Làm thế nào để máy đo khoảng cách IR hoàn thành độ chính xác đến từng centimet mà không cần các bộ phận tốc độ cao / chi phí cao?

Tôi hiện đang làm việc trên một hệ thống yêu cầu máy đo khoảng cách RF với độ chính xác ~ 15 cm, trong phạm vi khoảng 50 mét. Nghiên cứu của tôi về lĩnh vực này đã chỉ ra rằng tôi sẽ cần các thiết bị điện tử phức tạp và đắt tiền, tốc độ gần 2 GHz, để có được bất cứ nơi nào gần độ chính xác mong muốn của tôi. 1 / (time for light to travel 15 CM). Sau đó, câu hỏi của tôi là phương pháp nào mà máy đo khoảng cách IR (loại nhỏ đơn giản cho người máy sở thích sử dụng) sử dụng để thực hiện độ chính xác đến từng centimet mà chúng hiển thị trong một gói nhỏ, rẻ tiền như vậy? Là phương pháp mà họ sử dụng thứ gì đó có thể dịch sang RF để cung cấp năng lượng cho dự án của tôi?

Thông tin cơ bản:
Tôi đang cố gắng bản địa hóa một chiếc máy bay trong một hộp được xác định cho mục đích tự động (nghĩ rằng trình định vị ILS tự trồng). Vì vậy, tôi hiện đang nghĩ về hệ thống được mô tả ở đây, trong đó máy bay có một bộ lặp nhỏ để ném lại mọi tín hiệu nhận được, để tính toán phạm vi thời gian bay. 3 đèn hiệu mặt đất được sắp xếp theo hình tam giác và bạn có tọa độ X, Y, Z. Rõ ràng IR như một phương tiện đã hết, bởi vì các hệ thống cần phải hoạt động trong ánh sáng ban ngày, trên 50 đến 100 mét. Tôi đã cân nhắc sử dụng máy đo khoảng cách dựa trên cường độ tín hiệu RF (đèn hiệu trên máy bay có công suất truyền được kiểm soát chặt chẽ), tuy nhiên giữa tiếng ồn RF từ động cơ và hệ thống điều khiển và cây cối và các tòa nhà xung quanh khu vực thử nghiệm của tôi, tôi không nghĩ đó là sẽ làm việc trong phạm vi chính xác yêu cầu của tôi.

Có hai phương pháp tôi biết, ba nếu bạn thay thế ánh sáng bằng RF.

1: Một mạch đơn giản với bộ phát hồng ngoại, truyền một xung cột ngắn ở một góc nhỏ đến đường trung tâm của thiết bị đo. Điều này tinh chỉnh các đối tượng từ xa và trở lại một chút bù đắp. Chụp ánh sáng phản xạ, đo khoảng cách này từ đường trung tâm, sau đó khoảng cách chỉ đơn giản là hình học.

2: Sử dụng bộ tạo dao động cục bộ, tạo ra sóng răng cưa ở tốc độ vài chục MHz. Chúng tôi truyền một xung laser ở dưới cùng của tam giác và kích hoạt một mẫu và giữ để thu được điện áp khi bạn nhận được một phản xạ được phát hiện với bộ khuếch đại transimpedance và photodiode.

Số điện áp + xung tỷ lệ thuận với khoảng cách.

Ánh sáng mất 50ns (xấp xỉ) để đi được 15m và 1000ns (xấp xỉ) để đi được 300m. Máy dò cần một bộ dao động cục bộ là 2 / 50ns = 40 MHz Chúng ta cần độ chính xác 15cm, vì vậy hãy tạo ra 1 bit này. Chúng ta cần mã hóa mỗi 15m vào một răng cưa và có 100 x 15cm trong số này, chúng ta cần một ADC 7 bit có thể lấy mẫu ở tốc độ 40Mhz.

Bộ đếm cần có thể đếm đến 300/15 = 20 ở 40 MHz để đạt được khoảng cách đầy đủ. Khoảng cách thực tế bị giới hạn bởi độ nhạy của đầu thu, công suất đầu ra (mối quan tâm an toàn) và các vấn đề với chuỗi mang trên bộ đếm nhị phân nhanh (ish).

Mỗi khoảng thời gian 15cm được phân tách theo cả thời gian và điện áp, do đó, việc chụp nó không nên gây ra vấn đề.

Thành phần cuối cùng là một mẫu và giữ. Mạch sẽ yêu cầu hiệu chuẩn để loại bỏ lỗi gây ra bởi mẫu và độ trễ kích hoạt của mẫu. Khác hơn là không có thành phần nào là đắt tiền.

Chỉ có thể sử dụng một bộ đếm rất nhanh thay vì răng cưa, ( và những thứ này tồn tại ) nhưng sẽ đắt hơn nhiều.

3: Bạn có thể thay thế một máy phát RF cho laser và ăng ten định hướng + đầu trước RF cho máy thu, nếu không thì mạch cũng vậy. (radio và ánh sáng đi cùng tốc độ)

4: Bằng cách sử dụng RF, bạn có được một phương thức khác, được gọi là CWFM, trong đó bạn sử dụng răng cưa để điều chỉnh tín hiệu truyền đi. Tín hiệu thu được trộn với tín hiệu truyền đi, đầu ra của bộ trộn là hetrodyne (biểu diễn thay đổi tần số) của khoảng cách, bộ giải mã FM có thể biến tín hiệu này thành tín hiệu có ý nghĩa.

Những cái rất rẻ (với phạm vi lên đến vài cm) sử dụng cường độ tín hiệu phản xạ. Về cơ bản, chúng là một đèn LED IR và một điốt quang trong một gói duy nhất.

Những cái đắt hơn sử dụng hình tam giác, và bao gồm một đèn LED IR và một dãy photodiode tuyến tính, với một ống kính ở phía trước.

Tôi không nghĩ bất kỳ điều này dịch sang RF.