aussuchen, das Problem bleibt!

Ich habe ein Sender (Dosengröße) und 3 Biodenstationen. Bodenstationen 
sollen für Ankunft des Signals X Zeiten liefern.

Zur Synchronisation habe ich gedacht, könnte man doch dcf benutzen, 
oder?

von M.K. B. (mkbit)


Lesenswert?

Alex G. schrieb:
> Womöglich funktioniert das aber immer nur wenn Licht-Sender und
> Empfänger in einem Gerät sind.

Man kann das natürlich auch über Interferenz lösen. Dann braucht man 
auch keine Synchronisation. Aber dazu braucht man dann eine bekannte 
Strecke, was innerhalb eines Moduls dann auch kein Problem ist.

von M.K. B. (mkbit)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Ich kann mir nur die Lösung aussuchen, das Problem bleibt!
>
> Ich habe ein Sender (Dosengröße) und 3 Biodenstationen. Bodenstationen
> sollen für Ankunft des Signals X Zeiten liefern.

Du beschreibst hier schon wieder nur deine Lösung.
Dein Problem ist doch aber die Ortung der Dose. Welche Präzision 
brauchst du dabei?

von Wolfgang R. (Firma: www.wolfgangrobel.de) (mikemcbike)


Lesenswert?

Alleine die Synchronisation der Bodenstationen wird eine interessante 
Aufgabe!

von Joachim S. (oyo)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Zur Synchronisation habe ich gedacht, könnte man doch dcf benutzen,
> oder?

Meinst Du das ernst, oder sollte das ein Scherz sein?

> Ich kann mir nur die Lösung aussuchen, das Problem bleibt!

Du kannst auch einsehen, dass Du Dir da etwas vorgenommen habt, was in 
der ursprünglich angedachten Form mit Deinen Mitteln schlicht nicht 
realisierbar ist.

Du musst ja lediglich statt auf Funk z.B. auf Ultraschall setzen, schon 
ist das Vorhaben realisierbar. Wenn Du dem Lehrer erklärst, warum es in 
der ursprünglich angedachten Form nicht realisierbar ist, dann kann er 
unmöglich verlangen, dass die Aufgabenstellung in keinster Weise 
verändert werden darf.

von A. S. (Gast)


Lesenswert?

per Licht kannst Du sowas prinzipiell lösen. Da ist die Wellenlänge fast 
ein Peta-Herz.

Kilo
Mega
Giga
Tera
Peta

Zudem gibt es optisch weit besser untersuchte Mechanismen als rein 
elektrisch.

Bei Funk ist die Frequenz im Mega oder knapp einstellige Gigi-Herz
Bei DCF-77 sind es (Überraschung: 77(,5)) kHz.

Mach es mit Ultraschall, dann geht es und ist genauso schwer.

Mit 77,5kHz (=12µs) ein Signal auf 12ps genau zu synchronisieren (10^6) 
ist so, als wolltest Du Deine Schieblehre an Kilometersteinen 
ausrichten.

von Sebastian R. (sebastian_r569)


Lesenswert?

Was technisch in der Hinsicht möglich ist, zeigt das Tracking von 
aktuellen VR-Headsets und Controllern.

Ich besitze eine HTC Vive und bin immer wieder fasziniert, wie schnell 
und präzise das Tracking der Controller funktioniert.

Die Basisstationen kennen ihre Position zueinander und den Winkel, in 
dem sie befestigt sind, ohne, dass ich den Abstand oder ähnliche 
Parameter angeben musste.

Und das Tracking des Headsets funktioniert sogar mit nur einer 
Basisstation schon recht gut.

Ein bisschen Theorie:
http://vrjump.de/lighthouse-erklaert


Ansonsten wäre es vielleicht möglich, das zu trackende Objekt optisch zu 
verfolgen. Ein paar RasPis mit Kameras, dazu OpenCV und ein paar 
"Kalibrierdaten" könnten schon reichen.

von Jeffrey L. (the_dude)


Lesenswert?

Generell betrachte ich die Aufgabe als lösbar.

Man benötigt 3 analoge Empfänger die ohne Taktverzögerung einen trigger 
heraus geben, die Triggersignale kann man mit einem TDC (Time-to-Digital 
Converter) messen. Der TDC7200 von ti kann mit 55 pS auflösen, der GP30 
von acam löst mit 11pS auf - ob das genau genug ist kann ich Dir nicht 
sagen...

Dein Arduino ist dafür zu langsam, er muss ja aber auch nicht messen. 
Dein großes Problem wird aber der Messaufbau sein, das bekommt man als 
Schüler nicht hin - sorry für die Pauschalisierung!

Darüber hinaus sind solche Zählerbausteine sehr modern und kommen 
deshalb in Zeitgemäßen Bauformen daher, fraglich ob Du TSOP14 oder gar 
QFN32 verarbeiten bzw. löten und fräsen kannst....

: Bearbeitet durch User
von Rufus Τ. F. (rufus) Benutzerseite


Lesenswert?

Christian M. schrieb:
> Und der sogenannte "Lehrer"... Ach lassen wir das.

Der muss gar nicht so schlecht sein. Der pädagogische Ansatz, Schüler 
selbst herausfinden zu lassen, daß sie sich mit einem Ansatz gnadenlos 
und komplett verrannt haben, ist durchaus nicht schlecht -- von Fehlern 
lernt man schließlich am meisten.

von C. U. (chriull)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Ja, natürlich Pikosekunden

Du musst auf 0,3 mm genau messen?
Geforderte Fehler/Genauigkeit hast du uns noch nicht verraten.

> Und ich möchte betonen, dass ich mir die Aufgabe teilweise selbst
> gestellt habe. Da GPS als ortung des Senders nicht funzt, muss ich mir
> eine Alternative ausdenken und habe mich zusammen mit ein paar anderen
> Schülern für 3-Punkt-Ortung entschieden.

Man kann auch in der Schule lernen, dass man sich falsche Vorgaben 
gemacht hat und nach der Evaluierungsphase auf eine bessere, billigere, 
genauere und einfachere Möglichkeit zur Realisierung umsteigen.

> Jetzt brauch ich einfach nur etwas, womit ich die Zeiten nach dem Event
> x messen kann.

Habe kurz geschaut - der ESP32 dürfte einen 80MHz Timer haben. Damit 
wärst du schon mal im Bereich von ~4 Metern...

> Unproduktive Beiträge wie “Sicher dass du nicht Schall meinst“ oder
> “lass es lieber“ bringen mich jetzt auch nicht weiter.

Arg aufgerieben vor dem Lehrer und jetzt fehlt der Mumm 
zurückzuschwenken?
Weiterbringen können dich diese Kommentare sehr wohl - du kannst lernen 
dich in Zukunft nicht mehr in solche Situationen zu bringen (soziale 
Kompetenz erhöhen, eigene Möglichkeiten besser einschätzen)

> Also: Kennt jemand einen Chip/Modul, womit ich die Signalankunft auf
> Piko oder 10Pikosekunden genau unterscheiden/messen kann?

Ich nicht, aber beim googeln nach "ghz counter ic" kommen einige Links 
die dir ev. weiterhelfen könnten.

Beitrag #5750350 wurde vom Autor gelöscht.
von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Nochmals zu der Situation. Das Objekt wird sich bis zu 3km (Höhe) von 
den Empfängern entfernen und dannach bis zu 1km (horizontal) von den 
Stationen entfernt liegen. Zwischen Empfänger und Sender kann ein Wald 
liegen und die ganze Technik muss in 50-70ml passen (also im Sender).

Also das ist die reine Situation. Daher halte ich eine Ortung über Audio 
oder Optik für unwahrscheinlich.

von Alex G. (dragongamer)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Nochmals zu der Situation. Das Objekt wird sich bis zu 3km (Höhe) von
> den Empfängern entfernen und dannach bis zu 1km (horizontal) von den
> Stationen entfernt liegen. Zwischen Empfänger und Sender kann ein Wald
> liegen und die ganze Technik muss in 50-70ml passen (also im Sender).
>
> Also das ist die reine Situation. Daher halte ich eine Ortung über Audio
> oder Optik für unwahrscheinlich.
Bist du irre? Glaub das geht nicht mal mit Militärtechnik...

Alternative: GPS + GSM Modul in die Dose einbauen.

: Bearbeitet durch User
von Maik .. (basteling)


Lesenswert?

Das ist ein Thema, mit denen sich Heerscharen von Ingenieuren seit 
Jahren beschäftigen. Dafür wurden dann aufwändige schnelle AD 
Wandlerausteine oder FMCW-Radare mit FPGAs oder DSPs gekoppelt.

Das größte Problem ist bei dieser Anwendung, dass sich per 
Mehrwegeausbreitung die Signale überlagern. Das allererste eintreffende 
Signal kannst Du nur bei sehr hoher Bandbreite des Sendesignals von den 
Echos, die z.B. an Trapezblechwänden, Schränken und Maschinen entstehen, 
trennen. Sonst ist die Genauigkeit dahin. Anstatt FMCW Radar wird 
mittlerweile meist UWB -Technik verwendet. Da hast Du dann statt der 
knapp 50 -100MHz im ISM Band dann bis zu mehreren GHz Bandbreite. Diese 
dann aber mit sehr geringen Leistungen.

Vor 10 Jahren kostete so ein industriell hergestelltes (FMCW) System mit 
vielleicht 4 Ankern und einem Tag / Mobilteilnehmer noch um die 20.000€

Seit einger Zeit gibt es dafür fertige relativ preiswerte Chipsätze, bei 
denen das komplette Evulationskit mit mehreren Ankern um die zweihundert 
Euro kostet.

Suche mal nach der Firma Decawave,

die haben nach vielen Jahren verschobener Ankündigungen einen Chipsatz 
entwickelt.

--
habe soeben den nachtrag zur vermutlichen Drohnensteuerung gesehen.
Problematisch wird für Dich dabei die schlechte Sichtverbindung der 
Anker werden, die diese zur Synchronisation benötigen. Insbesondere wenn 
eine UWB Lösung zum Einsatz kommt. Selbst wenn Du die Dinger mit super 
Sicht auf Stative im Freifeld aufstellst wird das sehr sportlich. Andere 
System arbeiten dann z.B. mit Synchrionisation der Anker z.B. über 
Referenztaktleitungen, ob nun Glasfaserwickel bekannter Länge ...



vg

: Bearbeitet durch User
von Christian M. (Gast)


Lesenswert?

Ja genau,

Per L. schrieb:
> >=10m

kann ja auch

Per L. schrieb:
> 3km (Höhe)
> 1km (horizontal)

sein.

TROLL!

Gruss Chregu

von C. U. (chriull)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Nochmals zu der Situation.
> ...

Und was fehlt noch von der Aufgabenstellung?

> Also das ist die reine Situation.

Aber nicht spezifiziert.

> Daher halte ich eine Ortung über Audio
> oder Optik für unwahrscheinlich

Was hâltst du von einem Neuanfang? Sammelt einmal alle Vorgaben und 
macht eine ordentliche Spezifikation! Das erleichtert das finden einer 
Lösung ungemein.

> ...
> Das Objekt wird sich bis zu 3km (Höhe) von
> den Empfängern entfernen und dannach bis zu 1km (horizontal) von den
> Stationen entfernt liegen.

Und das bei Bodenstationen, die im Abstand von 10m stehen können?!

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Das Objekt wird sich bis zu 3km (Höhe)

Und 3km über dem Wald gibts kein GPS?

Und außerdem bedenke auch die gesetzliche Situation bzgl unbemannte 
Flugkörper und zulässige Flughöhen und Flug außer Sichtweite, nicht daß 
das Ärger gibt!

von Matthias S. (da_user)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Zur Synchronisation habe ich gedacht, könnte man doch dcf benutzen,
> oder?

Dazu gibt es sogar einen extra Absatz in Wikpedia:
https://de.wikipedia.org/wiki/DCF77#Genauigkeit:_Erkennung_des_Sekundenbeginns

"Mit optimierten Dekodieralgorithmen und keiner zu starken 
Bandbegrenzung im Empfangsfilter liegt die zeitliche Unsicherheit, mit 
der der exakte Beginn der amplitudenmodulierten Sekundenmarken erkannt 
werden kann, bei wenigstens etwa 100 Mikrosekunden. "

von Joachim S. (oyo)


Lesenswert?

@perjl:

Erkläre doch lieber einfach mal konkret, um was es bei diesem ominösen 
Schulprojekt eigentlich geht, und welches konkrete Problem Du dabei 
lösen musst.
Auf die Weise kann man Dir viel schneller und zielgerichteter helfen als 
mit dieser scheibchenweisen Informationspolitik.

Dass Du jetzt plötzlich anfängst von 3km Höhe, 1km Entfernung, Wald 
dazwinschen und nur 50-70ml Volumen zu sprechen, lässt mich bspw. 
vermuten, dass da eine kleine Rakete oder sowas in der Art in die Luft 
geschossen werden soll, was nicht gesteuert wird und was dann wieder 
irgendwo auf dem Boden aufschlägt?
(Und am Ende kommt dann vermutlich heraus, dass es eigentlich nur darum 
geht, dieses Flugobjekt danach wieder zu bergen ;-) )

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Das Projekt heißt CanSat (Google hilft weiter)

GPS funktioniert nicht, weil das Modul von den “Strapazen“ der 20s in 
der Rakete und den 120s etwas verwirrz ist und sich erst findet, wenns 
schon am Boden liegt.

Und ich bin kein Troll, wenn ich behaupte, dass die Bodenstationen mehr 
als 10m voneinander entfernt stehen und später angebe, dass der 
'Satellit' etwas höher und weiter fliegt.

