Đo hướng của đối tượng (hoặc góc của nguồn gốc tín hiệu)

Tôi quan tâm đến việc bằng cách nào đó theo dõi hướng "la bàn" của một vật thể chuyển động từ trạm tham chiếu - nói cách khác, một cái gì đó tương tự như các hệ thống sonar dưới biển (mặc dù tôi không chắc chúng xác định góc / hướng của mục tiêu như thế nào ).

Lưu ý rằng tôi chỉ cần hướng / vị trí góc 2D của đối tượng và không quan tâm đến khoảng cách / vị trí không gian thực tế của nó. Vì vậy, tôi muốn biết, ví dụ, vật thể ở phía Nam 45 ° từ trạm tham chiếu.

Một số lưu ý:

• Kích thước tối đa của mạch khi vật chuyển động: 10 cm X 10 cm
• Kích thước tối đa của mạch tại trạm tham chiếu: 15 cm X 15 cm
• Số đo góc cần thiết là một số đo tương đối (nghĩa là được đo từ trạm tham chiếu), không phải là số đo tuyệt đối.
• Độ chính xác +/- 10 độ là quá đủ tốt.
• Tốc độ đo / theo dõi có thể là một lần mỗi giây, nhưng nhanh hơn sẽ không gây hại!
• Trong khi việc theo dõi này đang được thực hiện, đối tượng chuyển động có thể nằm trong khoảng cách từ 3 mét (tối thiểu) đến 100 mét (tối đa) từ trạm tham chiếu.
• Giả sử rằng chi phí không quan trọng và cả đối tượng và trạm tham chiếu đều có thể được trang bị điện tử (nghĩa là có cảm biến / máy thu / máy phát / v.v.)
• Đối tượng và trạm tham chiếu sẽ được đặt trong môi trường ngoài trời / đô thị.

Tôi có thể sử dụng kỹ thuật nào để bắt đầu đạt được loại đo lường / theo dõi hướng này?

Tôi đã cân nhắc sử dụng truyền tín hiệu không dây tiêu chuẩn, nhưng với điều này, tôi chỉ có thể đo RSSI (cường độ tín hiệu), chứ không phải góc / hướng thực tế! Tôi đoán tôi cần một số loại truyền dẫn hướng được gửi từ đối tượng, cho dù là siêu âm hay RF, và tương ứng là một mảng cảm biến 360 độ trên trạm tham chiếu để xác định hướng.

Nếu bạn định vị một vật thể thông qua các phương tiện thính giác, bạn sẽ cần ít nhất hai bộ chuyển đổi tiếp nhận - đo lường sự khác biệt về thời gian đến âm thanh. Ba là tốt hơn nhiều; bạn sẽ không phải xoay đầu dò để đến lần "ping" thứ hai.

Nếu bạn định vị thông qua các phương tiện vô tuyến, bạn sẽ cần một ăng ten định hướng có thể xoay ... hoặc ba ăng ten vô tuyến đa hướng. Nếu có, bạn sẽ xoay nó cho đến khi cường độ tín hiệu mạnh nhất. Nếu ba, bạn sẽ chọn hướng mạnh nhất và ngoại suy từ các điểm mạnh tương đối mà hai người kia nhận được.

Một đề nghị cuối cùng - bạn có thể đặt GPS lên các phương tiện và để nó phát vị trí tuyệt đối, sau đó tính toán phần bù từ vị trí GPS của trạm gốc trong phần mềm. Tôi chắc chắn rằng bạn có thể giả lập nó với một vài điện thoại di động và sử dụng nhiều hơn nếu nó hoạt động.

Nếu không, nó sẽ là tìm hướng vô tuyến, và bạn sẽ cần sự giúp đỡ của một kỹ sư điện tử thực sự cho việc đó ;-)

(Cập nhật: Không phù hợp với câu hỏi, OP cần hướng tương đối không tuyệt đối)

Bạn có thể làm điều này khá tốt với mô-đun la bàn I2C được nối với bộ vi xử lý trên đối tượng. Điều này lấy mẫu hướng la bàn và gửi tiêu đề đến một cổng nối tiếp. Sau đó, bạn sử dụng bất kỳ cầu nối UART không dây nào để gửi lại cho trạm tham chiếu. Bạn có thể thoát khỏi mô-đun Bluetooth trong 100m nếu đó là lớp II được cấp nguồn cao hơn. Đối với khoảng cách xa hơn, đặc biệt là nếu bạn không có đường ngắm hoàn hảo, một số cặp máy phát / máy thu băng tần FM có thể phù hợp hơn, nhưng bạn sẽ phải lăn các lớp khung và độ tin cậy / tổng kiểm tra của riêng bạn xuống tuyến đường đó.

Nếu đối tượng là một phương tiện cơ giới thuộc loại nào đó, hãy thử và tối đa hóa khoảng cách giữa la bàn và các bộ truyền động cơ giới vì từ trường của chúng sẽ (tốt nhất) làm lệch các bài đọc của bạn. Có lẽ bạn có thể đọc thời gian khi các thiết bị truyền động tắt. Tôi đã làm một cái gì đó rất giống với dự án tốt nghiệp của tôi .

