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Lokalisierung mit Ultra-Breitband-Technologie UWB

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nero76

Moderator
Hallo,

ich werde hier meine Ergebnisse zur Lokalisierung mittels UWB fortlaufend festhalten.

Eckdaten:
- 3x Decawave DW1000 UWB-Funk Module (ca. 30 EUR pro Modul) - https://www.marotronics.de/DWM1000-...gssysteme-RTLS-IEEE802154-2011-UWB-kompatibel - Das Prinzip ist Laufzeitmessung (3-6 Ghz), d.h. es wird die Zeit vom "Ping" bis zum "Pong" gemessen : Zeit=(Ping+Pong)/2
Die Module arbeiten extrem energieeffizient (www.decawave.com/sites/default/files/pro...00-product-brief.pdf - das ganze geht mal wieder mit langen PRN-Codes)

Die Arduino Library (github.com/thotro/arduino-dw1000/releases) liefert direkt die Entfernung zurück, ich erreiche auf 25m eine Genauigkeit von 10cm.

Hier erste Ortungs-Ergebnisse in der Wohnung:

- 3x DW1000 Module im Abstand von 4 Metern
- Ich laufe von Modul zu Modul
- Varianz von Durchlauf zu Durchlauf etwa 20cm

test3.png



Hier ein weiterer Test in der Wohnung:
- Ich drehe mich im Kreis, Durchmesser etwa 1 Meter
- Wieder Varianz von Durchlauf zu Durchlauf etwa 20cm


test4.png


Demnächst dann der Test draußen :)

Gruss,
Alexander
 
Erster Test draußen (drei "Satelliten" im Abstand von 10m zueinander aufgestellt).

1. Mehrmals im Kreis (5m Durchmesser gelaufen). Ein Meter entspricht 20 Bildschirm/Grafikpixel auf der Karte. Maximale Varianz waren somit 50cm.

dw1.png



2. Einen großen Teil der Rasenfläche abgelaufen (nicht bis in die Ecken). An zwei Stellen war dennoch keine Sichtverbindung zu allen Satelliten möglich. Werde nochmal neue Plätze für die Satelliten suchen und so weiter optimieren.


dw3.png

Attachment: https://forum.ardumower.de/data/media/kunena/attachments/905/dw1.png/
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:
Ja, leider bleibt das Problem wohin mit den Sendern. Ich will keine 8 Sender verteilen.

Was man noch ausprobieren könnte: 3 Sender als Dreieck im Abstand von 50cm ganz hoch anbringen (z.B. oben am Dach) - quasi eine "Sternantenne". Das Signal sollte dann jeden Winkel des Gartens erreichen (es geht auch durch kleinere Gegenstände wie Bäume usw. hindurch). Die Laufzeitänderung durch diese Gegenstände ist nur minimal (max. 10cm). Reflektionen filtern die Module wunderbar heraus (das geht weil sie von 3 bis 6 Ghz arbeiten können). So könnte man die Stromversorgung im Haus belassen. Die Idee sollte getestet werden.
 
Hallo Alexander,

RESPEKT!!! Hab mir Dein Video mehrfach angesehen. Erinnert mich ein bißchen an die Geschichte mit den ibeacons. Nur besser. Die Ergebnisse sehen doch sehr gut aus. Vorher hattest Du die 3 Satelliten rechtwinkelig aufgebaut gehabt und dich mit dem Sender darin bewegt. Dieser Aufbau hat auch die 3 Satelliten zur Grundlage, aber Du hast durch die mindestens 3 PIN´s eine Fläche vorgegeben. Tolle Arbeit.
Hab eben erst Deine Idee mit dem Dreick auf dem Dach gelesen. Wenn die 3 Satelliten nur 50cm auseinander stehen, klappt das denn mit der Genauigkeit?
Gruß Marco
 
Hallo Alexander,

sehr gutes Video. Ab 2:19 sieht man sehr gut wie gut es funktioniert. Nochmal, tolle Arbeit. Hut ab.
Du hälst Dein Notebook in ca. 1,10-1,20m Höhe. Die Sateliten sind bodennah. Falls also der halbe Zentimeter ungenau sein sollte. Egal. Das ist es! Du hast es geschafft! Eine Perimeterschleife oder Draht. Du hast irgendwo geschrieben, dass Du keine 8 Satelliten aufbauen möchtest. Wegen Stromversorgung? Die ziehen doch nicht viel.