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Joachim S. schrieb:
> @perjl:
>
> Dass Du jetzt plötzlich anfängst von 3km Höhe, 1km Entfernung, Wald
> dazwinschen und nur 50-70ml Volumen zu sprechen, lässt mich bspw.
> vermuten, dass da eine kleine Rakete oder sowas in der Art in die Luft
> geschossen werden soll, was nicht gesteuert wird und was dann wieder
> irgendwo auf dem Boden aufschlägt?
> (Und am Ende kommt dann vermutlich heraus, dass es eigentlich nur darum
> geht, dieses Flugobjekt danach wieder zu bergen ;-) )

In der Tat

Aber ich möchte das Teil nicht nur bergen (dafür würde GPS ausreichen) 
sondern während des Fluges verfolgen. Das hat bis jetzt kaum jemand 
geschafft.

von Sebastian R. (sebastian_r569)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Das hat bis jetzt kaum jemand
> geschafft.

Und hier wurden viele Gründe genannt, weshalb.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Das Objekt wird sich bis zu 3km (Höhe) von den Empfängern entfernen und
> dannach bis zu 1km (horizontal) von den Stationen entfernt liegen

Ah, ihr macht beim Cansat-Projekt mit. :-)

Vergiss die Pikosekunden. Was eher noch funktioniert, ist die Messung 
eines Phasenversatzes eines (U)HF-Signals. Allerdings wird das 
spätestens mit dem Wald dazwischen dann zu Ende sein, selbst wenn das 
bei freier Sicht noch funktioniert.

(Edit: OK, Cansat hattest du danach selbst genannt, ich hatte es noch 
aus deinen Anforderungen geraten.)

: Bearbeitet durch Moderator
von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Sebastian R. schrieb:
> Per L. schrieb:
>
> Und hier wurden viele Gründe genannt, weshalb.

Ich liebe die Herrausforderung. Darum, und weil ich gewinnen will muss 
ich es zumindest versuchen.

von Jeffrey L. (the_dude)


Lesenswert?

dann betrachte die Sache mit den TDCs mal etwas genauer..

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> GPS funktioniert nicht, weil das Modul von den “Strapazen“ der 20s in
> der Rakete und den 120s etwas verwirrz ist

Ich würde erstmal versuchen ein weniger defektes GPS-Modul kaufen das 
nicht  von den "Strapazen" verwirrz wird.

von Hans (Gast)


Lesenswert?

Dann war die erste lehrreiche Erkenntnis, dass man seine Anforderungen 
und Details gleich zu Beginn schreibt und nicht erst die Leute tagelang 
raten lässt..

von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Aber ich möchte das Teil nicht nur bergen (dafür würde GPS ausreichen)
> sondern während des Fluges verfolgen. Das hat bis jetzt kaum jemand
> geschafft.

Wie wäre es mit einem Inertial-Navigationssystem? Die bestimmen mit 
GPS+Beschleunigungssensoren ihre Position. Dann musst du die Position 
übertragen (z.B. mit einem gängigen Funkmodul) oder nachträglich aus 
Logdaten auslesen.

z.B.: https://www.vectornav.com/products/vn-200

Die sind genau und robust genug für Rennautos :-)

: Bearbeitet durch User
von Walter T. (nicolas)


Lesenswert?

Wenn es um die reine Bahn geht, sollte doch eine optische Verfolgung 
ganz gut gehen?

Den Start in die Nacht versetzen, die Empfänger in ein paar Kilometern 
Entfernung aufstellen und den Sender mit ein paar ordentlichen LEDs 
blinken lassen. Das Ganze mit jeweils einer Kamera in der 
Empfangsstation filmen.

Da sollte die Flugparabel sich am Anfang und nachdem der Motor 
verloschen ist, genau genug aufzeichnen lassen, um den Rest 
extrapolieren zu können.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Walter T. schrieb:
> Den Start in die Nacht versetzen

Den Starttermin kann er sich nicht aussuchen. ;-)

von Walter T. (nicolas)


Lesenswert?

Jörg W. schrieb:
> Den Starttermin kann er sich nicht aussuchen. ;-)

Wann ist er denn?

von A. S. (Gast)


Lesenswert?

Ist das nicht die Ureigenste Domäne der CB-Funk-Fuchsjagden?

Ich kenne das nicht, aber prinzipiell können die doch auch von 3 festen 
Punkten peilen und finden, oder?

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Walter T. schrieb:
> Jörg W. schrieb:
>> Den Starttermin kann er sich nicht aussuchen. ;-)
>
> Wann ist er denn?

Weiß ich nicht, aber ich weiß, wie Cansat funktioniert. Der Starttag 
steht damit mehr oder weniger bereits fest, die genaue Reihenfolge und 
-zeiten, wann die jeweiligen Teams starten, stehen erst kurz davor fest. 
Hängt ja u.a. auch vom Wetter ab. Ist auf jeden Fall alles am hellen 
Tag.

A. S. schrieb:
> Ist das nicht die Ureigenste Domäne der CB-Funk-Fuchsjagden?

CB und Fuchsjagd? Wäre mir neu. Amateurfunk ja, allerdings fliegen die 
Füchse da nicht durch die Gegend sondern bleiben fest auf dem Boden …

von Alex W. (a20q90)


Lesenswert?

Theoretisch würde sein Vorhaben schon gehen!

Vorschlag:

Phasenpeiler!

Dann benötigt er nur zwei Stationen und kann mittels Triangulation die 
Position des Senders ermitteln. Machen Amateurfunker schon seit Jahren.

Phasenpeiler aufzubauen ist einfach:
4 Antennen an einen 4-fach-Antennenschalter auf Diodenbasis und dann die 
Umschaltzeit als Frequenz messen. Das geht mit einem Arduino. Als 
Empfänger kann er einen DRA818U von Box73 verwenden. Dieser lässt sich 
vom Arduino aus konfigurieren.

Als Sender kann er dann einen RFM69 benutzen.

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Mhm... vielleicht hätte ich gleich lediglich die Situation und Aufgabe 
schildern sollen...

Ich entschuldige mich an dieser Stelle für meine unpräzisen Angaben 
anfangs (auch wenns schlimmer geht).

Wenn es einfacher mit 2 Punkten geht, bin ich natürlich sehr offen 
dafür.

Passt der RFM69 denn in eine Dose (mit reichlich Platz) und wie ist die 
Reichweite?

von Amateur (Gast)


Lesenswert?

Wie wäre es, wenn Du etwas ganz anderes messen würdest?

Werden die Sender sehr genau aufeinander abgestimmt, so müsste sich über 
die Empfangsfeldstärke was machen lassen.

Also Dezibellos statt Pikoflöten.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Amateur schrieb:
> Werden die Sender sehr genau aufeinander abgestimmt, so müsste sich über
> die Empfangsfeldstärke was machen lassen.

Ist extrem ungenau, zumal die RSSI-Granularität bei den meisten 
Empfängern auch nur recht grob ist.

von Skyper (Gast)


Lesenswert?

In der Elektor (Heft 9/2018) war ein Projekt wo mit Sendern/Empfängern 
(ich glaube für LoraWan 2,4GHz) sowas gemacht wurde... über die 
integrierte Ranging-Funktion konnte ein Pärchen die Laufzeit messen... 
vielleicht als Idee.

Kostet leider Geld der Artikel...
https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-59/41887

von Bernadette (Gast)


Lesenswert?

Also mit 10.000.-€ bis 20.000.-€ bist du dabei.
Die Laufzeitmessungen erfordern synchronisierte Uhren in Pico-Bereich 
und das kostet Geld.
Dann überlege mal, ob du mit drei Empfängern auskommst, das geht nämlich 
nur mit perfekter Synchronisation.
Alle Frequenzreferenzen müssen die gleiche Genauigkeit haben und bei den 
Anforderungen wird eine teure thermische Regelung erforderlich.

Mit Amateurmitteln erreichst du 10-7 (mit Ofen).
Standard ist es auf ein 10-MHz-Frequenznormal mit DCF-Anbindung 
zurückzugreifen. Dann ist bei 10-11 Schluss.
Das entspricht 10 Picosekunden.

von Alex W. (a20q90)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Skyper schrieb:
> Kostet leider Geld der Artikel...
> https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-59/41887

"Sie müssen eingeloggt sein, um diese Datei herunterzuladen."

Habe ohne Einloggen aber die Datei laden können!

von Bernadette (Gast)


Lesenswert?

Das ist doch nur die Software !

von Michael W. (dbru61)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Joachim S. schrieb:
>> @perjl:
>>
>> Dass Du jetzt plötzlich anfängst von 3km Höhe, 1km Entfernung, Wald
>> dazwinschen und nur 50-70ml Volumen zu sprechen, lässt mich bspw.
>> vermuten, dass da eine kleine Rakete oder sowas in der Art in die Luft
>> geschossen werden soll, was nicht gesteuert wird und was dann wieder
>> irgendwo auf dem Boden aufschlägt?
>> (Und am Ende kommt dann vermutlich heraus, dass es eigentlich nur darum
>> geht, dieses Flugobjekt danach wieder zu bergen ;-) )
>
> In der Tat
>
> Aber ich möchte das Teil nicht nur bergen (dafür würde GPS ausreichen)
> sondern während des Fluges verfolgen. Das hat bis jetzt kaum jemand
> geschafft.
Ok, ich versuch mal einen Ansatz:

im "Satellit" einen Sender auf 2,4 GHz oder noch besser 5Ghz, also im 
ISM-Band. Diesen Sender beim Abstieg mit drei Antennen verfolgen. Als 
Antennen preiswerte Sat-Spiegel mit Dosenerreger, als Empfänger etwas 
was den Empfangspegel auswirft. Kontinuierlich Azimuth und Elevation der 
Spiegel messen und ggf über den Empfangspegel nachführen. Während des 
Abstiegs  anhand der Winkel die Kurve und Aufschlagpunkt berechnen. Also 
sowas wie ein FL-Radar, bloss mit "aktiven" Ziel.

Viel Erfolg ;)

Grüße

Michael

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Bernhard S. schrieb:

> Ich möchte ein interstellares Raumschiff bauen. Geht das auch mit einem
> Arduino?

Nein, aber vielleicht mit einer Feuerwerksrakete?

von Walter T. (nicolas)


Lesenswert?

Bernadette schrieb:
> Also mit 10.000.-€ bis 20.000.-€ bist du dabei.

Soooo heftig ist es auch wieder nicht. Es gibt schon 
Indoor-Lokalisationssysteme, die ebenfalls mit Laufzeitunterschieden 
arbeiten und die weit unterhalb der 10k€ anzusiedeln sind:

https://www.localino.net/de/

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Womit kann ich (mit z.B. Arduino,etc.) diese Signale brauchbar messen?
> AD oder so?

Direktes messen im Bereich ps kannst du vergessen. Die Zähler würden im 
Ghz Bereich arbeiten und müssten auch noch genau sein.

Sehe aber die Chance das du auf einen Träger zwei Signale modulierst und 
den Phasenwinkel zwischen beiden misst. Das geht in Hardware oder 
Software. Über die Signalfrequenz bist du unabhängig vom Träger und 
kannst einen messtechnisch sinnvollen Bereich wählen. Das Signal ist 
dann kontinuierlich also Oversampling so viel du willst.

Da du ja zusätzlich eine Dopplerverschiebung bekommst kannst du auch die 
Beschleunigung der Rakete rausrechnen.

Das ganze hat aber einen Nachteil, ich hab mir das gerade ausgedacht und 
weiß  nicht ob es funzt. ;-)

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Bernd K. schrieb:

> Und 3km über dem Wald gibts kein GPS?

Mit Differential-GPS schafft man da auch die Genauigkeit
im Meterbereich. So arbeiten m.W. inzwischen die Vermesser.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Skyper schrieb:

> Kostet leider Geld der Artikel...
> https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-59/41887

Nicht, wenn man sich den Artikel in der nächsten Leihbücherei holt.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Noch ne Idee:

Die Rakete sendet einen unmodulierten Träger auf 443MHz aus. Der wird 
per PLL aus irgendeinem per Funk empfangbaren Zeitnormal gewonnen und 
ist deshalb phasenstarr an dieses gekoppelt.

An jeder Bodenstation erzeugst Du mit genau der selben Methode aus genau 
dem selben Zeitnormal genau den selben Träger und mischt diesen mit dem 
empfangenen Träger von der Rakete per IQ-Mischung.

Wenn die Rakete stillsteht dann zeigt Dein IQ-Vektor irgendwohin und 
bewegt sich nicht. Entfernt sich die Rakete dann dreht der Vektor sich 
links herum, die Umdrehungen zählst Du, jede volle Umdrehung sind 
ungefähr 70cm. Nähert sich die Rakete dann dreht er sich rechts herum.

: Bearbeitet durch User
von Alex D. (allu)


Lesenswert?

Bernhard S. schrieb:
> 10 Pikosekunden entsprechen 3 Millimetern. Das schafft ein Baulaser.

Zur Funktionsweise:   https://www.youtube.com/watch?v=pcw3Ue3cLUo
Kurz vor Ende des Films wird es interessant. Er erklärt wie sich ein 
Phasenverschiebung (Laufzeitunterschied) in den Millisekundenbereich 
umsetzen lässt.

von Navigator (Gast)


Lesenswert?

Was spricht gegen Trägheitsnavigation? Beschleunigung, Drehrate, 
Magnetfeld (Kompass) alle Komponenten über wenigstens drei Achsen 
Messen, dazu noch die Höhe über Drucksensor, die Geschwindigkeit über 
Staudruck und dazu GPS Stützpunke aus einem oder mehreren 10 Hz GPS 
Empfängern. Die Daten zur Bodenstation Funken und an einem Rechner 
verheiraten. Am Ende sollte eine recht genaue Position raus kommen.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Bernhard S. schrieb:
> Ich möchte ein interstellares Raumschiff bauen. Geht das auch mit
> einem Arduino?

