¿Cuál es la forma más precisa y económica de calcular electrónicamente la distancia entre dos puntos?

He estado involucrado en el diseño de sistemas comerciales que tenían el propósito de informar directamente sobre la posición de una etiqueta o necesitaban saber eso como parte de un plan más amplio. Entre estos sistemas había uso de IR, RF y ultrasonido. Puedo decirte que ninguno de ellos resuelve el problema "muy bien".

RF se puede utilizar para encontrar la ubicación a una resolución razonable basada en la triangulación con la intensidad de la señal. Sin embargo, varias cosas alteran la intensidad de la señal recibida. Si usa RF, use una frecuencia baja en comparación con cosas como WiFi y muchos otros sistemas de RF. Usamos 434 MHz, que es una de las frecuencias ISM. En esa banda está permitido enviar un mensaje corto de una potencia limitada una vez cada 10 segundos a menos que el usuario inicie deliberadamente alguna acción. Las frecuencias más altas se difractan y obstruyen más en un ambiente interior. Luego están los problemas de intensidad variable de la señal recibida debido a la polarización. Hay formas de lidiar con eso, pero eso sería todo un discurso por sí solo.

Puede sentirse tentado a tratar de encontrar la ubicación midiendo el tiempo de llegada, al menos hasta que haga los cálculos. Con solo un nanosegundo por pie, los múltiples receptores deben sincronizarse con mucha precisión. Aún más difícil, tienen que poder determinar algún evento común en la transmisión a la resolución de un solo ciclo de portadora, pero por supuesto las limitaciones de ancho de banda solo permitirán pequeños cambios entre ciclos de portadora adyacentes. Básicamente, si tiene que preguntar aquí, el tiempo de llegada de RF está muy por encima de su cabeza y probablemente de su presupuesto.

IR hace básicamente lo que usted quiere, excepto por el hecho de que su cuerpo y su ropa lo bloquean fácilmente. No va a funcionar en un bolsillo. Puede funcionar enganchado a la camisa, pero no si se cubre con una solapa o un suéter o algo así. IR generalmente rebota bien alrededor de una habitación, pero no pasa mucha energía a través de la puerta relativamente pequeña. Si puede lidiar con los problemas de oclusión, es una forma bastante buena de localizar una etiqueta dentro de una habitación, ya que las paredes son opacas a IR.

El ultrasonido tampoco atravesará las paredes, pero rebota menos en una habitación. A veces puede atravesar una fina capa de ropa y otras veces no. También hay mucho más ruido de ultrasonido ambiental que RF o IR. Incluso si la etiqueta se usa en el cofre y no está cubierta y el transmisor está hacia afuera (es muy fácil tener una etiqueta que voltee el lado del transmisor hacia el cofre), todavía hay una posibilidad razonable de que un mensaje no llegue. Puede hacer una triangulación de tiempo de llegada útil con ultrasonido, ya que es muy lento (toma alrededor de 3 ms/m), pero eso también significa que la velocidad de datos es muy lenta. Si estas etiquetas pueden emitir un solo ping, entonces no le importa la tasa de datos. Si necesita identificar varias etiquetas, debe enviar algún tipo de información con cada mensaje. Terminamos codificando información en el tiempo entre ráfagas cortas. Pero, tenga en cuenta que existe un límite inferior inherente de tiempo entre ráfagas. No puede enviar uno nuevo hasta que el último haya terminado de hacer eco en el entorno; de lo contrario, los receptores se confundirán. En la práctica, debe esperar unos 10 metros de propagación para que las cosas se apaguen entre ráfagas. El cliente puede haber solicitado una patente sobre esto, no estoy seguro.

En cualquier caso, debe considerar que el canal desde la etiqueta hasta el receptor es propenso a errores. Si intenta enviar algún dato, es mejor que incluya una suma de verificación. De hecho, tuvimos problemas con uno de los primeros sistemas de RF que usaba solo 8 bits de suma de verificación por paquete (yo no diseñé ese formato de paquete). Había suficientes cosas malas que se interpretaban como buenos datos para causar problemas de campo. El formato de paquete más nuevo (que diseñé) tenía una suma de verificación CRC de 20 bits, y eso básicamente resolvió el problema.

Hay tantas maneras de resolver esto. Así que elegiré uno que creo que es genial.

Diseñe un transmisor simple (quizás incluso basado en un procesador u) que se ajuste a cada unidad remota y que transmita un código dorado de la NASA SSDS (Spread Spectrum Direct Sequence). Esto sería no sincronizado, no bloqueado en frecuencia. Cada unidad de bolsillo tendría una secuencia PN (pseudoruido) única como número de ID o podría tener una ID de subbanda diferente. Prefiero el PN único por simplicidad. La unidad de envío es unidireccional, de transmisión, pequeña y económica.

Las unidades receptoras en la casa serían motores de correlación que relacionan cuándo ocurren picos de correlación con respecto a una base de tiempo común en la que TODAS las unidades receptoras deben estar registradas. Saber cuál es el retraso del pico de correlación relativo con respecto a otras unidades dará un código de rango y una oportunidad para la triangulación. 2 estaciones base serían un mínimo requerido ya que la información de rango también está disponible (el término triangulación es un poco absurdo en este caso). La necesidad de que las estaciones base funcionen con una base de tiempo/marca de tiempo común probablemente sea el problema más difícil.

Este es un sistema GPS invertido.

Esto se ha hecho como un proyecto de investigación llamado Active Badge usando infrarrojos; Creo que también se ha hecho con ultrasonido .

Este artículo describe el sistema de infrarrojos. Es muy similar al control remoto de un televisor que transmite cada 10 segundos; Esparza varios receptores de infrarrojos y podrá saber en qué habitación se encuentra alguien. El sistema ultrasónico puede saber dónde está una placa bastante cerca (unos pocos cm), pero es más complejo y costoso.