Gruß Marco
Nachtrag: Interessant ist jetzt natürlich die Schleife so hinzubekommen, dass sie auch das runde "Etwas"(Blumeninsel oder so) in deinem Garten auslässt. War eben am überlegen, ob man dazu die Drahtschleife, die man eigentlich legen müßte also ablaufen würde und so einzele Pin`s setzt. Bei Winkeln und Ecken natürlich dichter zusammen, damit keine Flächenbildung entsteht. Müßte wohl gehen.Im Übrigen müßte es wohl auch gehen, wenn Du die Perimeterfläche auch außerhalb des rechtwinkeligen Satellitendreiecks einarbeitest. Also an der langen Seite des Gartenhaus entlang.

Was ich mich jetzt frage: Wie sind die Daten für den Arduino verarbeitbar?
 
Hallo Marco,

ja, genauso ist es gedacht - Du setzt gezielt beliebige Randpunkte (diese kann man dann am PC nochmal kontrollieren/nachkorrigieren). "Virtuelle Schleife" ablaufen geht teilweise schlecht, da man sich manchmal unterhalb von großen Büschen usw. schlecht bewegen kann bzw. weil man vielleicht nicht immer exakt läuft. Eine PC-Software sollte schon einiges bereitstellen um die Sache mit den Randpunkten zu vereinfachen.
Ein Ortungs-Arduino würde die Randpunkte im EEPROM speichern (z.B. bis zu 1000). Mit so einem Handgerät könnte man dann auch die Randpunkte erfassen und nachträglich am PC anschließen. Abschließend würde das Handgerät im Ardumower verstaut. Der Ortungs-Arduino hätte einen digitalen Ausgang (Perimeter in/out) und könnte somit einen Schleifen-Arduino ersetzen. Über RS232-Schnittstelle könnte u.a. die aktuelle Distanz zur "kabellosen Schleife" abgefagt werden.

Gruss,
Alexander
 
Wie sieht der Empfang hinter dem Gewächs oder Gartenhaus aus? Wird da noch eine brauchbare Position angezeigt?
 
Die Signalstärke geht dort auf praktisch Null - kein Empfang. Interessant ist in diesem Zusammenhang dass der Hersteller (Decawave) angibt dass das Signal durch Wände gehen soll. Eine Wand scheint im Test möglich, aber mehrere schaffe ich nicht. Vielleicht mache ich ja etwas falsch (z.B. schlechte Spannungsversorgung - betreibe die Module derzeit über den kleinen Arduino Mini Pro 3.3v Spannungsregler).

Ich bekomme noch Teleskopstangen und werde die Antennen damit noch auf verschiedene Höhen Testen - vielleicht schaffe ich es damit ja mit 3 Satelliten den gesamten Garten abzudecken.
 
Nachtrag: es kommt dabei wohl auf eine geschickte Anordnung der Satelliten an: finde Orte a,b,c im Garten von wo aus das Signal nur durch wenig Materialstärke gehen muss.
 
Hallo Alexander,

die Frequenzen der Module sind nicht für eine gute Durchdringung von Gegenständen geeignet. Vergleich WLAN 2,4GHz maximal 3 Wände. Bei 5GHz ist es nur noch eine Wand die man maximal vernünftig schafft ohne massiv an Signal zu verlieren.

