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Ortung im Raum über Schall

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Registriert seit: Dec 2014
Beiträge: 1
Hallo liebe Mikrocopter Gemeinde,

ich plane gerade ein neues Projekt. Ich möchte meinen Copter autonom fliegen lassen und dabei nicht auf GPS angewiesen sein. Es soll auch indoor funktionieren. Jetzt habe ich mir folgendes überlegt. Ich statte meinen Copter mit mehren Mikrofonen aus (zb an jedem Arm eines). Meine ground station erzeugt nun ein bestimmtes Audiosignal im Ultraschallbereich (zb 40 kHz). Gleichzeitig wird auch ein Funksignal als Triggersignal gesendet. Das Funksignal kommt praktisch sofort am Copter an und startet eine Laufzeitmessung. Empfängt nun eines der Mikrofone das Audiosignal von der ground station, kann über die Laufzeit die Entfernung zu jener ermittelt werden. Durch die vier Mikrofone an unterschiedlichen Stellen am Copter, kann außerdem die Richtung der Quelle bestimmt werden. Dadurch kennt man die absolute Postion des Copters relativ zur ground station.
Der Vorteil ist, dass die Laufzeit für Audiosignale viel leichter gemessen werden kann als für Funksignale (Schallgeschwindigkeit: 340 m/s vs. Lichtgeschwindigkeit: 300.000.000 m/s). Der Nachteil, dass die Motoren sehr laut sind und daher wird es schwierig, dass Signal zu detektieren. Aber ich denke durch zum Beispiel Fouriertransformation des Audio Signals sollte man im Stande sein, es trotzdem zu empfangen.

Was sagt ihr dazu? Bitte um Feedback

Euer Horst
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Registriert seit: Oct 2010
Beiträge: 1647
Ort: München-Neuhausen
Klingt spannend, aber da ich auf dem Gebiet Laie bin stelle ich mal eine Prinzipfrage:

Wie rechnet man das Echo raus?
Wenn man kugelfoermig eine Schallwelle sendet, kommt ja von allen Seiten was zurueck!?
Je nach Umgebung mehr oder weniger verzoegert. Entsprechend braucht man doch wohl eine aufwaendige Signalverarbeitung um das richtige Echo, oder sogar die richtigen Echos fuer eine Raumposition, herauszufiltern.
Richtschall ist zwar denkbar, aber in normaler Atmosphaere breitet sich ein Drucksignal immer kugelfoermig aus!?

Das ganze klingt imho nach einem ordentlich DSP und viel Programmier-Know-How...spannendes Projekt!

...have fun...
Michi
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Registriert seit: Apr 2009
Beiträge: 1434
Ort: Braunschweig
Hmm so auf den ersten Blick würde ich glaube ich mit mehreren Bodenstationen arbeiten die ein Funksignal erzeugen und dessen Positionen der Kopter kennt. Alle Stationen sind synchronisiert (inkl RTC) und senden ein Beacon mit aktuellen Timestamp und Identifier aus, alle auf der selben Frequenz und zeitlich aufgeteilt via TDMA. Der Kopter horcht nun mit dem Funkempfänger und ist selber ebenfalls zeitlich snychronisiert. Mit den Laufzeitunterschieden basierend auf den Timestamp und der eigenen Zeit kann man nun errechnen wo sich der Kotper befindet.
Eine Art Kreuzpeilung wie du sie beschreibst mit mehreren Empfängern am Kopter dürfte glaube ich recht ungenau werden, da die Abstände der Empfänger nicht groß genug sind.

http://en.wikipedia.org/wiki/Indoor_positioning_system
« Bearbeitet von Dracos-Carazza am 15.12.2014 15:32. »
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Registriert seit: Oct 2007
Beiträge: 321
Ort: Schweiz - Winterthur
Hast du daran gedacht, dass der Schall durch den Wind der Propeller sich "langsamer" ausbreiten kann? Ich würde zuerst mal ein Versuch "Mikrofon im Windkanal" machen um die Auswirkung des Effektes zu untersuchen!
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Registriert seit: Nov 2010
Beiträge: 161
Weiss nicht ob du die Bewegung der Schallquelle einberechnen musst.

Damit meine ich, wenn sich dein Audiosignal vom Empfänger entfernt hast du etwas eine tiefere
Frequenz, als wenn er sich auf den Empfänger zu bewegt.
Wie gesagt, das ist Theorie und weiss nicht ob dies relevant ist.

ist aber spannend

grüssle Remo
« Bearbeitet von OShrek am 16.12.2014 22:15. »
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Ort: Nordhausen
Der Gedanke mit der Akustik-Laufzeitmessung ist naheliegend. Ein großes Problem ist die Reflexion an der Wand/Decke/Boden. Es ist kaum möglich, die Original-Quelle von den Reflexionen zu unterscheiden. Der Effekt, dass die Strömungsgeschwindigkeit die Laufzeit des Schalles verändert, ist gar nicht so stark. Das sind paar Prozent. Und wenn man ein Audiosignal im 40 kHz-Bereich erzeugt, dann muss man das niederfrequent modulieren. Das reine 40kHz-Signal hätte eine Wellenlänge von 8 mm. Da hätte man alle 8 mm ein Maximum und weiss gar nicht auf welchen Maximum man sich befindet. Und es gibt im Raum auch Additionen und Auslöschungen von Schallwellen + stehende Wellen.

Wir haben an der Hochschule Nordhausen mal angefangen, die Flughöhe eines Copters zu bestimmen, indem wir das akustische Echo vom Copter detektieren wollten. Also messen, wann genau das Geräusch, das der Copter aussendet, als Echo wieder erscheint. Da war am Copter nur ein Mikrofon. Die Auswertung basierte auf einer Autokorrelation. Das ging gut auf einem glatten Parkplatz. Aber Indoor oder auf Rasen ging gar nichts mehr.

Gruß Tumba
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Registriert seit: Apr 2007
Beiträge: 1091
Das funktioniert. Wir haben das mal (ich glaube 2008/2009?) in einer Diplomarbeit untersucht (hat der Esden hier ausm Forum gemacht). Allerdings war die "Robustheit" nicht so toll. Eben aufgrund der Echos, Ultraschall der Propeller, usw. war das relativ schwierig das stabil zu filtern. Die besten Ergebnisse im Low-Cost Bereich erzielen Kameratracker. Also min. 2 Kameras + Leuchtkugel + HSV-Farbfilter. Oder im IR-Bereich. Richtig gut wirds dann erst mit vielen hochauflösenden Kameras (wie beim Vicon).

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