从150kHz 到 150MHz漫谈智能车竞赛中的无线导航技术
简 介: 这个文章来自于太原理工大学萧老师给智能车竞赛无线导航方案的建议。
关键词
: 智能车竞赛,导航,无线电,萧老师
卓晴老师你好!
节能信标组利用信标发出的信号对信标定位。用摄像头定位比较容易实现。但是,若只用一个摄像头必定有盲区,需要用其他方法辅助确定信标在车的左后方还是右后方,以便让车模正确转向。
信标提供了3种可供选择的信号:红光、红外光和无线电波。
其中无线电信号传播距离较远,于是首先考虑无线电定位技术。可以利用的条件有:收发天线的方向性,信号的幅度和相位,传播时差。
§01 三种无线定位方式
下面分别讨论。
1. 收发天线的方向性
发射天线在水平面上的方向性图是圆形的,各向同性,所以只好寄托于接收天线(包括电感)的方向性。我们分别采用了磁棒线圈、工字型电感、鞭状天线、对称振子天线、环形天线等多种接收方法,它们接收灵敏度各有不同,但都无法判断信标的方位。试图用电磁屏蔽方法人为制造方向性,也没有效果。
通过理论分析发现,当信标距离D>3m天线高度H<D/10时,磁力线几乎是垂直于地面均匀分布的,所以很难利用它来确定信标的方位。
当H/D>0.1时,磁力线向信标一侧的倾斜角β>5.7°,勉强可以用来判断信标的方位,但为时已晚,因为此时已经开始用摄像头定位了。另外接收天线太高对节能不利。
结论:利用天线的方向性确定信标方位,可能性很小。
2. 信号的幅度和相位
信号幅度A会随距离D的增大而减小,信号相位φ会随距离D的增大而滞后。可以通过A和φ获得距离D的信息。但:
- 当D>3m时,A随D的变化不明显。受电路误差和环境噪声的影响,A的变化会被淹没掉。
- 当D<2m时,A随D的变化比较明显,可以通过A来获得D的信息。但在有摄像头的情况下,这一信息已经失去了意义。
信标发出的无线电信号频率f=150kHz,波长λ=c/f≈2000m。鉴相器的分辨力是1°,所对应的长度为λ/360=5.6m,误差太大。
结论:利用信号幅度和相位确定信标距离,误差太大。
3. 传播时差
因为无线电波速=光速c,1m距离对应的时差=1/c=3.3ns。要检测如此短暂的时差,对于参赛车队来说简直就是一种奢望。
结论:利用时差来确定信标的距离,难度太大。
综上所述,利用信标发出的信号对信标定位,应该首选摄像头,最好用2个广角摄像头或3个普通摄像头。利用红光、红外光和无线电波对信标定位或辅助定位难度较大。
§02 对无线导航的建议
1. 一般无线电导航系统中,电磁波的磁场方向与地面平行,电场方向与地面垂直。所以建议发射天线改用30cm竖直鞭状柔性天线,底部装有防撞弹簧。
2. 为了便于利用相位信息来定位,建议将无线电信号频率改为150MHz(左右)。实验表明,当发射功率=50mW(不必向无委会申报)时,有效传播距离可达150m。
3. 接收电路可以采用普通接收机电路,鉴相鉴幅芯片有多种型号可供选择。例如AD8302鉴相鉴幅芯片,最高工作频率高达2.7GHz,鉴相精度为1°。150MHz电磁波的波长为2m,1°所对应的长度为2/360=5.6mm。假如赛车上的两个接收天线相距25cm,由传输延迟所产生的最大相位差为45°,完全可以被鉴相器检测出来。
另外,还可利用AD8302的鉴幅功能检测信标的距离,此处不再赘述。
150MHz信号发射器非常简单,只需一个2SC9018小功率三极管,再加几个外围零件就可以了。5V供电,工作电流15mA,发射功率不超过50mW,无线向无线电管理委员会申请。
(现在学生给你提出的问题)几乎都是关于信号强度的讨论,但是强度信息很不可靠。我在给你的短信中讨论过,除了强度信息与距离有关之外,其他信息(方向性、相位差、时差等)几乎无法利用。
定位信息包括距离和方位两个参数。只有距离信息是不够的,必需有方位信息。但是如果有两个接收点,能得到两个方位角,二者交汇点就是定位目标的位置。因此方位信息是必要条件,而距离信息只是充分条件而不是必要条件。
§03 为什么无线导航困难?
