Indoor Positionsbestimmung

Hallo,

Ich habe mir als Bachelorarbeit die Aufgabe ausgesucht, eine Indoor Positionsbestimmung für Quadrocopter zu entwickeln (in der Bachelorarbeit erstmal eine Machbarkeitsstudie und Grundlagen, in den darauf folgenden Monaten dann die eigentliche Entwicklung). Die Idee ist mit Hilfe mehrerer Funk-Baken bekannter Position und einem Empfänger dessen Position zu ermitteln.
Um das Problem zu vereinfachen wird zuerst eine 1D Entfernungsmessung betrachtet. Da ich auf diesem Gebiet noch nicht so viel Erfahung sammeln konnte nun eine Frage der Machbarkeit an euch:

Meine Überlegung:
Zwei Sender S1 und S2 senden synchron eine bekannte Zahlenreihe (Zahlen werden hochgezählt) Der Empänger E empfängt beide Signale und bestimmt die Differenz der beiden empfangenen Zahlen woraus dann die Differenz der Abstände (E S2 - E S1) errechnet werden kann.

Ist so ein System generell denkbar? Ich habe mir überlegt das ganze mit Bluetooth zu realisieren. Kann man beide Sender überhaupt soweit synchronisieren, dass sie zeitgleich das gleiche Zeichen senden?


Über eure Kommentare/Vorschläge wäre ich euch dankbar

Also eine Art Indoor-GPS...

Stellt sich die Frage, wie man die Syncron bekommt.
Mir schwirrt da die Idee im Geist, jedem Sender eine Funkuhr zu verpassen und
das Signal (nur ein Ping bestehend aus der ID oder besser der Position des Senders) zu senden.
Wäre also interessant ob man Funkuhren wirklich bis auf mikro-Sekunden trauen kann.

Können die Baken Gleichzeitig senden oder muss das versetzt erfolgen ?
Die Frage ist... Kann der Empfänger überhaupt Daten von mehreren Baken gleichzeitig empfangen...


Andere Frage ist natürlich... Die Laufzeit des Signals.
Dabei müsste man Übertragungsrate, Geschwindigkeit des Signals und auch Störungen berücksichtigen.
Ist die Laufzeit des Funk-Signals überhaupt noch rechenbar bei geringen Abständen ?

Was, wenn das Signal nicht auf direktem Weg, sondern z.B. ein "echo" durch Gegenstände verursacht, zum Quadcopter gelangt?
Es sollten also aus Sicherheitsgründen 1 oder 2 mehr Funkbaken sein, damit eine "Korrektheitsprüfung" gemacht werden kann.

Genau, Indoor-GPS trifft es ganz gut, nur die Technik ist ein bisschen anders.

Ich hatte gerade eben noch eine Besprechung diesbezüglich und nun einen Ansatz der ziemlich vielversprechend aussieht. Die Aufgabe wurde stark vereinfacht um dann auf den Ergebnissen aufzubauen.

Erster Meilenstein ist ein System bestehend aus einem einzigen Sender S (somit keine Synchronisation nötig) und zwei Empfänger E1, E2. Auf eine Trägerfrequenz (Größenordnung 800Mhz) wird ein analoges Signal moduliert (Größenordnung 10Mhz, mit Amplitudenmodulation). Dieses analoge Signal wird an E1 und E2 demoduliert und dann durch einen Phasenkomparator gejagt. Somit müsste man über die Phasenverschiebung die Entfernungsdifferenz bekommen.

Das Problem mit Rauschen und anderen Störeffekten habe ich erstmal hinten angestellt, genauso Genauigkeit, Reichweite...
Die Frage ist jetzt ob es für diese Anwendung passende Hardware gibt.

Klingt das nur für mich vielversprechend oder sieht jemand einen Denkfehler?
Kennt jemand einen Sender/Empfänger der mit den Anforderungen klar kommt?

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Laufzeitmessung scheidet auf diese Entfernungen aus, da hast du Recht und beim Rauschen sehe ich zur Zeit auch eines meiner größten Probleme, aber ich will keine Phased Array Antenne entwickeln, da hast du mich glaube ich falsch verstanden. Soweit ich weiß wird hier kein Abstand sondern eine Winkel ermittelt (korrigiert mich, falls ich falsch liege)

Ich erwarte auch keine absolute Entfernungsangabe aus der Phasenverschiebung, nur eine Entfernungsdifferenz. Also wie viel bin ich von Sender 1 weiter entfernt als von Sender 2. Wenn man dieses System (2 Sender, 1 Empfänger) verdreichfacht oder vervierfacht bekommt man eine mehr oder weniger eindeutige Position im Raum, aber das ist erstmal nicht das Problem. Es geht zuerst um eine Machbarkeitsstudie (nicht nur theoretisch) von einem solchen System aus 2 Sendern und 1 Empfänger, beziehungsweise um das Problem der Synchronisation auszuschließen um ein System aus 1 Sender und 2 Empfänger.