Geht, möchtest Du mal mitfliegen? Musst aber einen eigenen Bootloader 
mitbringen.

Mal ernsthaft gefragt...das Problem ist doch wohl nur mit sehr 
aufwendiger und teurer Messtechnik lösbar, oder? Ist das überhaupt eine 
sinnvolle, also realistische bzw. praxisorientierte Aufgabenstellung?

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> nur mit sehr
> aufwendiger und teurer Messtechnik lösbar

Nicht notwendigerweise besonders teuer nur sehr aufwendig.

Weiter oben hat jemand nen Link zu nem integrierten 
Trägheitsnavigationssystem (VN-200) gepostet. Das Ding kostet 900€. Im 
Innern des Gehäuses sind 5€ GPS, 5€ Accelerometer und Gyro, 1€ 
Mikrocontroller und 889€ Hirnschmalz.

Wenn er selber schon ausreichend Hirnschmalz vorrätig hat kommt er 
vielleicht zu ner preisgünstigeren Lösung.

von Alex G. (dragongamer)


Lesenswert?

Wenn man das implementieren will, könnte man hier anfangen: 
http://cache.freescale.com/files/sensors/doc/app_note/AN3397.pdf?fsrch=1&sr=2

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Bernd K. schrieb:
> Nicht notwendigerweise besonders teuer nur sehr aufwendig.

In einer (Feststoff)Rakete? Wie viel G hat die beim Start? Kannst du da 
ohne viel Aufwand messen und speichern? Kann ich mir nicht vorstellen.

Ein Inertialsystem hat den Nachteil das alles mitgeschleppt werden muss. 
Einen Sender kannst du billig bauen, vergießen und die Antenne als Teil 
der Hülle ausformen. Am Boden kannst du mit dem Signal bis hin zur 
gemieteten  Rechnerfarm alles machen und weder die Information noch das 
Equipment geht verloren wenn ...

von A. S. (Gast)


Lesenswert?

HyperMario schrieb:
> In einer (Feststoff)Rakete? Wie viel G hat die beim Start? Kannst du da
> ohne viel Aufwand messen und speichern? Kann ich mir nicht vorstellen.

Ja. Die meisten Sensoren können 8 oder sogar 16g messen.

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Wegen der G können wir Navigation mit Gyro und Accelerometer vergessen, 
beim Start kommt nur Pfusch herraus. Das ist eine Erfahrung von mehreren 
Teams.

Genau deshalb, bin ich für was anderes.

Nicht, dass ich lieber Funk benutzen würde, aber wisst ihr, ob es einen 
Ultraschallsender gibt, der klein genug für eine Dose ist, aber genügend 
stark ist um ihn über 1000-2000m zu messen?

von Niklas Gürtler (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Wegen der G können wir Navigation mit Gyro und Accelerometer vergessen,
> beim Start kommt nur Pfusch herraus. Das ist eine Erfahrung von mehreren
> Teams

Auch mit hochqualitativen Systemen wie dem genannten VN-200? Wie gesagt 
funktioniert das selbst bei der starken Beschleunigung und Vibration in 
Elektro-Rennautos (ca 8g). Das ist ne andere Hausnummer als die ollen 
Arduino-Module. Die Teile sind unglaublich winzig, präzise... und teuer 
;-) Wichtig ist das Modul möglichst starr mit dem schwersten Teil des 
Fahrzeugs (Rahmen?) zu verbinden, weil das am Wenigsten vibriert 
(Trägheit).

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Vn200 sieht ja schön und gut aus, aber wo kann ich den kaufen? Geld ist 
“nebensächlich“.Solange unsere Dose selbst nicht über 500€ 
Materialkosten hat...

von Stefan S. (chiefeinherjar)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Vn200 sieht ja schön und gut aus, aber wo kann ich den kaufen?

https://www.vectornav.com/purchase/product/vn-200-chip

von Joachim S. (oyo)


Lesenswert?

Niklas Gürtler schrieb:
> Per L. schrieb:
>> Wegen der G können wir Navigation mit Gyro und Accelerometer vergessen,
>> beim Start kommt nur Pfusch herraus. Das ist eine Erfahrung von mehreren
>> Teams
>
> Auch mit hochqualitativen Systemen wie dem genannten VN-200? Wie gesagt
> funktioniert das selbst bei der starken Beschleunigung und Vibration in
> Elektro-Rennautos (ca 8g).

A. S. schrieb:
> HyperMario schrieb:
>> In einer (Feststoff)Rakete? Wie viel G hat die beim Start? Kannst du da
>> ohne viel Aufwand messen und speichern? Kann ich mir nicht vorstellen.
>
> Ja. Die meisten Sensoren können 8 oder sogar 16g messen.

Laut den technischen Anforderungen:
https://www.cansat.de/technische-anforderungen
muss der Satellit Beschleunigungen bis zu 20g standhalten.

In den Anforderungen steht übrigens auch, dass die Kosten für alle 
Bestandteile des Satelliten 500 Euro nicht überschreiten dürfen. Davon 
müssen nochmal 80 Euro abgezogen werden, "wenn das zur Verfügung 
gestellte CanSat-Kit verwendet wird", was die meisten Teams vermutlich 
verwenden.
Diese 500 bzw 420-Euro-Grenze gilt allerdings nur für die Flugeinheit, 
das Equipment am Boden kann offenbar beliebig teuer sein.
Dieses VN-200 für 2100$ wäre damit aber bspw. schon mal raus.

von Niklas Gürtler (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Geld ist “nebensächlich“.Solange unsere Dose selbst nicht über 500€
> Materialkosten hat...

Hmm. Vielleicht sponsorn die euch ja...

von A. S. (Gast)


Lesenswert?

Joachim S. schrieb:
> r Satellit Beschleunigungen bis zu 20g standhalten.

Auch 64g sind für Sensoren kein Problem.

Das Problem ist (für mich, parallelthread), dass die Messungen nach 
wenigen Sekunden  bei optimalen Bedingungen schon jenseits gut und böse 
liegen.

Wegen doppelter Integration.

von Christian M. (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Rakete

BTW: Es muss nicht unbedingt eine Rakete sein!

Gruss Chregu

von Bernhard S. (gmb)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Nicht, dass ich lieber Funk benutzen würde, aber wisst ihr, ob es einen
> Ultraschallsender gibt, der klein genug für eine Dose ist, aber genügend
> stark ist um ihn über 1000-2000m zu messen?

Ja wissen wir: Gibt es nicht. Physikalische Gründe sprechen dagegen, 
denn Ultraschall wird in der Luft erheblich gedämpft. Hier

http://www.sengpielaudio.com/calculator-air.htm

Gibt es einen Online-Calculator, bei 20kHz und +20°C und 50% Luftfeuchte 
hat man ein halbes dB pro Meter. Das ist zu verstehen zusätzlich zum 
1/r^2 Verhalten welches 6dB pro Entfernungsverdoppelung verursacht.

Bei 1000 Meter wären es 500 dB alleine durch die Luftdämpfung.

Übrigens ist das der Grund, warum weit reichende Schiffshörner tiefe 
Frequenzen benutzen. Die Reichweite ist dann größer.

: Bearbeitet durch User
von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Nicht, dass ich lieber Funk benutzen würde, aber wisst ihr, ob es einen
> Ultraschallsender gibt, der klein genug für eine Dose ist, aber genügend
> stark ist um ihn über 1000-2000m zu messen?

Kannst du auch vergessen, die Dämpfung der Atmosphäre ist zu hoch.

Da steckst du so viel Energie rein das du Rakete mit einer Thermokamera 
verfolgen kannst ;-).

Die Fuchsjagd der Funkamateure funzt auch nicht. Diese setzt ein 
Nachführen der Antennen während des Fluges voraus. Da wäre eine optische 
Peilung mit Kamera oder von Hand einfacher.

Du hast kaum Kohle für die Nutzlast (Wettbewerbsbeschränkung). Das Teil 
in der Dose muss also so einfach wie möglich sein. Die Bodenstationen 
haben keine Beschränkung. Die Dose fliegt auch ziemlich schnell (20g ist 
schon eine Hausnummer).

Ein Pieper wie im Sputnik, das Signal am Boden aufzeichnen und im 
Postprocess die Dopplerverschiebung auswerten wäre mein Favorit.

Das geht mit simplen Funkgeräten die müssen aber weiter auseinander 
stehen als die angesagten 10 Meter.

von A. S. (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> wisst ihr, ob es einen
> Ultraschallsender gibt

Ultraschall war gut bei 10m oder mehr

Per L. schrieb:
> Man stelle sich vor, ein gleichseitiges
> Dreieck mit a >=10m.

Es ist den Größenordnungstod gestorben bei

Per L. schrieb:
> bis zu 1km (horizontal) von den
> Stationen entfernt

Solange aber Sichtverbindung während des Falls besteht (also bis über 
ggf. Baumwipfel) und man zu dritt ist, käme man auch so auf 50m an den 
Sender heran. Da reicht dann ja schon fast eine LED oder halt wieder 
Ultraschall bzw. ein echter Piepser.

Ist Deine Aufgabe am Ende nur, einen "halben Backstein" in einem Gebiet 
von 500m Umkreis manuell zu bergen? Zu dritt ist das eine Arbeit von 
10Minuten.

von A. S. (Gast)


Lesenswert?

A. S. schrieb:
> käme man auch so auf 50m an den Sender heran

was aber aufwendig genug ist, z.B.:
1) im Dreieck ums Zielgebiet aufstellen
2) GPS-Positionen genau bestimmen
3) den jeweiligen Sektor durch 2 Landmarken genau eingrenzen
4) einen Metermaß waagerecht auf Kinnhöhe anbringen, mit den Enden 
optisch an den Landmarken
5) die 3 cm-Werte ablesen und in einer App (Excel-Tabelle) den 
Schnittpunkt als GPS-Koordinate berechnen
6) von allen 3 Seiten den Weg dahin bahnen
7) 50m vorher auf Nahnavigation umstellen

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

A. S. schrieb:
> Da reicht dann ja schon fast eine LED oder halt wieder
> Ultraschall bzw. ein echter Piepser.
>
> Ist Deine Aufgabe am Ende nur, einen "halben Backstein" in einem Gebiet
> von 500m Umkreis manuell zu bergen? Zu dritt ist das eine Arbeit von
> 10Minuten.

Verschätz Dich nicht wie schlecht ein Pieper manchmal zu hören ist. Ich 
stand schonmal fast 10 Minuten vor meinem abgestürzten Flugobjekt, bin 
mehrmals fast schon draufgetreten ohne es zu sehen (dichtes Blattwerk in 
Bodennähe), konnte es deutlich piepen hören aber die hohe Frequenz des 
Piepers nur schwer orten.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

HyperMario schrieb:
> Ein Pieper wie im Sputnik, das Signal am Boden aufzeichnen und im
> Postprocess die Dopplerverschiebung auswerten wäre mein Favorit.

Wenn er einen unmodulierten Träger direkt bis auf wenige hundert Hertz 
heruntermischt anstatt einen aufmodulierten Piepston zu nehmen wird der 
Effekt sogar noch deutlicher. Aber er muß sich dennoch ziemliche Mühe 
geben daß der Sender (und auch die Empfänger am Boden) möglichst nicht 
driften, und zwar nicht das kleinste bisschen sonst ist er ruckzuck ein 
paar Meter daneben.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

Im Elektor Märzheft ist ein "Lichtlineal" beschrieben, das Abstände bis 
2m messen kann.
https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-87/42482
https://www.elektor.de/elektor-raspberry-pi-ruler
"VL53L0X Time-of-Flight (ToF) sensor"

Die Entfernung ist für die Anwendung hier natürlich zu gering, aber die 
Präzision der Messung im Picosekundenbereich muss das Teil ja auch 
haben.

: Bearbeitet durch User
von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

https://www.elektor.de/downloads/dl/file/id/1843/18713_datasheet.pdf

Naja Fig.21 S.26 zeigt eine Streubreite von 10cm auf 2m Entfernung.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Christoph db1uq K. schrieb:
> "VL53L0X Time-of-Flight (ToF) sensor"
>
> Die Entfernung ist für die Anwendung hier natürlich zu gering, aber die
> Präzision der Messung im Picosekundenbereich muss das Teil ja auch
> haben.

Der moduliert ein Signal im 3-stelligen MHz-Bereich auf einen 
Infrarotsender und mißt die Phasenverschiebug des reflektierten Signals. 
Das alte Exemplar das ich vor Jahren mal hier hatte ging damals noch 
keine 2m, da war ab nem halben Meter Schluß und die Zahlen wurden 
jenseits des Maximum wieder kleiner, wahrscheinlich hätte sich das dann 
periodisch über mehrere Wellenlängen wiederholt wenn die Reichweite 
gereicht hätte.

"Time of Flight" ist übrigens ein selten dämlicher Name für sowas. Der 
sich das ausgedacht hat gehört 8-kantig gefeuert. Wahrscheinlich eine 
bildungsferne Marketingkrawatte. Den Ingenieuren die an diesem Produkt 
arbeiten rollt es wahrscheinlich jedesmal die Zehennnägel nach oben wenn 
sie diesen peinlichen Begriff hören müssen.

von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> die Ankunft eines Funksignals an 3
> Antennenstation mit mindestens 10m Abstand zueinander messen,
> um die Differenzen zu berechnen.
> Man stelle sich vor, ein gleichseitiges
> Dreieck mit a >=10m. Resultat soll 3 Werte mit 0s und 2
> Verzögerungswerte dazu sein.


und dann steht der Sender in der Mitte :-)

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

● J-A V. schrieb:
>
> und dann steht der Sender in der Mitte :-)
>
Selbstverständlich nicht.  Im Besten Fall (wortwörtlich), immer mind. 
50m entfernt

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Bernd K. schrieb:
> Wenn er einen unmodulierten Träger direkt bis auf wenige hundert Hertz
> heruntermischt anstatt einen aufmodulierten Piepston zu nehmen wird der
> Effekt sogar noch deutlicher.

