Millimetergenaue Abstandsmessung zwischen zwei Funkmodulen mittels Funk Ping - wie realisierbar?

[Dean L. (selfbuild_it)]

Guten Tag, ich habe eine sehr technische Frage womit ich hier glaube ich 
am denkbar besten Ort den ich mir dafür vorstellen kann bin und ich weiß 
auch nicht wo ich sonst fragen soll.

Ich möchte per Funk den Abstand zwischen zwei Funkmodulen messen. Der 
Abstand soll dabei von mehreren Zentimetern bis ca. 3 Metern sein. Mir 
ist klar das es sich hier nicht mehr um Milisekunden sondern um Micro 
oder sogar Picosekunden handelt die berechnet werden wollen.
Das heißt eine leistungsfähige Recheneineit wäre vermutlich vonnöten, 
besonders wenn die Messungen mehrmals in der Minute, ca. alle 20ms 
erfolgen sollen.
Der Abstand soll auf Zentimeter, Millimeter oder wenn möglich noch 
genauer erfolgen.

Abstandsmessung per Schall, Radar, Laser oder Infrarot LEDs habe ich 
bereits ausgeschlossen das wäre nicht zielführend da mehrere Sensoren 
kombiniert werden sollen. Deswegen habe ich gedacht wenn man einfach von 
Modul 1 zu Modul 2 pingt und die Differenz berechnet, vorher kann man ja 
noch kalibirieren also ganz nah hin und 3 Meter weg damit man genaue 
Werte bekommt.
Noch etwas das ganze soll an einen Computer angeschlossen werden die 
Berechnungen könnten also theoretisch von der CPU erledigt werden.

Es geht mir hier hauptsächlich um den hardwaretechnischen Aspekt also 
womit könnte ich das erreichen, welche Schaltung, Funkfrequenz, Technik, 
Funkprotokoll, Mikrocontroller oder ähnliches.
Wie ich das ganze dann an den Computer usw anbinde und die Software dazu 
konfiguriere, das ist nochmal ein anderes Thema.

Das das komplex ist ist mir klar, aber ich hoffe das hier ein paar Leute 
sind die sich gut genug mit der Materie auskennen um mir diese Frage zu 
beantworten.
An dieser Stelle schonmal danke für eure Aufmerksamkeit und hoffentlich 
lese ich bald etwas von euch.
Mit freundlichen Grüßen

[Gretel (Gast)]

Bei deiner Kenntnislage wäre ein Bandmass zielführend.

Alles andere sind Hirngespinste.

[Manuel X. (vophatec)]

Mehrwegausbreitung, Reflexionen, usw.

Im Millimeter Bereich kaum machbar.

Mit UWB jommt man schon in den cm Bereich (unter optimalen bedingungen).

Das wars dann aber auch schon.

[Dean L. (selfbuild_it)]

Reflexionen könnte ich doch theoretisch mittels einem gesteuertem und 
zwischen den Geräten synchronisierten Frequenzdrift umgehen, das würde 
auch die Mehrwegeausbreitung klein halten da immer das erste Signal das 
ankommt genommen wird und wenn das zweite ankommt wegen einer Reflexion 
oä ist die Referenzfrequenz schon wieder eine andere.
Der Weg zwischen den zwei Funkmodulen wird vorraussichtlich meistens 
weitgehend frei von Gegenständen sein.

Aber das sind gute Inputs - danke dafür.

[Dieter (Gast)]

Das geht ganz simpel. Ein Gerät muss in unregelmäßigen Abständen einen 
kleinen Burst aussenden. Das Empfangsgerät muss diesen umgehend mit 
einem Burst beantworten. Die Laufzeit mißt der aussendende Master. Aus 
2x Flugzeit durch die Luft und Reaktionszeit des Slaves wird die 
Entfernung bestimmt.

[MaWin (Gast)]

Dieter schrieb:
> Das geht ganz simpel.

Kannst du einfach mal deine irreführenden Trollbeiträge sein  lassen. 
Such dir eine andere Urlaubszerstreuung als irgendwelche Kinder zu 
verarschen.

Gretel liegt schon ganz richtig.

[Sven B. (scummos)]

Dieter schrieb:
> Das geht ganz simpel. Ein Gerät muss in unregelmäßigen Abständen einen
> kleinen Burst aussenden. Das Empfangsgerät muss diesen umgehend mit
> einem Burst beantworten. Die Laufzeit mißt der aussendende Master. Aus
> 2x Flugzeit durch die Luft und Reaktionszeit des Slaves wird die
> Entfernung bestimmt.