Die Funktionsweise hab ich in #3 erklärt.

Mein Problem ist nun: Wie bekomme ich eine Sinuswelle (1-10Mhz, oder auch geringer) mit handelsüblichen Sendern moduliert, dass ich diese Welle nach den beiden Empfängern durch einen Phasenkomparator schicken kann und somit den Phasenunterschied in den beiden Empfängern ermitteln kann.
Ist das Rauschen wirklich ein so großes Problem?

Auch das FMCW ist keine Lösung, da hier Echos ausgewertet werden.

Ich wollte zum Anfang mal eine Versuchsanordnung unter idealen Bedingungen betrachten. Abstände wären im Meter Bereich und ich werde mir folgendes Bauteil mal näher betrachten www.conrad.de Hier einfach mal ein Signal übertragen und am Empfänger mit einem Oszi schauen was wirklich ankommt. Danach Probleme lösen oder unlösbare Probleme aufzeigen, auch das wäre schon ein Erfolg.

Es wird von mir nicht erwartet, dass ich ein ausgereiftes Indoor-Positionsbestimmungssystem entwickle (wenn mir das gelingen würde hätte ich mich lieber selbstständig gemacht ^^) Einzig die Machbarkeit und das Aufzeigen von Problemen sind gefragt, wenn dann am Ende was brauchbares herauskommt umso besser.


Bevor ichs vergesse: vielen Dank, dass ihr euch dadrüber Gedanken macht. Mir fehlts in dieser Hinsicht an der praktischen Erfahung. Uni ist halt doch größtenteils blanke Theorie ;)



EDIT: Das oben genannte Modul dürfte für meine Zwecke nicht funktionieren, oder? Habe gelesen dass solche Module meistens Manchaster Code o.Ä. als Input benötigen.

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Über das Problem der gemeinsamen Zeitbasis mach ich mir noch keine Gedanken. Erstmal soll die Machbarkeit des ersten Meilensteins überprüft werden (1S, 2E) Wenn/Falls das funktioniert kümmere ich mich um die nächsten Probleme. Mit großer Wahrscheinlichkeit werden auch die BLDC Motoren des Quadrocopter meinen Empfänger Amok laufen lassen, aber diese Probleme lass ich erstmal außen vor. Um solche Probleme "soll sich dann der nächste kümmern" (O-Ton, mein betreuender Professor ^^)

Zur Zeit bin ich auf der Suche nach einem einfachen Weg eine analoge Sinuswelle (Mhz Bereich) zu übertragen. Alle Sender die ich kenne erwarten digitale Daten via SPI / UART, oder gleich fertig codierte Signale. Nächste Woche werde ich mir mal diesen Modulator näher anschauen: Analog Devices
Soweit ich das bis jetzt verstanden habe, kann ich hier über Quadraturamplitudenmodulation meinen 10Mhz Sinus übertragen (was schonmal ein erster Erfolg wäre) und dann mich um die Auswertung im Phasenkomparator kümmern.

... analoge sinuswelle per digitalem signal übertragen....

Sinus ist ja an sich nur Winkelfunktion im Kreis...
Was, wenn du ein Digitales Signal immer 0 bis 360 zählen lässt und anhand der "Zahl" dann deinen Wert rechnest ?
Packt das die Übertragungsgeschwidigkeit ?

Ja ist vielleicht unglücklich ausgedrückt, gemeint ist eine Welle bekannter Frequenz und Amplitude.

Das war auch ein Ansatz, der aber vom Professor unterdrückt wurde. Die Übertragunsgeschwindigkeit würde hier denke ich keine Probleme machen, aber die Rechenleistung im Quadrocopter würde hier nicht ausreichen. Werde aber auch in diese Richtung mal weiter schauen, weil hier lässt sich meiner Meinung nach eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreichen (genügend Rechenleistung vorrausgesetzt)
Außerdem würde hier ein XBee ausreichen, was bei meinen nicht so fundierten Kenntnissen in der Analogtechnik einiges an Einarbeitungszeit sparen würde.

Dienstag haben wir nochmal eine Besprechung dann werden wir alles durchsprechen und abwägen in welche Richtung es weiter geht.



EDIT: hab mich nochmal in Vorschlag #8 rein gedacht, ZigBee hat ja doch eine ziemlich niedrige Übertragunsrate (250kbit/s), dann wäre Bluetooth (2-3Mbit/s) schon besser, aber auf Kosten der Reichweite...

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Diese Module sehen viel versprechend aus. Vielen Dank für den Tipp!

Zitat:

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Auf eine Trägerfrequenz (Größenordnung 800Mhz) wird ein analoges Signal moduliert (Größenordnung 10Mhz, mit Amplitudenmodulation).