Frage aus dem Tal der Ahnungslosen: Den Träger muss er doch senden, wie 
soll er den dann heruntermischen?

> Aber er muß sich dennoch ziemliche Mühe
> geben daß der Sender (und auch die Empfänger am Boden) möglichst nicht
> driften, und zwar nicht das kleinste bisschen sonst ist er ruckzuck ein
> paar Meter daneben.

Das kann man ja mit GPS in Richtung Nanosekunden syncen

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

Niklas Gürtler schrieb:
> Per L. schrieb:
>> Wegen der G können wir Navigation mit Gyro und Accelerometer vergessen,
>> beim Start kommt nur Pfusch herraus. Das ist eine Erfahrung von mehreren
>> Teams
>
> Auch mit hochqualitativen Systemen wie dem genannten VN-200? Wie gesagt
> funktioniert das selbst bei der starken Beschleunigung und Vibration in
> Elektro-Rennautos (ca 8g). Das ist ne andere Hausnummer als die ollen
> Arduino-Module. Die Teile sind unglaublich winzig, präzise... und teuer
> ;-) Wichtig ist das Modul möglichst starr mit dem schwersten Teil des
> Fahrzeugs (Rahmen?) zu verbinden, weil das am Wenigsten vibriert
> (Trägheit).

Soweit ich weiß, verlaufen sich selbst die 100k€ Inertialmesssysteme 
sehr schnell, wenn sie nicht ständig per GPS nachgestellt werden. Das 
liegt einfach daran, dass man um von Beschleunigung auf Position zu 
kommen zweimal integrieren muss, und dadurch jeder Fehler extrem schnell 
explodiert.

Veranschaulichendes Beispiel: wenn die z-Achse deines Sensors um 0.001° 
gegen die "unten"-Richtung verdreht ist, und der Sensor nur still auf 
dem Tisch liegt, bist du nach einer Stunde um über einen Kilometer zur 
Seite gedriftet.

: Bearbeitet durch User
von Niklas Gürtler (Gast)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> Soweit ich weiß, verlaufen sich selbst die 100k€ Inertialmesssysteme
> sehr schnell, wenn sie nicht ständig per GPS nachgestellt werden

Ja und deswegen haben diese Teile 1-2 GPS Module integriert mit welchen 
die Position ständig nachgeführt wird.

von Henrik V. (henrik_v)


Lesenswert?

Bernd K. schrieb:
> Noch ne Idee:
>
> Die Rakete sendet einen unmodulierten Träger auf 443MHz aus. Der wird
> per PLL aus irgendeinem per Funk empfangbaren Zeitnormal gewonnen und
> ist deshalb phasenstarr an dieses gekoppelt.
>
> An jeder Bodenstation erzeugst Du mit genau der selben Methode aus genau
> dem selben Zeitnormal genau den selben Träger und mischt diesen mit dem
> empfangenen Träger von der Rakete per IQ-Mischung.
>
> Wenn die Rakete stillsteht dann zeigt Dein IQ-Vektor irgendwohin und
> bewegt sich nicht. Entfernt sich die Rakete dann dreht der Vektor sich
> links herum, die Umdrehungen zählst Du, jede volle Umdrehung sind
> ungefähr 70cm. Nähert sich die Rakete dann dreht er sich rechts herum.

Der Ansatz gefällt mir.
Wie lange fliegt die Dose?
Die drei (oder mehr) Empfangsstationen zu synchronisieren ist ja nicht 
das Problem (GPS oder vor dem Start auf den modulierten Sender).

Aber wie baut man einen Sender der bei 80-200m/s² nicht wegläuft?
Quarz? Hohlraumresonator?

Naja zum Testen auf einen Shaker und gib ihm.

Oder reicht es evtl. wenn mann ein moduliertes Signal mit mehr als drei 
Stationen empfängt?

Reichen evtl ein paar RTL-Sticks und ein zweiter (stabiler) stationärer 
Sender mit ein paar kHz Ablage?

Oder die Dose empfängt bei (?) 880MHz und teilt runter und sendet bei 
440MHz. Dann hat man sogar den doppelten Doppler :D Und den Sync-Sender 
für die Empfänger.

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

> Wenn die Rakete stillsteht dann zeigt Dein IQ-Vektor irgendwohin und
> bewegt sich nicht. Entfernt sich die Rakete dann dreht der Vektor sich
> links herum, die Umdrehungen zählst Du, jede volle Umdrehung sind
> ungefähr 70cm. Nähert sich die Rakete dann dreht er sich rechts herum.

Das Problem dabei ist wieder dass du integrierst, zwar nur einmal, aber 
man müsste trotzdem mal abschätzen ob man mit bezahlbarer Genauigkeit 
(sagen wir Oszillatoren auf 10^-8 synchron) die nötigen Specs erreichst. 
Ich glaube nicht.

Das mit dem synchronisieren des Trägers funktioniert natürlich nicht, 
weil der auch dopplerverschoben ist.

: Bearbeitet durch User
von Dieter F. (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Ich muss für ein Schulprojekt

Per L. schrieb:
> Und ich möchte betonen, dass ich mir die Aufgabe teilweise selbst
> gestellt habe.

Per L. schrieb:
> Ich liebe die Herrausforderung. Darum, und weil ich gewinnen will muss
> ich es zumindest versuchen.

Und jetzt wartest Du hier (und in anderen Foren ?) auf die Lösung. 
Hinweise hast Du eigentlich ausreichend bekommen - denke ich - also mach 
einfach mal. Außerdem könnt ihr euch die "Nebenaufgabe" doch selbst 
aussuchen - warum nicht etwas, was ihr leisten könnt?

Wenn ich immer nur "ich" lese und ein Team dahinter sehe (soll wohl so 
sein), dann ist das für mich etwas befremdlich.

von abc.def (Gast)


Lesenswert?

ganzwasanderes:

ich gehe davon aus, daß relative Entfernungsmessung ausreicht. Die 
absolute Messung erfolgt vor dem Start mit dem Bandmaß. Die Messung 
braucht nur 30min stabil zu sein, und vor dem Start kann möglicherweise 
auch mit Kabel synchronisiert werden. Auf jeden Fall ist man sicher, daß 
vor dem Start die Geschwindigkeit 0 ist.

Sender: zB 433MHz, CW. Eventuell temperaturstabilisierter oder geheizter 
Quarz. Sonst recht einfach gebaut.

Empfänger: Antenne, dann aufgeteilt in Zweig X und Y
X: Mischer mit 433MHz (alle 433MHz empfangsseitig vom gleichen 
Oszillator, der sollte möglichst genau an den Sender angeglichen sein 
und auch gut stabilisiert. Verteilung des Signals an alle Empfänger über 
Kabel)
Danach erhälst Du ein Signal X schätzungsweise 0-1kHz.
Y: Mischer mit 433MHz und 90Grad Phasenverschoben (Laufzeit, stück 
längere Leitung)
X und Y Signale an ADC (eventuell kann das ein Arduino machen. Da dieser 
die beiden Signale nicht absolut gleichzeitig samplen kann, beidesmal 
S&H vorschalten) Dann weiter im PC. Ich weiß nicht, ob man die Daten so 
schnell in den PC übertragen kann, oder zwischenspeichern. Vielleicht 
ist der Ard. damit überfordert, aber sollte kein Problem sein, was 
anderes an der Stelle zu finden. 2-Kanal ADC mit 1kHz könnte sogar 
Soundkarte sein aber !!Bitte nicht!!
Im PC denkst Du Dir die X-Y Ebene, da wird jeder Meßwert X und Y 
aufgezeichnet. Wenn sich nun der Sender entfernt, wird der Punkt 
(Vektor) eine Kreisbahn beschreiben. Radius (Länge) entspricht der 
Signalqualität. Der Winkel (in Radiant!!) (und Länge auf 1 gesetzt!) 
multipliziert mit Wellenlänge (von den 433MHz) ist die Entfernung, das 
heißt Rotationsgeschwindigkeit ist die Entfernungsgeschwindigkeit. 
Rückwärts-Rotation ist Annäherung (beim Absturz, Köpfe einziehen).
Jetzt brauchst Du 3 derartige Empfänger. Sie sollten so weit wie möglich 
auseinander stehen. Denke Dir eine Kugel, r=1km (Entfernung des 
Senders), sie liegt auf 3 Punkten (Empfänger). Bei 10m Abstand der 3 
Punkte liegt die Kugel recht wackelig. 100m sind besser (noch mit 
Kabelverbindung machbar). Weil der Sender nach "schräg vorne" fliegt, 
muß ein Punkt "schräg hinten oben" sein, so daß die gedachte Kugel nicht 
zu wacklig liegt. 100m über Grund ist kaum machbar, vielleicht reicht 
ein Antennenmast 10m auch aus, um die Höhe erfaßbar zu machen. 
Reflexionen bedenken, diese ergeben einen zusätzlich addierten Vektor, 
der mit anderem Winkel rotiert. Kritisch scheint da die Antenne hoch 
über Grund; evtl Richtantenne oder Abschirmung nach Grund.
Für die Mathematik im 3-Dimensionalen braucht euer Team einen 
Einser-Kandidaten in Mathe, ich bin dazu nicht geeignet. Messung der 
Antennenabstände und Winkel zueinander am Startplatz mit Bandmaß und 
dann in den LAptop.
Dann Vorversuche mit Ultraschall, das Prinzip ist genauso, aber dann mit 
einem 20MHz Oszilloskop sichtbar. Das gibt Erfahrungen, ist schnell und 
billig aufzubauen und euer Informatiker kann mit den Ergebnissen seine 
Software quälen. (wichtig: im Team parallel arbeiten).


An alle Forentrolle: Man braucht keinen THz-Zähler und kein 100000Euro 
Oszilloskop. Aber auch keinen Rekord in wer-hat-die-schnellste-Antwort.
Damit ist dem TO nicht geholfen. Aber ich gebe zu, ich habe auch keine 
Analyse dazu erstellt. Bitte Details selbst nachrechnen.

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

Das funktioniert nicht. Wenn die Oszillatoren im Bereich von 10^-8 
herumdriften, laufen sie in 1 h um sqrt(3600)*10^-8 = 6e-7 = 600 ns = 
180 Meter rms auseinander.

von Henrik V. (henrik_v)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
>> Wenn die Rakete stillsteht dann zeigt Dein IQ-Vektor irgendwohin und
>> bewegt sich nicht. Entfernt sich die Rakete dann dreht der Vektor sich
>> links herum, die Umdrehungen zählst Du, jede volle Umdrehung sind
>> ungefähr 70cm. Nähert sich die Rakete dann dreht er sich rechts herum.
>
> Das Problem dabei ist wieder dass du integrierst, zwar nur einmal, aber
> man müsste trotzdem mal abschätzen ob man mit bezahlbarer Genauigkeit
> (sagen wir Oszillatoren auf 10^-8 synchron) die nötigen Specs erreichst.
> Ich glaube nicht.

Da wird keine Geschwindigkeit integriert, sondern Anzahl der 
Wellenlängen gezählt. Großer Unterschied.

>
> Das mit dem synchronisieren des Trägers funktioniert natürlich nicht,
> weil der auch dopplerverschoben ist.

Wenn der Standort des Sync-Senders bekannt ist, KEIN Problem. Nur etwas 
Mathe :)

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

Henrik V. schrieb:
> Sven B. schrieb:
>>> Wenn die Rakete stillsteht dann zeigt Dein IQ-Vektor irgendwohin und
>>> bewegt sich nicht. Entfernt sich die Rakete dann dreht der Vektor sich
>>> links herum, die Umdrehungen zählst Du, jede volle Umdrehung sind
>>> ungefähr 70cm. Nähert sich die Rakete dann dreht er sich rechts herum.
>>
>> Das Problem dabei ist wieder dass du integrierst, zwar nur einmal, aber
>> man müsste trotzdem mal abschätzen ob man mit bezahlbarer Genauigkeit
>> (sagen wir Oszillatoren auf 10^-8 synchron) die nötigen Specs erreichst.
>> Ich glaube nicht.
>
> Da wird keine Geschwindigkeit integriert, sondern Anzahl der
> Wellenlängen gezählt. Großer Unterschied.

Nein, das ist genau dasselbe nur aus unterschiedlichem Blickwinkel. Ob 
du Nulldurchgänge zählst oder Frequenzdifferenzen (die ja proportional 
zur Geschwindigkeit sind) misst bleibt sich genau gleich. Du kannst das 
eine ja ganz einfach in das andere umrechnen.

: Bearbeitet durch User
von Henrik V. (henrik_v)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> Du kannst das
> eine ja ganz einfach in das andere umrechnen.

Genau :) Aber wenn ich die Geschwindigkeit mit Fehler messe bekomme ich 
einen integralen Fehler.. schlecht.
Wenn ich Nullduchgänge (Phasenlange) messe bleibt mein Fehler je nach 
Auswertemethode und Randbedingungen bei +- 1 bis <1/100'stel der 
Wellenlänge :)
(BTDT HeNe-Laser Heterodyne 40MHz)

: Bearbeitet durch User
von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

Henrik V. schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> Du kannst das
>> eine ja ganz einfach in das andere umrechnen.