Genau. Und das setzt du jetzt ganz simpel bei 1 GHz mit dem für 1 mm 
Genauigkeit nötigen Jitter von 3 ps um und dann sehen wir mal weiter. ;)

Im Ernst, vergiss es, das klappt nicht. Theoretisch schon möglich, aber 
ein Riesenprojekt.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Machs wie die anderen auch. Nimm Ultraschall oder die guten alten 
Distanzsensoren von Sharp.
http://global.sharp/products/device/lineup/selection/opto/haca/diagram.html

[Bernd K. (prof7bit)]

Dean L. schrieb:
> Der
> Abstand soll dabei von mehreren Zentimetern bis ca. 3 Metern sein.
> [...]
> Der Abstand soll auf Zentimeter, Millimeter oder wenn möglich noch
> genauer erfolgen.

WAS genau willst Du denn messen (eigentliche Problemstellung)? 
Vielleicht findet sich dann eine alternative Messmethode oder gar ein 
komplett anderer Lösungsansatz für das Problem der viel unkomplizierter 
zu bauen ist!

[Klaus R. (klara)]

Dean L. schrieb:
> Ich möchte per Funk den Abstand zwischen zwei Funkmodulen messen. Der
> Abstand soll dabei von mehreren Zentimetern bis ca. 3 Metern sein.
> ....
> ....  die Messungen mehrmals in der Minute, ca. alle 20ms
> erfolgen sollen.

> Der Abstand soll auf Zentimeter, Millimeter oder wenn möglich noch
> genauer erfolgen.
>
> Abstandsmessung per Schall, Radar, Laser oder Infrarot LEDs habe ich
> bereits ausgeschlossen

Ja was gibt es denn da?

https://www.laser-entfernungsmesser.info/
Reichweite 0,05 bis 80 m, Meßgenauigkeit ± 1,5 mm

https://www.baumer.com/de/de/produktubersicht/distanzmessung/ultraschall-distanzsensoren/c/290
Messbereiche bis 6000 mm,

oder

https://www.mikrocontroller-elektronik.de/ultraschallsensor-hc-sr04/


https://de.wikipedia.org/wiki/Entfernungsmessung
Allgemeines zum Messen.

mfg klaus

[Dieter (Gast)]

Sven B. schrieb:
> Im Ernst, vergiss es, das klappt nicht. Theoretisch schon möglich, aber
> ein Riesenprojekt.

Gibt es schon seit langem. Ja, das war ein Riesenprojekt und ist es 
heute noch, wenn man es nachmachen möchte.

Ein Bekannter von mir nutze diese Geräte für seine Diplomarbeit zu 
Vermessungsaufgaben. Dabei handelte es sich um geliehene 
Differential-GPS-Meßgeräte, die ebenfalls eine auf mm-genaue eigene 
Entfernungsmessung auf Funkbasis zueinander besaßen. Es wird auch die 
sich ergebende höchste Frequenz dabei gemessen.
Für die hohe Genauigkeit (kurze Meßzeit) war und ist diese zusätzliche 
Funktion zwingend erforderlich. Wer möchte, kann sich die entsprechende 
Fachveröffentlichung aus der IEEE Spektrum Measurement und Control der 
90er Jahre suchen.

Der echte MaWin ist busy im Urlaub. Über die maßlose Übertreibung "ganz 
simpel" gestolpert ...

[Maik .. (basteling)]

Die uneindeutigkeiten der zeitlich ineinanderlaufenden ggfs schwachen 
Signale der direkten Sichtverbindung und die ggfs starken Reflexionen 
können nur durch extrem breitbändige Systeme voneinander getrennt 
werden. Das war bis vor Kurzem noch richtig teuer. Mittlerweile gibt es 
eine integrierte Chiplösung die das kann und relativ preiswert pro 
Knoten ist : DW1000 und Nachfolger von Decawave. Damit kannst Du 
zumindest in den cm-Bereich vordringen. Alternativ im Aussenbereich 
Differential GPS.

[Hört sich gut an (Gast)]

das geht. such mal nach self-mixing diodes

[A. K. (Gast)]

Es ist schlicht un einfach unmöglich!
Man kann solange man sich nicht im Vakuum befindet und isotrope Strahler 
verwendet niemals auf mm genau "pingen".

LG

[Hört sich gut an (Gast)]

>"pingen"... nicht laufzeit -> phasendifferenz

[Dieter (Gast)]

Arno K. schrieb:
> niemals auf mm genau "pingen".

