Wie erreichen IR-Entfernungsmesser Zentimetergenauigkeit ohne Teile mit hoher Geschwindigkeit und hohen Kosten?

Ich arbeite derzeit an einem System, das einen HF-Entfernungsmesser mit einer Genauigkeit von ~ 15 cm über eine Reichweite von etwa 50 Metern erfordert. Meine Forschungen auf diesem Gebiet haben gezeigt, dass ich komplexe und teure Elektronik mit fast 2 GHz benötige, um meine gewünschte Genauigkeit zu erreichen. 1 / (time for light to travel 15 CM). Meine Frage ist also, mit welcher Methode IR-Entfernungsmesser (die einfachen Kleinen für die Hobby-Robotik) die Zentimetergenauigkeit erreichen, die sie in einem so kleinen, kostengünstigen Paket anzeigen. Ist die Methode, dass sie etwas verwenden, das in RF übersetzt werden könnte, um mein Projekt anzutreiben?

Hintergrundinformation:
Ich versuche, ein Flugzeug in einer definierten Box für Autolanding-Zwecke zu lokalisieren (denken Sie an einen ILS-Localizer aus eigenem Anbau). Daher denke ich derzeit an das hier beschriebene System, wo das Flugzeug einen kleinen Repeater hat, um empfangene Signale für eine Flugzeitbereichsberechnung zurückzuwerfen. 3 Bodenbaken in einem Dreieck angeordnet, und Sie haben X-, Y-, Z-Koordinaten. Offensichtlich ist IR als Medium nicht verfügbar, da die Systeme am helllichten Tag über 50 bis 100 Meter betrieben werden müssen. Ich habe überlegt, einen auf der HF-Signalstärke basierenden Entfernungsmesser (Leuchtfeuer im Flugzeug mit einer streng kontrollierten Sendeleistung) zu verwenden, aber zwischen dem HF-Rauschen der Motoren und Steuerungssysteme und den Bäumen und Gebäuden, die meinen Testbereich umgeben, glaube ich nicht werde innerhalb meiner erforderlichen Genauigkeit arbeiten.

Mir sind zwei Methoden bekannt, drei, wenn Sie Licht durch HF ersetzen.

1: Eine einfache Schaltung mit einem IR-Emitter, die einen kurzen Säulenimpuls in einem kleinen Winkel zur Mittellinie des Messgeräts sendet. Dies wirkt sich auf das entfernte Objekt aus und kommt leicht versetzt zurück. Erfassen Sie das reflektierte Licht, messen Sie diesen Abstand von der Mittellinie, dann ist der Abstand einfach Geometrie.

2: Verwendet einen lokalen Oszillator, der eine Sägezahnwelle mit einigen zehn MHz erzeugt. Wir senden einen Laserpuls am unteren Rand des Dreiecks und lösen eine Probe aus und halten, um die Spannung zu erfassen, wenn Sie eine Reflexion erhalten, die mit einem Transimpedanzverstärker und einer Fotodiode erfasst wird.

Die Spannung + Impulszahl ist direkt proportional zur Entfernung.

Das Licht benötigt ca. 50 ns (ca. 15 m) und ca. 1000 ns (ca. 300 m). Der Detektor benötigt einen lokalen Oszillator von beispielsweise 2 / 50ns = 40MHz. Wir benötigen eine Genauigkeit von 15cm, also machen wir dieses 1 Bit. Wir müssen alle 15 m in einen Sägezahn codieren und es gibt 100 x 15 cm davon. Wir benötigen einen 7-Bit-ADC, der mit 40 MHz abtasten kann.

Der Zähler muss in der Lage sein, bei 40 MHz bis 300/15 = 20 zu zählen, um die volle Entfernung zu erreichen. Der tatsächliche Abstand wird durch die Empfindlichkeit des Empfänger-Frontends, die Ausgangsleistung (Sicherheitsbedenken) und die Probleme mit Übertragsketten an schnellen (ish) Binärzählern begrenzt.

Jedes 15-cm-Zeitintervall ist sowohl in Zeit als auch in Spannung getrennt, sodass die Erfassung kein Problem darstellen sollte.

Die letzte Komponente ist ein Sample and Hold. Die Schaltung würde eine Kalibrierung erfordern, um den Fehler zu beseitigen, der durch die Triggerverzögerung von Sample and Hold verursacht wird. Ansonsten ist keine der Komponenten teuer.

Es ist genauso gut möglich, einen sehr schnellen Zähler anstelle des Sägezahns zu verwenden ( und diese existieren ), wäre aber viel teurer.

3: Sie können einen HF-Sender für den Laser und eine Richtantenne + HF-Frontend für den Empfänger austauschen, andernfalls ist die Schaltung dieselbe. (Radio und Licht bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit)

4: Durch die Verwendung von RF erhalten Sie eine andere Methode namens CWFM, bei der Sie den Sägezahn verwenden, um das übertragene Signal FM-zu modulieren. Das empfangene Signal wird mit dem gesendeten gemischt, der Ausgang des Mischers ist ein Hetrodyn (frequenzverschobene Darstellung) der Entfernung, ein FM-Demodulator kann dies in ein aussagekräftiges Signal umwandeln.

Die sehr billigen (mit Reichweiten bis zu einigen Zentimetern) verwenden die reflektierte Signalstärke. Sie sind im Grunde eine IR-LED und eine Fotodiode in einem einzigen Gehäuse.

Die teureren verwenden Triangulation und bestehen aus einer IR-LED und einem linearen Fotodiodenarray mit einer Linse vorne.

Ich glaube nicht, dass dies zu RF führt.