> Wenn ich Nullduchgänge (Phasenlange) messe bleibt mein Fehler je nach
> Auswertemethode und Randbedingungen bei +- 1 bis 1/100'stel der
> Wellenlänge :)

Na, wenn die Grundschwingungen phasensynchron sind. Sind sie hier ja 
aber nicht. Dann ist das Problem doch genau dasselbe ...?

von Henrik V. (henrik_v)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> Na, wenn die Grundschwingungen phasensynchron sind. Sind sie hier ja
> aber nicht. Dann ist das Problem doch genau dasselbe ...?

In der Dose sitzt ein Empfänger und ein Sender. Sync durch einen 
stationären Sender mit doppelter Frequenz, oder in der Dose wird ein 
Träger empfangen und je ein Träger +- ein paar kHz zurückgesendet.
Wie schon geschrieben, wenn der Senderstandort bekannt ist, ist der Rest 
Mathe. Und man verdoppelt grob die Auflösung, da doppelter 
Dopplereffekt.

Die Physik stimmt. In der Praxis ist  CW Senden und Empfangen bei 
400-900MHz bei den kleinen Leistungen auch keine Raketentechnik.

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

Henrik V. schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> Na, wenn die Grundschwingungen phasensynchron sind. Sind sie hier ja
>> aber nicht. Dann ist das Problem doch genau dasselbe ...?
>
> In der Dose sitzt ein Empfänger und ein Sender. Sync durch einen
> stationären Sender mit doppelter Frequenz, oder in der Dose wird ein
> Träger empfangen und je ein Träger +- ein paar kHz zurückgesendet.

Das geht doch aber nicht. Der Träger wird genauso dopllerverschoben wie 
das Signal.

von dl1hwo (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Nun habe ich schon recherchiert und nichts gefunden. Also die Frage:
>
> Womit kann ich (mit z.B. Arduino,etc.) diese Signale brauchbar messen?
> AD oder so?
>
> Ich habe bereits Erfahrungen mit Programmierung in C++ und Python, aber
> da ist mein ABC zu Ende.
>
> Vielen Dank

Ganz ehrlich? Erst mit "dicken Eiern" beim Lehrer vorsprechen und 
Systemgrenzen angeben, die so trival nicht zu beherrschen sind und dann 
soll das Forum auch noch deine selbst eingebrockten Hausaufgaben machen?


Mach man schön selbst, vielleicht lernst Du daraus auch noch etwas.
Als Lehrer würde ich Dich auch erstmal zappeln lassen und sagen, mach 
mal Jung.

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

dl1hwo schrieb:
>
> Ganz ehrlich? Erst mit "dicken Eiern" beim Lehrer vorsprechen und
> Systemgrenzen angeben, die so trival nicht zu beherrschen sind und dann
> soll das Forum auch noch deine selbst eingebrockten Hausaufgaben machen?
>
>
> Mach man schön selbst, vielleicht lernst Du daraus auch noch etwas.
> Als Lehrer würde ich Dich auch erstmal zappeln lassen und sagen, mach
> mal Jung.

1. Sind meine Lehrer nicht so
2. Hat sich das Team zusammen gesetzt und sich dafür entschieden, das 
auszuprobieren
3. Haben mich (ich bin im Teil für soetwas zuständig) die Betreuer (ich 
bevorzuge diesen Begriff) auf die Komplexität hingewiesen, halten es 
aber für realistisch.
4. Da die Betreuer aus einem Doktor der Physik und einem wandelnden 
Lexikon rund um MCs und Physik sind, vertraue ich darauf, dass sie uns 
nicht (so) einfach ins Messer laufen lassen. Es sind keine “simplen“ 
Lehrer die nur auf Lehramt studiert haben und Wetbewerbe nett finden.

Ich möchte außerdem keine fertige Formeln. Ich arbeite parallel zu 
dieser Diskussion an Recherchen und Tests. Bis jetzt ohne Erfolg.

Aber es ist ja noch kein Meister vom Himmel gefallen und daher lege ich 
sehr viel Wert auf die Ideen des Forums

von abc.def (Gast)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> 180 Meter rms auseinander.

irgendeinen Tod muß man sterben. Bei Funk geht's nicht anders. 
Vielleicht ist es nicht zufällig sondern voraussehbar. Dann kann man 
rausrechnen. Es gibt nunmal Artefakte, und damit muß man klarkommen. 
(oder?? Mit Aufgeben und Bedenkenträger wird nix)

Zu meinem Beitrag von oben:
Könnte sein, daß Du mit einem 4. Empfänger die Unsicherheiten im 
Oszillator herausrechnen kannst. Bsp GPS, das ist genauso aber 
umgekehrt: Da müssen 4 Satelliten sichtbar sein, die Satelliten sind mit 
Atomuhren genau synchron. Das hast Du nicht, nimm ein Kabel zwischen 
deinen Empfängern. Der GPS Empfänger kommt mit einem billigheimer Quarz 
aus. Die Sender haben Zeitmarken im Signal, und verschiedene (?) 
Frequenzen. Das ist recht sportlich. Dafür hast Du das Bandmaß am 
Startplatz, das hat mein GPS-Empfänger nicht.

Nocheineandereidee:

Suche dir 2 (zulässige) Frequenzen [F1,F2], die um ungradzahlige Teiler 
auseinander liegen. Sende F1 über stationären Oszillator in CW zu deinem 
UFO. Dort umsetzen (Mischer) mit lokalem Oszillator auf F2 und zurück 
senden. Am Boden genau so umsetzen (baugleicher Mischer+Oszillator) und 
wie oben beschrieben in den Empfängern auf 0 runtermischen und 
auswerten. Ich denke, da kürzt sich der mitfliegende Oszillator heraus 
und du brauchst nicht so extrem auf dessen Stabilität zu achten. Aber du 
hast dann RX und TX auf deinem UFO, das ist sportlich im Empfänger.

Wenn nicht so geht: Frequenz nicht mit Oszillator mischen zum Umsetzen, 
sondern PLL und Zähler verwenden ( ich rede von <=433MHz, sollte also 
machbar sein). Baugleich am Boden. Dann hast Du nicht mal einen 
Referenz-Oszillator mitfliegen. Und am Boden gibt es nur 1 Oszillator.

Wenn es nicht geht: Das UFO rein passiv als Retroreflektor. Mit 3 (oder 
4) Bodenstationen auf verschiedenen Frequenzen beleuchten, in den 
Bodenstationen Sende und Reflex-Signal mischen und die Wellenlängen 
auszählen. Stichwort Doppler-Radar? Aber nicht Mikrowelle sondern 
"machbare" Frequenzen. Ob rein passiv in Eure Ausschreibungsbedingungen 
paßt, weiß ich nicht.

von abc.def (Gast)


Lesenswert?

> dl1hwo schrieb:
>>
>> Ganz ehrlich? Erst mit "dicken Eiern"

Als Funker solltest Du doch wissen: Im Leben ist vieles Experimentiell 
und Hobby. Man lernt nur dazu, wenn man es selbst durchzieht. Auch der 
Mißerfolg ist ein Erfolg (beim Lernen). Oder lötest Du nichts und drehst 
nur am Yaesu herum?

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

abc.def schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> 180 Meter rms auseinander.
>
> irgendeinen Tod muß man sterben. Bei Funk geht's nicht anders.
> Vielleicht ist es nicht zufällig sondern voraussehbar. Dann kann man
> rausrechnen. Es gibt nunmal Artefakte, und damit muß man klarkommen.
> (oder?? Mit Aufgeben und Bedenkenträger wird nix)

Klar, aber blind drauf los basteln ohne grob abzuschätzen was rauskommen 
könnte wird halt auch nichts. Und Positionsbestimmung mit EM braucht 
halt stabile Oszillatoren, sonst wird das nichts, und die kriegt man 
eher nicht für 500 Euro. Bei den GPS-Satelliten ist nicht zum Spaß in 
jedem eine Atomuhr. Rauschen kann man nicht rausrechnen. Wenn das ginge, 
gäbe es für 3 Euro entsprechend stabile Oszillatoren zu kaufen.

Die Situation bei diesem Projekt ist halt dass das Problem extrem 
bekannt und extrem gut untersucht ist, weil es super viele Leute 
interessiert. Da es keine einzige (zumindest mir) bekannte Lösung dafür 
gibt, für wenig Geld Objekte im Kilometerabstand auf irgendwelche 
Zentimeter oder Meter mit EM zu vermessen, wird es vermutlich einfach 
nicht gehen.

Der einzige Trick der mir in der vorliegenden Situation einfällt, wäre 
die Bodenstationen per Kabel zu synchronisieren. Dann sind eigentlich 
alle teuren Komponenten weg. Die Komplexität bleibt aber, im Endeffekt 
musst du GPS nachbauen. Was nicht gerade die einfachste Technologie ist.

@TO: Du musst die Trollbeiträge ignorieren und dich an der Diskussion 
beteiligen, wenn du es umgekehrt machst (was du tust), werden es nur 
immer mehr Trollbeiträge.

: Bearbeitet durch User
von Jan G. (dm3jan)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Also zuallererst:
> Ich habe ein Sender (Dosengröße) und 3 Biodenstationen. Bodenstationen
> sollen für Ankunft des Signals X Zeiten liefern.

Ein Team aus Dresden hat das umgekehrt (CanSat als Empfänger) 2017 im 
Wettbewerb probiert.

(https://positune.space/cansat-2017/)


Vlt. kannst Du dich mit denen ja Abseits der Trolle hier einmal 
austauschen ;)

von Henrik V. (henrik_v)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> Das geht doch aber nicht. Der Träger wird genauso dopllerverschoben wie
> das Signal.

Geht doch, eben doppelt so gut.

Syncsender -> Ufo -> Empfänger

Genau diese Streckensumme kann aus der Phasenmessung gewonnen werden.
Die Positionen des Syncsenders und der Empfänger ist bekannt, das Ufo 
befindet sich irgendwo auf der Hüllfläche eines Ellipsoiden.

Wie in der Schule Ellipsen an die Tafel malen mit Bindfaden, jetzt mit 
drei Bindfäden durch einem Schlüsselring im Raum.
(Fliegt die Rakete (Ufo) genau auf der Geraden zwischen Syncsender und 
Empfänger, denkt dieser Empfänger die Rakete steht noch :> . Gilt auch 
für die Ellipse, aber dann trift er den Empfänger nicht.  Diesen Fall 
hattest Du wohl als dauernd gegeben gesehen, der ist aber die Ausnahme 
und immer nur für einen Empfänger möglich)

Wenn der Syncträger im UFO mit z.B. 32kHz 200% AM moduliert wird, d.h. 
nur die Seitenbänder werden ausgesendet, (dazu sucht man sich am besten 
einen Funkamateur, der einen dabei unterstützt), dann reichen als 
Empfänger die billigen RTL-SDR Sticks und etwas GNUradio zur 
Demodulation und Phasenmessung.
Die besch... Frequenzstabilität des Sticks ist egal, da ich den 
Syncsender gleichzeitig sample und demoduliere. Schwankungen der 32kHz 
sind  auch egal, da beide Seitenbänder gesendet werden.

NTP über Wifi sollte wohl 1 ms sync schaffen sonst eben Kabel, bei Mach 
3 (nicht den Rasierer, ca. 1000m/s ) plus eine Wellenlänge (eher 
weniger) macht grob geschätzt ein U von 2m pro Strecke es kommen noch 
ein paar ggf instabile Gruppenlaufzeiten dazu, noch mehr dann im Raum...
je nach Geometrie.

Wenn Ihr als Schüler soetwas aufbaut und die Physik dahinter verstanden 
habt, Hut ab. Meldet Euch bei mir, ich hätte da eine paar Praktika, 
Werkstudentenpositionen etc. :) ich hab schon fertig Studierte erlebt, 
die dazu nicht in der Lage sind.

Gruß Henrik

: Bearbeitet durch User
von Ernstl (Gast)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> braucht halt stabile Oszillatoren,

Andererseits: Der Flug dauert ja nur ein paar Sekunden. Und vorher hat 
man jede Menge Zeit, Sender und Empfänger aufeinander einzustimmen, 
sprich eine Phasendrift bei stehendem Gerät zu ermitteln.

Bleibt noch die Frage, ob die starke Beschleunigung den Oszillator 
beeinflusst, eventuell wäre hier ein rein elektrischer Oszillator, also 
kein Schwingquarz, besser.

von Henrik V. (henrik_v)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> Die Situation bei diesem Projekt ist halt dass das Problem extrem
> bekannt und extrem gut untersucht ist, weil es super viele Leute
> interessiert. Da es keine einzige (zumindest mir) bekannte Lösung dafür
> gibt, für wenig Geld Objekte im Kilometerabstand auf irgendwelche
> Zentimeter oder Meter mit EM zu vermessen, wird es vermutlich einfach
> nicht gehen.

Svenni:

Klar, nur auf bekannte Lösungen setzen, kann ein sicherer Weg sein. 
Deshalb wird er von Controllern und Menschen, die in der Materie 
unsicher sind auch gerne (und völligzu recht!) beschritten. Schnell eine 
bekannte Menge Cash draufschmeissen und gut ist.

Mit dieser Einstellung kommt man aber nur endlich weiter und findet 
keine neuen Lösungen/Wege.


/Obiwanmodus
Die Physik ist stark und überall.
Vertraue auf die Physik.
/Obiwanmodus

Also :

>Da es keine einzige (zumindest mir) bekannte Lösung dafür gibt...

oder

>wird es vermutlich einfach nicht gehen.

sind keine Gründe warum es nicht gehen kann.
Selbst Erfahrung der alten Hasen zählt im negativen Fall nicht, man kann 
auch 20 Jahre lang etwas falsch machen.

Gruß Henrik

von Henrik V. (henrik_v)


Lesenswert?