Laserentfernungsmessung wird von der unterschiedlichen 
Lichtgeschwindigkeit im Medium auch beeinflusst.

[Hört sich gut an (Gast)]

>unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit im Medium...

das ist längst wiederlegt

[Harald W. (wilhelms)]

Dieter schrieb:

> Laserentfernungsmessung wird von der unterschiedlichen
> Lichtgeschwindigkeit im Medium auch beeinflusst.

Diese Fehler kann man aber mit Hilfe der Edlenformel rausrechnen.

[Bernd K. (prof7bit)]

Hört sich gut an schrieb:
>>unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit im Medium...
>
> das ist längst wiederlegt

WTF?

Jemand hat die Maxwellsche Relation widerlegt? Brechungsindex, 
Refraktor-Teleskope, Handy-Kameras, das menschliche Auge, alles über 
Nacht zu dysfunktionalem Schrott geworden jetzt wo das widerlegt ist? 
Das kann doch nur der Bindel geschafft haben! Wie soll das jetzt 
weitergehen, wird das Leben auf der Erde enden? Werden wir alle (blind) 
sterben?

[Dieter (Gast)]

Für Luft wird das für die Frequenz ermittelt aus:

c=1/aqrt(epsion*mü)

Einflussfaktoren sind jedoch noch die Luftdichte (Temperatur & 
Luftdruck) und die Luftfeuchtigkeit.

Meist wird nur ein fester Korrekturwert verwendet.

Für hochwertige Messungen müssen diese gemessen werden und in die 
Berechnung des Meßgerätes mit einfließen.

[Hört sich gut an (Gast)]

>>unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit im Medium...

>das ist längst wiederlegt

Es ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit, c relativ ist immer gleich!

[Harald W. (wilhelms)]

Dieter schrieb:

> Für Luft wird das für die Frequenz ermittelt aus:
>
> c=1/aqrt(epsion*mü)
>
> Einflussfaktoren sind jedoch noch die Luftdichte (Temperatur &
> Luftdruck) und die Luftfeuchtigkeit.

Der CO2-Anteil wird teilweise auch noch mit berücksichtigt.

> Meist wird nur ein fester Korrekturwert verwendet.
>
> Für hochwertige Messungen müssen diese gemessen werden und in die
> Berechnung des Meßgerätes mit einfließen.

Ja, wie bereits gesagt: Edlenformel. Das reicht dann für
Genauigkeiten im Mikrometerbereich aus. Solls bis in den
Nanometerbereich und darunter gehen, muss man wirklich im
Vacuum messen.
https://www.jenaer-mt.com/wp-content/uploads/2015/10/ZLM-Hardware_4_J_AUK.pdf

[Hört sich gut an (Gast)]

take that!
https://www.heise.de/newsticker/meldung/Sieht-aus-wie-Magie-Mysterioese-GPS-Attacken-in-China-lassen-Experten-Raetseln-4619759.html

[svedisk ficklampa (Gast)]

> take that!

Ok Boomer.

[Nano (Gast)]

Dean L. schrieb:
> womit ich hier glaube ich
> am denkbar besten Ort den ich mir dafür vorstellen kann

Was tust Du denn wenn st nicht träumst?

Dean L. schrieb:
> Das das komplex ist ist mir klar, aber ich hoffe das hier ein paar Leute
> sind

Aha Kommunikationsdefizite im Internetz einholen = den Idioten mimen und 
Knochen werfen - alles verstanden. Gibts mehrere hier, Du SOCKENPUPPE!

Dean L. schrieb:
> danke für eure Aufmerksamkeit und hoffentlich
> lese ich bald etwas von euch.

Dum mich auch, denn "nett" ist die Schwester von Schxxxx,

[Nano (Gast)]

Ups- noch eine Anmerkung zu diesem Selfie-Idioten hier (selfbuiltit)

Zwangsgespräch im Zugabteil: (Sperrt zwei Idioten ein, die werden sich 
irgendwann doch unterhalten, der eine will, der andere weniger)

Do You have a mother?
No.
Do You have a father?
No.
Oh, I see a selfmademan - (alternativ) self-mad-man!

[Dieter (Gast)]

Hört sich gut an schrieb:
>>>unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit im Medium...
>
>>das ist längst wiederlegt
>
> Es ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit, c relativ ist immer gleich!

Sehe Du hast die umgangssprachliche Formulierung verstanden.