1、150kHz无线导航方法分析
如图所示。
▲ 图3.1 无线导航定位几何关系
- 一点定位法(距离+方位)
如果赛车在A点能够同时测得当前信标的距离DA和方位βA,就可以及时确定信标的位置P。 - 二点定位法(只有方位)
如果赛车在A点只能测得当前信标的方位βA,还得行走一段距S,在B点再次测得信标的方位βB,然后利用两角夹边的几何方法确定信标的位置P。 - 三点定位法(只有距离)
如果赛车在A点只能测得当前信标的距离DA,还得行走一段距里S1,在B点再次测得信标的距离DB,接着再行走一段距S2,在C点再次测得信标的距离DC,才能唯一确定信标的位置P。
因为现在信标发射的无线电波的水平方向性图是一个圆,磁场方向垂直于地面,电场方向平行于地面,所以无法获得方位信息,只能获得距离信息。于是只能采用“三点定位法”,也就是说,赛车在行走过程中必须不断地检测距离信息才能在第三点唯一确定信标的位置。因此位置信息的获得很不及时。此外,号幅度(或强度)与距离的关系很不确定。一方面是受噪声、反射波和电路误差的影响;另一方面是当距离较远时,信号幅度随距离的变化很小。
总之,“不及时、不准确”是“三点定位法”的致命弱点。然而“一点定位发法”和“二点定位法”都需要首先获得方位信息,这在现有条件下又是不可能的。可见,无线电导航的用处不大。
从150kHz 到 150MHz漫谈智能车竞赛中的无线导航技术相关推荐
- 智能车竞赛中视觉AI组别的打把问题
简 介: 根据同学提出的关于室内视觉组激光靶标演示视频中激光光斑从靶标边缘移到靶标中心的过程,对于靶标系统对激光斑点判断原则提出了疑问进行解释. 关键词: 智能车竞赛,AI,视觉组,激光靶标 §01 ...
- 智能车竞赛中的车模足底按摩
简 介: 本文就在全国大学生智能车竞赛中同学们对于参赛车模的轮胎进行处理的方法进行总结.这些方法也凝聚了同学们在探索车模在快速赛道运行中轮胎因素的影响.最后针对咸鱼网络中有专门销售打磨后车模轮胎的现象 ...
- 智能车竞赛中的人工智能
全国大学生智能汽车竞赛,顶着"智能"的帽子已经走过了14年了.如果按照2005年,当年筹办比赛时候的标准,车模在预先不知道的赛道上完成竞速比赛,看起来还仿佛应该具有"智能 ...
- 第18届智能车竞赛中的智能视觉组比赛细节遗留的问题-短视频脚本
第十八届智能视觉组竞赛细则巨大漏洞 比赛细则 目 录 Contents 遗留问题 总 结 01 比赛细则 今天,全国大学生智能车竞赛竞赛秘书处与恩智浦公司技术人员对于明年暑期第十八届竞赛中的智能视 ...
- 智能车竞赛技术报告 | 节能信标组 - 中国计量大学 - 赛博 - 8
学校:中国计量大学 队伍名称:赛博-8 参赛队员:叶佳航 周豪 杨敬淳 带队教师:金小萍 陈东晓 第一章 引言 1.1智能车研究背景 1.1.1发展历史 近些年,一方面随着 ...
- 智能车竞赛提问回复-2021-3-25
▌交流磁场信号会改变地磁极吗? 卓大,我想问个问题,智能车比赛的交流信号磁场会对地磁计产生影响吗? ▓ 回复: 在今年的智能车竞赛中存在两个交流信号源:(1)第一种是电磁赛道上的到此导引线,它内部通有 ...
- 霍尔开关YS1382检测速度 以及对 智能车竞赛节能组的影响
简 介: 根据参加全国大学生智能车同学的反馈,研究了在智能车竞赛中节能信标比赛中出现车模偶尔无法触发信标灯的原因.通过实验测试验证了这是由于所采用的无极性霍尔开关休眠特性所引起的.最后给出了解决方案. ...
- 智能车竞赛计时系统感应线圈放在节能充电线圈上输出电压会多大?
简 介: 直接将计时系统的感应线圈放置在节能充电线圈上,可以测到得到300 ~ 400 V的高频电压. 关键词: 智能车竞赛,裁判系统,高频,高压 #mermaid-svg-NvfujY80O2qyY ...
- 智能车竞赛秘书处与RT-Thread关于第十七届智能车竞赛第一次会议
§01 网络会议 一.背景介绍 全国大学生智能车 在第十六届竞赛中 与 RT-Thread 进行了合作,做众多比赛MCU平台上,鼓励参赛同学们在智能嵌入式设计中引入 嵌入式OS系统,来提高设计系统 ...
最新文章
- @RequiredArgsConstructor用法
- 【今日CV 计算机视觉论文速览 第148期】Mon, 29 Jul 2019
- glMatrixMode()函数
- HUSTOJ(2019)在线判题系统的从零开始搭建过程
- HTML Layui Distpicker 住址/收货地址选择 联动选择框
- Linux的命名空间
- java读写十六进制文件_Java:文件到十六进制
- Photoshop for deepin.deb
- android播放幻灯片控件,android幻灯片控件PPT
- 局域网共享一键修复(转载)
- 冯·诺依曼体系结构总结
- 彻底解读剪不断理还乱的\r\n和\n, 以Windows和Linux为例
- Date与tring的转化
- 线性方程组什么时候无解?多个解?唯一解?
- 欧美女性flash网页模板
- c#操作word文档之简历导出
- 最新ThinkPHP内核全行业小程序运营管理系统源码 DIY布局 一键生成小程序
- 火鸡节日特辑,亚马逊12.99超值午餐配送开始啦
- 原生js+div+css,动态画结构图/流程图
- Linux基础入门篇知识回顾