Ernstl schrieb:
> Bleibt noch die Frage, ob die starke Beschleunigung den Oszillator
> beeinflusst, eventuell wäre hier ein rein elektrischer Oszillator, also
> kein Schwingquarz, besser.

Wenn`s noch keiner Gemacht hat, könnte ich mal einen XX MHz Oszillator 
(diese Blechkisten mit Quarz drin) auf einen Shaker schnallen (in xyz) 
und mal messen.

...so irgendwann im laufe dieses oder des nächsten Jahres..

würde mich aber wundern, wenn da in den letzten 70a nix zu publiziert 
worden ist.

Ein elektrischer Schwingkeis aus Spule und Kondensator wird eher noch 
empfindlicher sein. Wie weiter oben schon erwähnt: Hohlraumresonator.
Da ist es dann die Temperatur.

Oder eben die Referenz am Boden lassen.

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

Henrik V. schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> Das geht doch aber nicht. Der Träger wird genauso dopllerverschoben wie
>> das Signal.
>
> Geht doch, eben doppelt so gut.

Ok, hast recht, du baust quasi einen aktiven Reflektor auf. Das könnte 
gehen.

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

Henrik V. schrieb:
> sind keine Gründe warum es nicht gehen kann.
> Selbst Erfahrung der alten Hasen zählt im negativen Fall nicht, man kann
> auch 20 Jahre lang etwas falsch machen.

https://xkcd.com/675/

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Henrik V. schrieb:
> Oder eben die Referenz am Boden lassen

Hab früher mit einem System gearbeitet das ähnlich funktioniert hat. Im 
Radarbereich mit Referenzstationen, allerdings mit Laufzeitmessung. Da 
gab es Sende- und Empfangsfrequenz weil die sich sonst gestört haben.

Think simple, ein System das sendet und empfängt wird nicht einfacher.
Den Doppler zu messen kann man mit einem Auto oder einer Drohne, 
Bahnänderungen in jeder Kurve. Das wäre dann die Machbarkeitsstudie.


Daß in den letzten Jahrhunderten niemand versucht hat eine Cola Dose in 
1km Höhe zu orten mag ja richtig sein, würde mich aber nicht davon 
abhalten. Im Gegenteil ;-).

von Ernstl (Gast)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> https://xkcd.com/675/

Nur dass "alte Hasen" eben keine Wissenschaftler sind.

Im Flugmodellbau hat man anfangs nur Sperrholz und Kiefer verwendet. Die 
"alten Hasen" haben über Balsa die Schnuppernasen gerümpft, viel zu 
unstabil das Zeug. Man hat ja seine Erfahrungen.

von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

Sven B. schrieb:
> Dann sind eigentlich alle teuren Komponenten weg. Die Komplexität bleibt
> aber, im Endeffekt musst du GPS nachbauen. Was nicht gerade die
> einfachste Technologie ist.

Im Gegensatz zu GNSS braucht man sich um die relativistischen Effekte 
nicht zu kümmern, kann die "Satelliten" fest aufstellen und hat keine 
Signalausbreitung in einer inhomogenen Ionosphäre.
Das macht vieles einfacher.

von Purzel H. (hacky)


Lesenswert?

Ohne jetzt alles gelesen zu haben, scheint es mit moeglich. Es ist 
standard 10MHz clocks synchron laufen zu lassen. Stichwort GPSDO. Bei 
10MHz ist die Wellenlaenge 30m. Auf jedem der Basisstationen laesst man 
nun einen Zufallszahlenfolgen decoder auf einer hoeheren harmonischen 
laufen und empfaengt die Zufallsfolge des Flugkoerpers. Daraus kann man 
die Phasenverschiebung messen. Ohne Picosekunden.

Ist allerdings sehr weit von einem Schulprojekt entfernt.

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Also nehmen wir mal an, ich baue 3 (oder 2/4/5/...) Stationen mit einem 
Mindestabstand von 250m auf und lasse das Programm zum Messen nach 
Aktivierung über gleich lange Kabel starten. Dann müsste es doch 
eigentlich klappen, oder?

Bei dem Signal x wird die Zeit seit der Aktivierung gestoppt und 
zurückgestellt, anschließend an den Server (ja, wir haben einen Server 
als Bodenstation) übermittelt. Dass vorgehen müsste doch auch mit 
Arduinos ohne zusätzliche Timer funktionieren, oder?

von Sven B. (scummos)


Lesenswert?

Wolfgang schrieb:
> Sven B. schrieb:
>> Dann sind eigentlich alle teuren Komponenten weg. Die Komplexität bleibt
>> aber, im Endeffekt musst du GPS nachbauen. Was nicht gerade die
>> einfachste Technologie ist.
>
> Im Gegensatz zu GNSS braucht man sich um die relativistischen Effekte
> nicht zu kümmern

Brauchst du bei GPS auch nicht, das ist eine verbreitete Fehlannahme. 
Der Effekt ist bemerkbar, aber nicht soo schlimm.

> Signalausbreitung in einer inhomogenen Ionosphäre.

Darum kümmert sich GPS ohne Korrekturdaten ja auch nicht.

> Es ist
> standard 10MHz clocks synchron laufen zu lassen. Stichwort GPSDO.

Ja toll, dann kannst du auch gleich GPS nehmen.

> und lasse das Programm zum Messen nach
> Aktivierung über gleich lange Kabel starten. Dann müsste es doch
> eigentlich klappen, oder?

Auf dem Niveau wird das nix. Allermindestens musst du irgendwas 
programmieren was mit einem sehr schnellen Timer das Event in Hardware 
captured. Mit der Arduino-IDE 5 Zeilen C zusammenkleben, die in Software 
nach einem Muster suchen, und dann die Systemzeit per WLAN verschicken 
... das kannst du vergessen.

: Bearbeitet durch User
von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Also nehmen wir mal an, ich baue 3 (oder 2/4/5/...) Stationen mit einem
> Mindestabstand von 250m auf und lasse das Programm zum Messen nach
> Aktivierung über gleich lange Kabel starten. Dann müsste es doch
> eigentlich klappen, oder?

Als erstes (dachte das sei klar) nimmst Du keine Timer sondern misst 
Dopplerverschiebungen von hohen Frequenzen durch Mischen mit festen 
Referenzfrequenzen, Frequenzen mit Wellenlängen im Meterbereich oder 
darunter.

Wenn Du dann an allen Empfängern das rohe I/Q-Signal das direkt aus dem 
Mischer rauskommt so gut wie möglich mit ADC sampelst und wegspeicherst 
kannst Du nachher im Postprocessing am PC in aller Seelenruhe 
analysieren, plotten filtern, zwei Tage drüber meditieren, den oben 
genannten Doktor hinzuziehen, Offsets schätzen oder ermitteln und 
rausrechnen, Drift ermitteln und rausrechnen, noch zwei Nächte drüber 
schlafen, die Algorithmen angesichts der realen Daten noch weiter 
verfeinern oder alles über den Haufen werfen und nochmal ganz frisch 
rangehen und am Schluß kann man vielleicht aus den aufgezeichneten Daten 
wieder eine wunderschöne Flugbahn rekonstruieren.

Echtzeit würd ich mir erst mal abschminken. Ich würd so gut und genau 
wie möglich aufzeichnen was aufzuzeichnen geht und dann erst mal sehen 
was Du dann überhaupt für Geschütze auffahren mußt um aus den 
verrauschten oder fehlerbehafteten Daten was brauchbares rauszuziehen. 
Nach der zweiten oder dritten Rakete wenn Du weiß wie verdreckt die 
Daten wirklich sind und wie man die trotzdem richtig auswertet hast Du 
dann vielleicht was das tatsächlich live in Farbe und 3d die Bahn 
automatisch verfolgen kann.

: Bearbeitet durch User
von Mischer (Gast)


Lesenswert?

Wenn man die empfangenen HF-Signale heruntermischt, bleiben die 
Phasenbeziehungen erhalten. Im Klartext bedeutet dies, dass wenn ich 
100MHz auf 1KHz heruntermische sich die zu messenden 
Laufzeitunterschiede um den Faktor 100000 erhöhen. Das kann man dann 
ganz bequem mit dem Arduino messen.

Auf diese Weise arbeiten übrigens auch die Laser-Entfernungsmesser. ein 
µC misst dann die Phasendifferenz.

von Mischer (Gast)


Lesenswert?

Nachtrag: Es ist bei obiger Betrachtung allerdings zu beachten, dass 
Mehrdeutigkeiten (vielfaches von 360 Grad Phasenverschiebung) auftreten. 
Das ist vor allem dann relevant, wenn man so riesige Distanzunterschiede 
misst. Man kann diese Mehrdeutigkeiten mit einer zusätzlichen GPS 
Ortsinformation herausrechnen.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Mischer schrieb:
> Nachtrag: Es ist bei obiger Betrachtung allerdings zu beachten, dass
> Mehrdeutigkeiten (vielfaches von 360 Grad Phasenverschiebung) auftreten.

Deshalb muß er kontinuierlich aufzeichnen und hinterher im 
Postprocessing zuhause am PC die Perioden zählen, wenn er ganz auf 0Hz 
runtermischt und nen Quadraturmischer nimmt und nen 2-Kanal ADC muss er 
nur die Umdrehungen des IO-Vektors zählen.

Wenn er auf 100Hz runtermischt reicht ein einfacher Mischer und dann 
muss er es halt rechnerisch mit einem konstanten 100Hz Sinus/Cosinus auf 
0 runtermischen (oder wenn er feststellt daß es gedriftet ist dann halt 
mit einem 99.98Hz, so lange dran schrauben bis es plausibel wird und 
dann über den Verlauf des Fluges die verschobenen Perioden zählen, 
vorwärts und rückwärts.

: Bearbeitet durch User
von A. S. (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> GPS funktioniert nicht, weil das Modul von den “Strapazen“ der 20s in
> der Rakete und den 120s etwas verwirrz ist und sich erst findet, wenns
> schon am Boden liegt.

Warum geht GPS eigentlich nicht?

Während der Zündung könnte es ja aus bleiben. Und wieder ein bei 5s 
<<1g.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


Lesenswert?

A. S. schrieb:
> Warum geht GPS eigentlich nicht?

M.W. wird die Nutzung von GPS bei hohen Geschwindigkeiten und in großen
Höhen von den Amis aktiv unterbunden, um zu verhindern, dass der Feind
es in seinen eigenen Raketen einsetzt. Ob auch eine nur 3000m hoch
fliegende CanSat-Rakete davon betroffen ist, kann ich nicht sagen.


Ein anderer Punkt, den ich als große Herausforderung sehe:

Wie soll eigentlich die Höhe der Rakete bestimmt werden? Über die
Laufzeitdifferenzen bzw. Phasenverschiebungen des Funksignals an den
stationären Empfängern geht das ja nur extrem ungenau, selbst dann, wenn
man die Differenzen auf den Millimeter genau bestimmen kann, was auch
schon sehr sportlich ist.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Yalu X. schrieb:
> Ob auch eine nur 3000m hoch
> fliegende CanSat-Rakete davon betroffen ist, kann ich nicht sagen.

Nein, allerdings haben Ballonmissionen (Wetterballon aufsteigen lassen, 
bis er platzt) damit hin und wieder Probleme. Die erreichen aber ganz 
ordentliche Höhen.

Unterbunden wird das natürlich sowieso nur in den Empfängern, also 
theoretisch könnte man die Signale auch selbst auswerten und damit diese 
Beschränkung umgehen.

von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

Yalu X. schrieb:
> M.W. wird die Nutzung von GPS bei hohen Geschwindigkeiten und in großen
> Höhen von den Amis aktiv unterbunden, um zu verhindern, dass der Feind
> es in seinen eigenen Raketen einsetzt.

Wenn du Exportbeschränkungen als "aktives Unterbinden" bezeichnest, hast 
du Recht.

Das CoCom (Coordinating Committee for Multilateral Export Controls) hat 
exakt Grenzen festgelegt (Geschwindigkeit größer 1000 Knoten und Höhe 
größer 60000 Fuß) und beziehen sich auf die Empfänger.
Falls der Hersteller des Empfängers die Regulierung dem Wortlaut 
entsprechend implementiert hat, liefert der GPS-Empfänger also durchaus 
ein Fix, wenn er nur die Geschwindigkeitsgrenze oder nur die Höhengrenze 
überschreitet.
Je nach GPS sind die Grenzen aber z.T. als "Oder" implementiert - also 
Augen auf beim Empfängerkauf.

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Die Höhe wird das System via barometrischer livedaten vom Satellit 
berechnen.

von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Die Höhe wird das System via barometrischer livedaten vom Satellit
> berechnen.

Erklär mal, was "barometrischer livedaten vom Satellit" sind  >:\

von abc.def (Gast)


Lesenswert?

Nach meiner Einschätzung kann man die 3d Bahnkurve ausrechnen, wenn man 
4 Basisstationen mit Entfernungen hat. Die 3d Koordinaten von 
Basisstationen und Startpunkt müssen bekannt sein, auf den Zentimeter 
genau. (10cm bei 100m entspricht 5m bei 5km und nur durch das Vermessen) 
Und das UFO, wenn es hinunterblickt, muß die Basisstationen in möglichst 
großem Raumwinkel stehen sehen. Da reichen 3 Basisstationen, aber weil 
sich der Blick ändert (oben, Landepunkt) werden 4 gebraucht. 4 auch, um 
die Phasendrift herausrechnen zu können.
1. Ihr habt nur 1 Rakete, das muß dann klappen
2. Versuche machen, viele. Stationen auf dem Stoppelfeld aufbauen und 
die Dose mit dem Fahrrad umherfahren. Unter/auf einer Brücke die 
Höhenmessung testen (dann sind es nur 30 statt 3000 Meter, aber besser 
so wie nix.
3. Die Auswertung muß auf dem Laptop gleich da sein. Nach hause fahren, 
wird nix. Der Laptop rechnet schnell genug. Problem sind die Formeln 
aufstellen und (vorher) testen.
4. barometrische Höhe ist vielleicht gar nicht für euch? Das ist die 
Kontrolle, ob eure Messung irgendwie passen könnte.