Gruß Jürgen
 
Hallo Jürgen,

dann haben wir ja vielleicht Glück, die Frequenz ändern zu können - erste Seite im Datenblatt:

"Supports 6 RF bands from 3.5 GHz to 6.5 GHz"

Fragt sich jetzt wo man da ansetzen muss - bin das Datenblatt/User Manual rauf und runter und finde nichts derartiges, blickst Du da durch? Ist die Frequenz vielleicht doch fest verdrahtet?
https://github.com/thotro/arduino-dw1000/raw/v0.1/dw1000_datasheet_2.03.pdf https://github.com/thotro/arduino-dw1000/raw/v0.1/dw1000_user_manual_2.03.pdf

Gruss,
Alexander
 
Hallo Alexander,
Hallo Jürgen,

vorweg: hätte ich man in der Schule beim Englisch und Co besser aufgepasst. :(
So wie ich das verstanden habe sind laut "datasheet_2.03.pdf" Seite 17 Punkt 5.1.1 Kanäle auszuwählen. Über diese Kanäle definiert sich aber auch gleich die mittlere Frequenz und die Bandbreite. Hier kommen wohl m.E. Kanal 1 oder 2 in Betracht.Auf Seite 19 Punkt 5.4.1 steht, das sich die Bandbreite festlegen lässt. Entweder 500Mhz oder 900Mhz-was in der zweiten Datei "user_manual_2.03.pdf" auf Seite 186 Punkt 8 erklärt wird. Die Reichweitengenauigkeit steht und fällt wohl mit der PRF von 16Mhz oder 64Mhz. Je kleiner die PRF, desto größere Reichweite(aber möglicherweise dadurch ungenauer) Was die Kalibrierung angeht ist das auf Seite 193 beschrieben. Für mich aber "böhmische Dörfer". Wenn ich jetzt Äpfel mit Birnen verwechselt haben sollte, dann bitte Obstsalat draus machen.

Gruß Marco
 
Hier noch eine Grafik welche anscheinend die maximal erlaubte Emissionsdichte angibt worauf sich die Europäer allgemein geeinigt haben. Nach CE-Dokument frage ich noch beim Hersteller an.

Im Datenblatt steht: "Transmit power density programmable from −35 dBm/MHz to -62 dBm/MHz" (das wären 0,000316 mW bis 0,000001 mW (!)

Damit sollten wir im grünen Bereich liegen?

uwb_regulations.png

Attachment: https://forum.ardumower.de/data/media/kunena/attachments/905/uwb_regulations.png/
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:
Jürgen hat sicher recht, mit dem Frequenzbereich wird es nie gut durch die Wände funktionieren.

Wahrscheinlich geht das Signal nicht mal durch einen Metallzaun durch.


Ich würde momentan auf 9 Sender kommen, an alle Ecken vom Haus und Terasse, um immer eine eindeutige Position zu erhalten.
 
Ich würde momentan auf 9 Sender kommen, an alle Ecken vom Haus und Terasse, um immer eine eindeutige Position zu erhalten.
Zum Vergrößern anklicken....

Ist die Frage ob man das wirklich braucht.
Wir haben ja schon experimentiert mit Odometrie, Kompass, Beschleunigung usw.
Da haben wir immer das Problem gehabt, das es Abweichungen gibt und nach einiger Zeit eine genaue Standort Bestimmung fehlte um das zu korrigieren.
Wenn man 4 Barken in der Mitte der Rasenfläche hat, bleibt nur noch der Randbereich wo es in einigen Ecken nicht reicht.
Das sollte doch aber mittels Odometrie u.s.w. überbrückt werden können.
Innerhalb kürzester Zeit ist der Mäher wieder im Bereich der Barken und kann die enstandene kleine Abweichung korrigieren.
70-80% der Zeit sollte der Mäher eine 100% Standortbestimmung haben, die fehlenden 20-30% sollten doch zu überbrücken sein. ;)
 
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