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Amplitudenmodulation ist bei so hohen Modulationsfrequenzen ungünstig, bei Zweiseitenband wäre die Bandbreite der Übertragung dann 20MHz. Frequenz- oder Phasenmodulation ist da besser.

Habe mittlerweile eine Firma gefunden die an einer Zusammenarbeit interessiert wären, das heißt das Hardware Problem ist gelöst.

Ich werde mit einem K-Band Sender/Empfänger Paar arbeiten, welche mein Signal ASK modulieren (bis zu 26kHz). Die Module arbeiten im 24GHz Bereich (ISM-Band), mal schauen ob ich damit arbeiten kann. Somit hab ich das Problem der Funkstrecke gelöst und kann mich voll auf die Signalanalyse konzentrieren, bleibt ab zu warten was da noch für Probleme auf mich zukommen...

Zitat:

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Zitat von BBQ

Habe mittlerweile eine Firma gefunden die an einer Zusammenarbeit interessiert wären, das heißt das Hardware Problem ist gelöst.

Ich werde mit einem K-Band Sender/Empfänger Paar arbeiten, welche mein Signal ASK modulieren (bis zu 26kHz). Die Module arbeiten im 24GHz Bereich (ISM-Band), mal schauen ob ich damit arbeiten kann. Somit hab ich das Problem der Funkstrecke gelöst und kann mich voll auf die Signalanalyse konzentrieren, bleibt ab zu warten was da noch für Probleme auf mich zukommen...

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Hallo! Ich interessiere mich auch für das Thema! Was ist dabei rausgekommen? Könntest du mir deine Bachelorarbeit zuschicken? lg hochi

entschuldige, aber mir kommt das Konzept nicht schlüssig vor:
erstens genügen auf keinen Fall 2 Sender, denn du musst dich im Raum orientieren. Die def. Entfernungen zu 2 Sender beschreiben einen Kreis um die Verbindungslinie der Sender. Also müssen es 3 sein zur Eindeutigkeit.
2. bei deinen ISM-Teilen mußt du eins finden, das sich analog modulieren läßt. Der Hub muß eingehalten werden usw. -> ein Sack voll Probleme. Gehen tuts, da ja zumindest die optischen Entfernungsmesser auch im Zimmer arbeiten, nur nicht omnidirektional.
3. falls du in die Funkmodule eingreifen willst...vergiss es, ist verboten. Die verlieren ihre Zulassung.

Warum nimmst du nicht Ultraschall? Löst über Funk ein Ping aus ("Nur ein Ping, Grigori"). Die Steuerung ist easy und die Laufzeiten im handhabbaren Bereich. 1 Meter ist 1/330 sec.

ich würde us-sensoren und kompass nehmen.
das mit dem kompass kann natürlich schwierig werden.

Kompass ist in Innenräumen ziemlich nutzlos. Es ist ja nicht nur der Stahlbeton, der zum Problem wird sondern auch Störfelder durch Motoren, Trafos usw.
Bei statischen Störeinflüssen könnte man diese rechnerisch kompensieren doch ist eine vorherige Erfassung sehr aufwendig.
Und ein Kompass nützt wenig zur Positionsbestimmung.

ich weiß, deshalb habe ich den zweiten satz runter geschrieben.
wenn man ein paar dinge beachtet kommt man auch mit einem kompass klar. das problem mit dem stahlbeton kann natürlich primär werden, wenn man in einem bunker lebt, dann geht das handy aber auch nicht.

wobei eine kartografie des magnetfeldes, sicher auch als ein Teil der Sensordatenfusion nützlich sein kann, gerade weil Stahlbeton viel einfluss hat und statisch ist

an sowas dachte ich auch. Der TE müßte die aber in 3D erstellen, was aufwendig ist. In der Ebene ist das aber eine brauchbare Lösung.

hat der Raum bauliche Besonderheiten oder einen Grundriss, der Unterscheidungen der Wände zulässt, so dass man dies identifizieren und durch Sensoren detektieren kann - oder sehen alle Wände, Decken und Böden gleich aus?

Ich habe jetzt nicht alle Threadbeiträge gelesen, vlt. hat das schon jemand erwähnt. Wenn nicht, möchte ich auf die Möglichkeit hinweisen, in das Licht zur Beleuchtung verwendeter LED-Lampen Informationen hineinzumodulieren. Die sollten sich bei bekannter Trägerfrequenz rel. einfach auffangen und herausfiltern lassen. Dann weiss der Robot zumindest, in welchem Raum er sich befindet ...

es erfordert, dann aber immer eine änderung an der umgebung.
was willst du machen, wenn du in eine unbekannte umgebung vor dir hast?

Zitat:

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Zitat von Frank E.

Ich habe jetzt nicht alle Threadbeiträge gelesen

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Pech. Denn dann hättest du festgestellt daß dieser Thread schon über zwei Jahre alt ist.

was sollte das ständige

Zitat:

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von i-make-it?????