Cá nhân, tôi nghĩ rằng RF là con đường để đi. Bạn có thể có thể xây dựng một hệ thống tương tự như một máy dò ánh sáng có ba ăng ten theo hình tam giác. Bạn có thể có một máy phát RF trên đối tượng thường xuyên phát ra tín hiệu. Các tần số này được phát hiện bởi ba ăng ten tại các thời điểm khác nhau và dựa trên sự khác biệt về thời gian và tín hiệu mạnh đến mức nào về cơ bản bạn có thể biết được vật thể ở xa bao xa với góc của nó so với trạm tham chiếu.

Một cái gì đó mà tôi nghĩ ra ngay trên đỉnh đầu của tôi là đặt một bộ phát không dây (RF hoặc cách khác) và sau đó là bộ thu tương ứng tại trạm gốc của bạn nhưng được gắn trên một thanh xoay nhỏ hoặc một cái gì đó, có một vỏ xung quanh ăng ten thu để nó sẽ chỉ nhận tín hiệu từ một hướng nhất định, nghĩa là. thẳng phía trước, nhưng vẫn cho phép nó nhận được từ các độ cao khác nhau, vì vậy có thể một khe cong trong hộp / vòm kim loại xung quanh máy thu sẽ mô phỏng điều này ít nhiều. Ngoài ra, máy phát sẽ không phải là định hướng, chỉ đủ mạnh để truyền khoảng cách bạn cần đến và sau đó một số chỉ để chắc chắn rằng nó sẽ được chọn.

Nếu bạn sử dụng một động cơ mà bạn có thể theo dõi vị trí của chính nó để bạn biết đường nào của máy thu đang chỉ vào bất kỳ điểm nào và sau đó khi tín hiệu được nhận ở mức mạnh nhất / cực đại, bạn có thể cho rằng đó là hướng của đối tượng của bạn và sử dụng vị trí của động cơ bạn có thể dễ dàng tìm ra vị trí tương đối của vật thể. Có thể thực hiện một cách đơn giản với bộ điều khiển vi mô lấy đầu vào từ máy thu và có thể so sánh các tín hiệu nhận được qua một vòng quay hoàn chỉnh của thanh quay và tìm nơi tín hiệu mạnh nhất và sau đó ghi lại đây là vị trí.

Vị trí có thể được giải quyết nếu tần số / chu kỳ của động cơ / thanh quay được biết là bạn sẽ biết rằng số đọc sẽ được thực hiện sau mỗi vòng quay và nếu bạn đặt tốc độ lấy mẫu nhanh hơn 360 lần so với tần số bạn sẽ đọc được mỗi độ xung quanh khu vực quét của nó và về mặt lý thuyết có thể có được một vị trí khá chính xác cho đối tượng.

Lưu ý : Cường độ tín hiệu cũng có thể được sử dụng để đoán sơ bộ về khoảng cách của nó, nếu bạn biết cường độ tín hiệu của nó ở khoảng cách x mét thì bạn có thể tìm ra khoảng cách với các tín hiệu thu được bằng giá trị này (giả sử tín hiệu sức mạnh là tuyến tính với khoảng cách xa, nếu không nó có thể chứng minh một chút khó khăn hơn để làm điều này)

Đối với những khoảng cách như vậy, và một thiết lập đô thị, có thể phát ra âm / hồng ngoại hoặc âm thanh / siêu âm. Bản thân tôi không có bất kỳ kinh nghiệm nào trong lĩnh vực này, nhưng có thể một số từ khóa để tìm kiếm sẽ giúp bạn bắt đầu. Tôi đã tìm thấy một cái nhìn tổng quan đẹp về các công nghệ khác nhau ở đây: http://www.denisowski.org/Articles/Denisowski%20-%20Comparison%20of%20Radio%20Direction-Finding%20Technologists.pdf .

Một đoạn giới thiệu hay khác về lĩnh vực này với rất nhiều hình ảnh: http://telekomunikacije.etf.bg.ac.rs/predmeti/ot3tm2/nastava/df.pdf

Tôi muốn nói rằng đặt cược tốt nhất của bạn là tìm kiếm các bài báo nghiên cứu và hướng dẫn của HOWTO về tìm kiếm hướng cặp Adcock và Watson-Watt , hoặc có thể là phương pháp tìm hướng giao thoa kế tương quan . Nếu bạn có quyền truy cập vào bất kỳ cơ sở dữ liệu học thuật / xã hội chuyên nghiệp, bạn nên thử những cơ sở dữ liệu đầu tiên. Anten vòng lặp ferrite có thể phù hợp với ứng dụng của bạn do các hạn chế kích thước của bạn.

Tôi sẽ ping thiết bị từ xa bằng xung RF omni từ thiết bị cục bộ và trả lời thiết bị từ xa bằng một tia Xenon mà thiết bị cục bộ sẽ nhận bằng máy quay video.

Máy ảnh sẽ quay với tốc độ sẽ giữ điều khiển từ xa trong trường nhìn của nó trong ít nhất hai lần ping, đảm bảo rằng nó sẽ nhận được ít nhất một lần nhấp để có được điều khiển từ xa.

Sau khi có được, máy ảnh sẽ xoay theo hướng cần thiết để điều khiển đèn flash nhấp nháy đến tiêu điểm của mặt phẳng phim và tùy thuộc vào độ phân giải theo dõi được yêu cầu, điều chỉnh tốc độ ping cho phù hợp.

Ngoài ra, để giảm thiểu ảnh hưởng của ánh sáng xung quanh máy ảnh, có thể cần một ống kính có tỷ lệ phù hợp, và có lẽ các bộ lọc màu giống hệt nhau trên nét vẽ và trước ống kính của máy ảnh.