99. Wahrscheinlich mußt Du eine End-Auswertung schreiben, die dann 
veröffentlicht wird. Kannst Du dann bitte einen Link dazu hier in den 
thread einstellen? Wir interessieren uns dafür, wie das Spiel 
ausgegangen ist.
Viel Glück! Es ist zu schaffen. Aber es gibt auch Chancen, zu scheitern. 
50:50. Wäre es nicht zu schaffen, würde das Bundesfroschministerium 
nicht für die Rakete zahlen, und das DLR das nicht durchführen. Die 
wissen, was sie tun.

von Linuxschlau (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> 4. Da die Betreuer aus einem Doktor der Physik und einem wandelnden
> Lexikon rund um MCs und Physik sind, vertraue ich darauf, dass sie uns
> nicht (so) einfach ins Messer laufen lassen. Es sind keine “simplen“
> Lehrer die nur auf Lehramt studiert haben und Wetbewerbe nett finden.

Das sind nur Theoretiker! Die haben von Praxis keine Ahnung!

Theoretisch kann man zum steuern einer Raumsonde auch ein Arduino 
nehmen. Sind halt aber nicht gehärtet gegen Strahlung.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Linuxschlau schrieb:
> Theoretisch kann man zum steuern einer Raumsonde auch ein Arduino
> nehmen. Sind halt aber nicht gehärtet gegen Strahlung.

Der alte AVR mit seinen vergleichsweise klobigen Strukturen wird aber 
wahrscheinlich länger durchhalten als ein moderner ARM von heute.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

abc.def schrieb:

> Die 3d Koordinaten von
> Basisstationen und Startpunkt müssen bekannt sein, auf den Zentimeter
> genau.

Ich glaube, das geht schon mit GPS, wenn man darauf achtet,
die Standortmessung genau zum gleichen Zeitpunkt zu machen.

von Tim (Gast)


Lesenswert?

Linuxschlau schrieb:
> Per L. schrieb:
>> 4. Da die Betreuer aus einem Doktor der Physik und einem wandelnden
>> Lexikon rund um MCs und Physik sind, vertraue ich darauf, dass sie uns
>> nicht (so) einfach ins Messer laufen lassen. Es sind keine “simplen“
>> Lehrer die nur auf Lehramt studiert haben und Wetbewerbe nett finden.
>
> Das sind nur Theoretiker! Die haben von Praxis keine Ahnung!

Richtig! Und haben Sie es (auch mit Dr.-Titel) doch nur in den 
Schulbetrieb geschafft.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Linuxschlau schrieb:

> Theoretisch kann man zum steuern einer Raumsonde auch ein Arduino
> nehmen.

Sicherlich geht das auch mit einer Z1 von Zuse, wenn die Sonde
gross genug ist.

von Per L. (perjl)


Lesenswert?

Barometer -> misst Lüftdruck (Höhe) -> sendet live an Bodenstation -> 
Bodenstation berechnet Höhe in Metern

Noch Fragen?

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Wolfgang schrieb:
> Per L. schrieb:
>> Die Höhe wird das System via barometrischer livedaten vom Satellit
>> berechnen.
>
> Erklär mal, was "barometrischer livedaten vom Satellit" sind  >:\

Im Cansat-Jargon heißt diese "Coladose" dann "Satellit".

von my2ct (Gast)


Lesenswert?

Mischer schrieb:
> Im Klartext bedeutet dies, dass wenn ich
> 100MHz auf 1KHz heruntermische sich die zu messenden
> Laufzeitunterschiede um den Faktor 100000 erhöhen.

Wenn du dir keine gewaltige Raum-Zeit-Verschiebung einhandeln willst, 
wirst du wohl damit leben müssen, dass die Laufzeitunterschiede in 
Luft/Vakuum nicht von der Frequenz abhängig sind.

von Linuxschlau (Gast)


Lesenswert?

my2ct schrieb:
> Mischer schrieb:
> Im Klartext bedeutet dies, dass wenn ich
> 100MHz auf 1KHz heruntermische sich die zu messenden
> Laufzeitunterschiede um den Faktor 100000 erhöhen.
>
> Wenn du dir keine gewaltige Raum-Zeit-Verschiebung einhandeln willst,
> wirst du wohl damit leben müssen, dass die Laufzeitunterschiede in
> Luft/Vakuum nicht von der Frequenz abhängig sind.

Blödsinn! Genau das macht man bei Laser-Entfernungsmesser!

von my2ct (Gast)


Lesenswert?

Linuxschlau schrieb:
> Blödsinn! Genau das macht man bei Laser-Entfernungsmesser!

Die Laufzeit hängt von der Entfernung und der Lichtgeschwindigkeit ab. 
Da ändert auch ein Mischer nichts dran.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

my2ct schrieb:
> Mischer schrieb:
>> Im Klartext bedeutet dies, dass wenn ich
>> 100MHz auf 1KHz heruntermische sich die zu messenden
>> Laufzeitunterschiede um den Faktor 100000 erhöhen.
>
> Wenn du dir keine gewaltige Raum-Zeit-Verschiebung einhandeln willst,
> wirst du wohl damit leben müssen, dass die Laufzeitunterschiede in
> Luft/Vakuum nicht von der Frequenz abhängig sind.

Er meint die Auswirkung derselben. Die Frequenzänderung (prozentual) des 
heruntergemischten Signals ist dann um das 100000-fache höher.

aus 100000010 Hz vs. 100000000 Hz (0.1 pro Million) wird dann zum 
Beispiel 1010 Hz vs. 1000 Hz (ein fettes Prozent) und das ist 
messtechnisch um den Faktor 100000 einfacher zu handhaben und rückt 
damit sogar in die Arduino-Liga.

von Mischer (Gast)


Lesenswert?

my2ct schrieb:
> Mischer schrieb:
>> Im Klartext bedeutet dies, dass wenn ich
>> 100MHz auf 1KHz heruntermische sich die zu messenden
>> Laufzeitunterschiede um den Faktor 100000 erhöhen.
>
> Wenn du dir keine gewaltige Raum-Zeit-Verschiebung einhandeln willst,
> wirst du wohl damit leben müssen, dass die Laufzeitunterschiede in
> Luft/Vakuum nicht von der Frequenz abhängig sind.

Die Phasenbeziehung bleibt nach dem Mischen erhalten. Stell dir vor du 
hast zwei 100MHz Signale die um 30 Grad phasenverschoben sind. Nun 
mischt du diese beiden Signale auf 1KHz herunter. Nun wirst du 
feststellen, dass diese 1KHz Signale immer noch um 30 Grad 
phasenverschoben sind! Der Witz an der Sache ist nun, dass 30 Grad bei 
100MHz etwa 0,8ns entsprechen (kann der Arduino nicht messen). Bei 1KHz 
sind das aber nun 83 Mikrosekunden (Das kann der Arduino messen).

Allerdings ist die Analogtechnik dann natürlich durchaus anspruchsvoll 
(Jitter muss niedrig sein).

von my2ct (Gast)


Lesenswert?

Phasenverschiebung ist was anderes als Laufzeitdifferenz

von abc.def (Gast)


Lesenswert?

Nun habe ich endlich mal die cansat.de Ausschreibungsbedingungen 
durchgesehen. Da geht es nur noch um einen barometrischen Datenlogger? 
Die ganzen Funkpeilungen mit Wellenlängen habe ich da nicht mehr gesehen 
oder bloß falsch gelesen? Wofür sind dann die "Messungen auf 
Pikosekunden" verwendet?
P.S. Das US-amerikanische cansat-Projekt ist für Uni-Studenten und damit 
einen Zacken schärfer. Das deutsche ist für 'Highschool'

von Linuxschlau (Gast)


Lesenswert?

abc.def schrieb:
> Das US-amerikanische cansat-Projekt ist für Uni-Studenten und damit
> einen Zacken schärfer. Das deutsche ist für 'Highschool'

Deutsche "Highschool" ist äquivalent mit amerikanischen "Uni".

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

abc.def schrieb:
> Da geht es nur noch um einen barometrischen Datenlogger?

Das ist die Minimalanforderung, die jeder erfüllen muss.

Zusätzlich stellt sich jedes Team einer selbst gewählten Aufgabe. Gerade 
das macht ja am Ende den Reiz des Wettbewerbs aus. Nach dem, was sich 
die Teams dort aussuchen, entscheidet sich am Ende, wer am zentralen 
Ausscheid teilnehmen kann.

Dass nicht immer jedes dieser Ziele erreicht wird, ist natürlich auch 
klar. Der Anspruch, den sich die Teams stellen, darf also schon so sein, 
dass nicht von vornherein alles zu 1000 % sicher ist. Also bisschen was 
von Forschergeist ist da durchaus erwünscht.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

my2ct schrieb:
> Phasenverschiebung ist was anderes als Laufzeitdifferenz

In dem Zusammenhang um den es hier geht ist das ein und das selbe. Die 
Laufzeitdifferenz äußert sich nämlich als Phasenverschiebung. Bei 443MHz 
entsprechen 70 Zentimeter 360°. Je höher die Frequenz desto mehr 
Phasenverschiebung bei der selben Laufzeitdifferenz. Und man mißt nicht 
den irrsinnig kurzen Zeitunterschied (weil das überhaupt nicht 
praktikabel ist) sondern man mißt die Phasenverschiebung die damit 
einhergeht, wenn man nämlich die hohe Frequenz runtersetzt auf ne 
niedrige handhabbare Frequenz von ein paar hundert Hertz dann kann man 
dort die Phasenverschiebung sogar mit nem normalen µC völlig bequem und 
sehr genau messen.

Das "reduziert" dann das ganze Problem darauf daß man sich überlegen muß 
wo man die Referenz herbekommt mit der man das Empfangssignal 
runtermischt, bzw woher der Sender in der Dose überhaupt seine 
Sendefrequenz mit bekannter Phasenbeziehung zur Referenz am Boden 
herbekommt.

Früher hätte man einfach eine Atomuhr in die Dose gebaut um die Frequenz 
zu erzeugen und am Boden eine ebensolche. Für den 3 km / 5 Minuten 
Dosenflug gibts vielleicht auch ne einfachere Lösung. Und wenn man 
dieses winzige Problemchen gelöst hat ist der Rest nur noch Pillepalle 
und ein bisschen Mathematik.

: Bearbeitet durch User
von RadarDok (Gast)


Lesenswert?

Im Grunde wurde die Grundidee der besten und günstigsten (bezogen auf 
die fliegende Dose) Realisierung bereits genannt, aber mit 
schwachsinniger Umsetzung.
Viel besser ist eine "passive" Dose, die als Target für ein harmonisches 
Radar funktioniert. Man braucht praktisch nur eine Antenne und Diode und 
fertig. Über den empfangenen Doppler aus verschiedenen Ansichten ist das 
ganze dann in 3D rekonstruierbar.

von RadarDok (Gast)


Lesenswert?

Und das Problem vom stabilen Phasenbeziehungen zwischen Basestation und 
Flugobjekt hat man auch nicht, kann also die hier vorgeschlagene 
Phasenauswertung ebenso machen. Dann kann man Position und 
Geschwindigkeit estimieren und per Kalman fusionieren, sodass auch kein 
explodierender Fehler durch dauerhafte Integration auftritt.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

Idee:

Man könnte am Boden 3 Sender aufstellen die je einen Dauerträger auf 3 
leicht unterschiedlichen Frequenzen senden: f, f+100Hz, f+200Hz. Alle 3 
Frequenzen werden vom selben Frequenznormal abgeleitet und stehen in 
fester Beziehung zueinander, am Boden müsste das ohne größere Probleme 
machbar sein.

In der Dose befindet soich ein relativ simpel gestrickter Transponder 
der dieses Frequenzgemisch direkt so wie es ist auf ein ganz anderes 
Frequenzband umsetzt und wieder abstrahlt. Am Boden sitzt ein Empfänger 
der das empfängt und runtersetzt auf sagen wir mal ungefähr 100Hz, 200Hz 
und 300Hz. Das geht an den ADC und ab da übernimmt dann die Mathematik.

Weder der Transponder in der Dose noch der Empfänger am Boden müssen 
dazu in irgendeiner Weise besonders genau oder driftfrei sein, 
Hauptsache sie eiern nicht gerade hunderte von Hertz in der Gegend rum. 
Das einzige was wirklich genau sein muß sind unsere 3 Sender, aber die 
sind ortsfest und da kann man sich eine Lösung einfallen lassen die alle 
mit dem selben Frequenznormal zu versorgen.

von RadarDok (Gast)


Lesenswert?

Bernd K. schrieb:
>
> In der Dose befindet soich ein relativ simpel gestrickter Transponder
> der dieses Frequenzgemisch direkt so wie es ist auf ein ganz anderes
> Frequenzband umsetzt und wieder abstrahlt.

Siehe oben, mit harmonischem Radar extrem günstig umsetzbar.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

RadarDok schrieb:
> Man braucht praktisch nur eine Antenne und Diode und
> fertig.

Aber mit welcher brachialen Leistung willst Du die anstrahlen daß da 
nach 3km Entfernung hin und nochmal 3 zurück noch was messbares zum 
Boden zurückkommt? Da müssen die sich ein paar lizensierte Funkamateure 
ins Boot holen die auch ein bisschen Dampf auf die Antenne machen dürfen 
damit das legal bleibt, mit ein paar dutzend Milliwatt in irgend nem 
ISM-Band wird das nichts.

von my2ct (Gast)


Lesenswert?