Wollte nicht noch einen weiteren Begriff aufbringen. Denn mit 
Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium, spuckt die Suchmaschine vieles 
mit Schall aus, wenn man nicht noch Licht (-geschwindigkeit) als 
Suchbegriff dazu gibt.

Unter der Lichtgeschwindigkeit c versteht man meist die 
Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum. In einem materiellen 
Medium ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts meist kleiner. 
Will man sich davon klar abgrenzen, spricht man von der 
Vakuumlichtgeschwindigkeit, anderenfalls von der 
Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht in einem Medium.

Es ginge auch noch tiefer in die Details einzusteigen, z.B. 
Tscherenkow-Strahlung. Warum ist die strahlende Zone bei einem idealen 
kugelförmigen Strahler nicht ideal kugelrund ...

[pegel (Gast)]

Die original Frage erinnert mich wieder an das "Jugend forscht" Projekt:

https://www.instructables.com/id/Distance-measurement-with-radio-waves/

Da sieht man die Möglichkeiten mit einfachen Mitteln.
Es wird auch gesagt, das ein Vielfaches an Ping-Pong die Genauigkeit 
steigert. - In Grenzen.

[Lurchi (Gast)]

Das ist nicht so einfach wie es ggf. auf den ersten Blick aussieht. Eine 
Schwierigkeit, die gerne übersehen wird ist dass mit dem Abstand sich 
die Amplitude ändert und damit ggf. die Verstärkung verändert werden 
muss, was extra Verzögerungen verursacht.

Bei den ganz kurzen Distanzen gibt es ggf. schon eine Nahfeld-kopplung 
der Antennen. Da müsste man ein eine Kalibriermessung machen und dann 
korrigieren. Auch sonst können Änderungen in der Nähe der Antenne einen 
Einfluss haben.

[Stefan F. (Gast)]

pegel schrieb:
> Die original Frage erinnert mich wieder an das "Jugend forscht" Projekt:
> https://www.instructables.com/id/Distance-measurement-with-radio-waves/

Das ist so eine typisch naive Vereinfachung im Arduino Style. So einfach 
funktioniert das nur in dem extrem eingeschränkten Rahmen des 
Experimentes. Es ist völlig untauglich für die Praxis.

[oszi40 (Gast)]

Dean L. schrieb:
> mehr um Milisekunden sondern um Micro
> oder sogar Picosekunden handelt die berechnet werden wollen.

Dann denke einfach mal an Deine benötigte Rechenzeit.

[Helmut S. (helmuts)]

Stefan F. schrieb:
> pegel schrieb:
>> Die original Frage erinnert mich wieder an das "Jugend forscht" Projekt:
>> https://www.instructables.com/id/Distance-measurement-with-radio-waves/
>
> Das ist so eine typisch naive Vereinfachung im Arduino Style. So einfach
> funktioniert das nur in dem extrem eingeschränkten Rahmen des
> Experimentes. Es ist völlig untauglich für die Praxis.

In dem Artikel wird Auflösung mit Genauigkeit verwechselt.
Die haben gar nicht realisiert, dass die Laufzeit durch die Filter im 
Empfangs- und Sendeteil im Bereich von ein paar 10us liegt. Die 
Schwankung dieser Durchlaufzeit kann leicht im Bereich von 200ns liegen 
was einer Drift der Abstandsmessung von 100ns*0,3m/ns=30m entspricht.

[MiWi (Gast)]

oszi40 schrieb:
> Dean L. schrieb:
>> mehr um Milisekunden sondern um Micro
>> oder sogar Picosekunden handelt die berechnet werden wollen.
>
> Dann denke einfach mal an Deine benötigte Rechenzeit.

Nun... .ToF-Chips sind klein und funktionieren... der TO sollte also 
evaluiere ob MLX75024 & MLX75123BA seinen Anforderungen gerecht wird und 
sein Budget das auch hergibt....

[Wolfgang (Gast)]

Dieter schrieb:
> Ein Bekannter von mir nutze diese Geräte für seine Diplomarbeit zu
> Vermessungsaufgaben. Dabei handelte es sich um geliehene
> Differential-GPS-Meßgeräte, die ebenfalls eine auf mm-genaue eigene
> Entfernungsmessung auf Funkbasis zueinander besaßen.

Das war bestimmt nicht einfach Differential GPS, sondern RTK mit 
Phasenmessung
https://de.wikipedia.org/wiki/Echtzeitkinematik

[Johannes F. (doppelgrau)]

RTK ist aber überraschend günstig geworden (z.B. mit zwei F9P um 500 
EUR).