Bernd K. schrieb:
> Früher hätte man einfach eine Atomuhr in die Dose gebaut um die Frequenz
> zu erzeugen und am Boden eine ebensolche.

Schon bei der Konzeption des GPS hat man erkannt, dass eine Atomuhr im 
Empfänger wegen des Aufwandes eine üble Systemeinschränkung wäre.
Statt dessen hat man lieber eine etwas dichter besetzte 
Satellitenkonstellation gewählt, so dass der Nutzer mit ausreichender 
Sicherheit einen Satelliten mehr sieht, als für die reine 
Positionsbestimmung nötig wäre. Damit kann man sich die Atomuhr im 
Empfänger sparen und die Zeit, genauso wie die Position, anhand der 
Laufzeitdifferenzen ausrechnen. Die absolute Laufzeit ist dann 
belanglos.

von RadarDok (Gast)


Lesenswert?

Hast du es mal ausgerechnet?
Ich habe es noch nicht gemacht muss ich gestehen, aber das sollen mal 
lieber die Jungs machen, die sich nachher ggf mit den Federn schmücken 
wollen ;)

Und je nachdem was die Rechnung so ergibt, kann man ja die Diode 
notfalls noch biasen um die Effizienz zu erhöhen oder gar einen 
schmalbandigen Verstärker mit an Board nehmen, was die ganzen 
Insektentracker ja nicht machen können. Alternativ kann man auch an der 
Bodenstation extrem gute und günstige Empfänger mit Sat-LNBs aufbauen. 
Hier muss dann ggf die Auswertung in Echtzeit passieren und nachgeführt 
werden.

von Bernd K. (prof7bit)


Lesenswert?

RadarDok schrieb:
> Hast du es mal ausgerechnet?
> Ich habe es noch nicht gemacht muss ich gestehen

Dann schätzen Sie, Spock!

von Uwe D. (monkye)


Lesenswert?

RadarDok schrieb:
>
> Und je nachdem was die Rechnung so ergibt, kann man ja die Diode
> notfalls noch biasen um die Effizienz zu erhöhen oder gar einen
> schmalbandigen Verstärker mit an Board nehmen, was die ganzen
> Insektentracker ja nicht machen können. Alternativ kann man auch an der
> Bodenstation extrem gute und günstige Empfänger mit Sat-LNBs aufbauen.
> Hier muss dann ggf die Auswertung in Echtzeit passieren und nachgeführt
> werden.

Das dauert, auch wenn es „fertige“ Lösungen bei den FPV-Racern gibt. Die 
Reichweite ist für >500m fragwürdig - für die eingeschränkte Reichweite 
ist das harmonische Radar ja bekannt. Und Reichweite kostet Geld. Und 
wieviel Leistung darf man gleich noch mal „leuchten“ lassen?

Das gleiche Thema entsteht bei optischen Lösungen auch, wenn die 
Sendeleistung zu gering ist. Zudem ist die Atmosphäre ein wichtiger 
Faktor.

Den Laufzeitbasierten Ansatz mit 3/4 Bodenstationen, verbunden mit 
gleichlangen Kabeln, finde ich als aussichtsreicher umzusetzen.... Die 
Tipps zu den Bau-Lasern sind ein guter Ansatz für die 
Laufzeitdifferenzen.

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Per L. schrieb:
> Barometer -> misst Lüftdruck (Höhe) -> sendet live an Bodenstation
> ->
> Bodenstation berechnet Höhe in Metern
>
> Noch Fragen?

Ziemlich viele, hier nur die erste. Die Kiste fliegt ja mit einer 
unbekannten Beschleunigung/Geschwindigkeit durch die Luft . Wie und mit 
welchem Sensor willst du da "Luftdruck" messen?

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

RadarDok schrieb:
> Siehe oben, mit harmonischem Radar extrem günstig umsetzbar.

Das Verfahren ist Temperaturempfindlich, wir haben damals ca. alle 2 
Stunden an einem Referenzpunkt abgeglichen.

> Aber mit welcher brachialen Leistung willst Du die anstrahlen daß da
> nach 3km Entfernung hin und nochmal 3 zurück noch was messbares zum
> Boden zurückkommt?

Vor allem mit welcher Frequenz? Eine Coaldose kannst du ja nicht mal 
Profiequipment sehen, egal wie viel Leistung du auf die Antenne brätst.

von Wolfgang (Gast)


Lesenswert?

HyperMario schrieb:
> Wie und mit welchem Sensor willst du da "Luftdruck" messen?

Indem du den Port für die Messung an eine Stelle legst, an der durch die 
aerodynamischen Effekte der Druck durch die Geschwindigkeit nicht 
beeinflusst wird, so wie z.B. beim Prandtl-Rohr die seitlichen 
Öffnungen.

von Praktiker (Gast)


Lesenswert?

HyperMario schrieb:
> Wie und mit
> welchem Sensor willst du da "Luftdruck" messen?

So wie es bei jedem Flugzeug auf dieser Welt, egal ob klein oder groß, 
für den (mechanischen) Höhenmesser gemacht wird.

von RadarDok (Gast)


Lesenswert?

Uwe D. schrieb:
> Das dauert, auch wenn es „fertige“ Lösungen bei den FPV-Racern gibt. Die
> Reichweite ist für >500m fragwürdig - für die eingeschränkte Reichweite
> ist das harmonische Radar ja bekannt. Und Reichweite kostet Geld. Und
> wieviel Leistung darf man gleich noch mal „leuchten“ lassen?

Naja, einzig die Mechanik könnte da hilfreich sein. Ansonsten, wer die 
Lokalisation hinprogrammiert bekommt, macht die Trackingsteuerung mit 
links.

Leistungsproblematik erübrigt sich wenn man den Verstärker in der Dose 
verbaut.

HyperMario schrieb:
> Das Verfahren ist Temperaturempfindlich, wir haben damals ca. alle 2
> Stunden an einem Referenzpunkt abgeglichen.

Was genau soll temperaturempfindlich sein?

HyperMario schrieb:
> Vor allem mit welcher Frequenz? Eine Coaldose kannst du ja nicht mal
> Profiequipment sehen, egal wie viel Leistung du auf die Antenne brätst.

Irgendein Wort fehlt. Falls es "mit" ist, warum soll man die nicht sehen 
können? Vorallem wenn man abgestimmte Antennen hat.

von Horst (Gast)


Lesenswert?

Ich konnte jetzt nicht alles hier lesen (zu viel "geht nicht! gibts 
nicht!")

Ein IPS (Indoor Positioning System) als DIY und open source gibt es 
bereits:

https://www.instructables.com/id/Localino-Open-Source-Indoor-Location-System-Arduin/

von VS (Gast)


Lesenswert?

Ohne das alles gelesen zu haben ein möglicher Chip, der für genau diese 
Anwendungen geschffen ist, wäre der DW1000 von DecaWave. Arbeitet mit 
UWB und kann IIRC auf ~10 ps auflösen.

von Uwe D. (monkye)


Lesenswert?

Ja, die Module sind auch bezahlbar (ca. 30€). Allerdings ist hier immer 
„nur“ der Nahbereich im Fokus, nie Distanzen >>100m und großen 
Geschwindigkeiten.
Aber es wäre ein überschaubares Invest, auch wenn es nicht geht...

Gute Tipps.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Uwe D. schrieb:
> Allerdings ist hier immer „nur“ der Nahbereich im Fokus, nie Distanzen
> >>100m

Das ist auch logisch.

UWB ist ein „Frequenzbesen“, ein extrem breitbandiger Störer. Daher wird 
das nur mit vernachlässigbaren Sendeleistungen rechtlich toleriert, denn 
ansonsten würde man ganze Land-, ähem Frequenzstriche damit unbrauchbar 
machen.

von Ralf (Gast)


Lesenswert?

Für diesen Outdoor-Anwendungsfall könnten die relativ neuen GPS-RTK 
Empfänger von u-blox namens ZED-F9P tauglich sein. Das Modul lässt sich 
als Empfänger oder als Referenzstation zur Erzeugung von Korrekturdaten 
einstellen. Zwischen Referenzstation und mobilen Empfänger braucht man 
dann nur noch eine Funkübertragung 1:1 der bereitgestellten 
Korrekturdaten und damit hat man Navigation im cm-Bereich.
Das Modul kostet zwar um die 150€ pro Stück, ist aber gemessen an 
bisherigen GPS-RTK-Lösungen SEHR günstig.

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Ralf schrieb:
> relativ neuen GPS-RTK Empfänger von ...

Was darauf hinaus läuft daß die Rakete 1 x pro Sekunde Korrekturdaten 
bekommst. Die sind in X/Y relativ genau, Z Richtung aber nicht.
Wenn du dann beim Start eh keine Position hast sind die Daten auch wenig 
sinnvoll.

Wenn du die Position in Echtzeit habe willst muss das ganze auch wieder 
zur Bodenstation gefunkt werden.

-

Meiner unwissenden Meinung nach ist ne Bake an Bord die einfachste 
Lösung. Die kann dann angepeilt werden und evtl der Dopplershift genutzt 
werden.

Mal ne Frage an die Funker hier.
Angenommen man peilt die Rakete an. Mittels rotierenden Antennen mit 
starker Richtwirkung.

Je Peilstation eine Antenne vertikal und eine horizontal rotierend. Max 
RSSI zu Antennenwinkel wäre dann der Peilwinkel zur Rakete.

Kann man mit X/Y rotierenden Antennen 3D Peilen?

Was wenn die bake in der Rakete abwechselnd vertikal und horizontal 
polarisiert sendet und die Empfänger entsprechend filtern. Ist das 
sinnvoll?

von Uhu U. (uhu)


Lesenswert?

HyperMario schrieb:
> Was darauf hinaus läuft daß die Rakete 1 x pro Sekunde Korrekturdaten
> bekommst.

Diese GPS-Chips können auch schneller - das ist nur eine Frage der 
Einstellung.

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Uhu U. schrieb:
> Diese GPS-Chips können auch schneller - das ist nur eine Frage der
> Einstellung.

Das meinte ich nicht, es reicht theoretisch sogar die Korrekturdaten nur 
kurz vor dem Start zu übertragen. So schnell ändern sich die 
Laufzeitbedingungen nicht.

Danach hast du die gleichen Probleme wie weiter oben angesprochen, nur 
halt etwas genauer ;-) . GPS hat eine update rate von 1Hz. Alles andere 
wird irgendwo mit RTK oder sonstwie gekoppelt.

von Uhu U. (uhu)


Lesenswert?

HyperMario schrieb:
> GPS hat eine update rate von 1Hz.

Der NEO-7M von u-blox schafft maximal 10 hz

von Linuxschlau (Gast)


Lesenswert?

Uhu U. schrieb:
> HyperMario schrieb:
> GPS hat eine update rate von 1Hz.
>
> Der NEO-7M von u-blox schafft maximal 10 hz

Sowas wollen Kritiker doch gar nicht lesen ;-)

von HyperMario (Gast)


Lesenswert?

Linuxschlau schrieb:
>> Der NEO-7M von u-blox schafft maximal 10 hz
>
> Sowas wollen Kritiker doch gar nicht lesen ;-)

Also ich lese so etwas gerne, wer will schon blöd bleiben?

Das ist imo aber kein Widerspruch. Die Updaterate  kommt ja nicht aus 
dem  GPS Protokoll sondern über andere Messungen (RTK Trägerphase ...) .

Der -7M macht eh nur 4G funzt also nicht.

von Uhu U. (uhu)


Lesenswert?

HyperMario schrieb:
> nur 4G

???

von Mikrowilli (Gast)


Lesenswert?

Schon die Verbindung zwischen der schnell rotierenden Antenne und dem 
Empfänger ist nicht trivial (Drehkupplung). Einfacher zu lösen wäre 
sicherlich die gezielte Nachführung einer Anordnung aus vier 
Einzelantennen anhand der gewonnenen Peilinformation (Radiotheodolit, 
siehe beispielsweise hier: 
https://www.vaisala.com/de/products/instruments-sensors-and-other-measurement-devices/soundings-products/rt20a 
). Auch hier ist die Mechanik bei entsprechender Genauigkeit alles 
andere als trivial.

Statt vier Einzelantennen könnte auch eine Einzelantenne mit konusförmig 
rotierendem Richtiagramm verwendet werden, wie beispielsweise im 
historischen "Würzburg"-Radar geschehen.

Zuvor sollte man sich einmal grundsätzliche Gedanken über die 
Peilgenauigkeit machen: bei 0.5 Grad Richtungsauflösung (das ist schon 
verdammt gut) beträgt der Positionsfehler knapp 10 EXP-2 (d.h. 
2xPI/360), also etwa 1cm pro Meter Entfernung oder 30m auf 3km; sind 
damit die gestellten Anforderungen zu erfüllen? (in der Praxis wird die 
Genauigkeit eines mit Amateurmitteln erstellten Systems um den Faktor 
2..4 geringer ausfallen).

Genauer wäre eine optische Peilung möglich (z.B. Optik mit rotierender 
Blende und Photomiultiplier samt entsprechender Auswertung und 
Nachführung), aber das setzt voraus, daß der Kontrast zwischen 
"Satellit" und Hintergrund hoch genug für die Diskriminierung ist; mit 
einer Leuchtkugel wäre das vermutlich machbar.

von Mikrowilli (Gast)


Lesenswert?

In die Formel hat sich ein Fehler eingeschlichen: Es muß bei 0.5 Grad 
Peilgenauigkeit natürlich heißen: 2xPI/720 .

Beitrag #6513710 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6513765 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #6513767 wurde von einem Moderator gelöscht.
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.