Pull to refresh

Comments 62

Ох. Вы как Ландау с Лифшицем...

Я вот в курсе и про ультразвук и про корелляционные методы, но все равно неудобно - надо вдумчиво разбирать статью, а это всё же популярный ресурс.
Самый главный вопрос - какое разрешение получается? Вот эти 4 метра до стены с какой точностью получены?
Скорость звука зависит от температуры - как это влияет на точность? А ветер?

Самый главный вопрос - какое разрешение получается? Вот эти 4 метра до стены с какой точностью получены?

За один семпл (22.6 us) на 44100 Hz звук пролетает 331*(1/44100)=7.5mm.
Свертка ЛЧМ дает максимум в одном семпле.
Получается разрешение должно быть 7,5 mm.

Скорость звука зависит от температуры - как это влияет на точность? А ветер?

Чтобы ответить на этот вопрос нужны дополнительные исследования.

Получается, можно оценить размер помещения и наличие крупных предметов рядом. )))

Что можно улучшить?

Подключить к смартфону TOF датчик, стоимость,потребление и размеры которого на порядок меньше, чем второй смартфон. Сделать сонар для дистанции от 4 до 30 метров( в зависимости от датчика) с разрешающей способностью на уровне 1-3%.

Подключить к смартфону TOF датчик

Тогда уж подключить к датчику Ардуино и залить готовый скетч ;)

Было бы круто использовать 1 смартфон и всё измерять внутри него. Хотя. с одного не очень направленного датчика много информации не получится.

В топовых смартфонах уже есть лидар, можно даже 3д модели строить, не только расстояние измерять

3D модель можно построить и без лидара. Расстояние тоже можно мерить без лидара. Для этого надо камеру либо стереокамеру. но эти способы хороши для неподвижных объектов и уступают спец датчикам по потреблению дальности точности. Поэтому все что есть в смартфоне - это чтобы поиграться, а не измерять расстояния в реальном времени.

Никто не мешает это сделать. Динамик есть микрофон есть.

В данной статье зачем-то делается запись излучаемого сигнала Причем используется ЛЧМ зачем-то, потом корреляция зачем-то. Все это не является обязательным.

Если делать с внешним микроконтроллером, то проще взять ESP8286(Wi-Fi) или JDY-10 (BLE) или ESP32-C3(WiFi+BLE) и ультразвуковой датчик, как самый дешевый, и реализовать беспроводное соединение со смартфоном. Делал так на различных датчиках (на хабре есть статья).

В общем, вариант, описанный в данной статье, является самым сложным и наименее точным из возможных.

и ультразвуковой датчик

Смысл моего текста как раз в том чтобы не использовать ультразвук.

Ультразвук используют не просто так. Очевидно на это есть причины, но Вы их как-то умолчали.

Можете пояснить:

Зачем два смартфона? Почему все не сделать на одном?

Как Вы реализовали синхронизацию смартфонов, чтобы определить расстояние методом TOF?

Что дает ЛЧМ?

Зачем считать корреляцию, а не использовать обычный амплитудный детектор?

Вы диаграмму направленности микрофона и динамика смотрели?

Ультразвук используют не просто так. Очевидно на это есть причины, но Вы их как-то умолчали.

Вам известны ASIC микросхемы ультразвуковых аудиокодеков?
Чтобы на выходе был аналоговых вход, выход, I2C для конфигурирования и I2S для цифрового звука?

Продолжайте, пока непонятно, как это связано с моим вопросом и данной статьей.

Для воспроизведения и записи звука существует много ASIC чипов аудиокодеков.
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1r7tuNrQ8PPfIVcM2FeGpwa1eeWjyq41CD0MGq_Q_VV8/edit?gid=0#gid=0

Например NAU8814, WM8731, CS42L52, MAX9860, SGTL5000XNAA3.

Существуют ли аналогичные чипы для ультра звука?

Деление акустических колебаний на звук и ультразвук условное.

Чем отличается звук от ультразвука? Звук с частотой 20.5 кГц - это звук или ультразвук? а с частотой 22 или 30 или 40 или 19.9?

В указанной Вами таблице все чипы работают с ультразвуком так как имеют частоту дискретизации 48 кГц и выше, а это означает, что они способны работать с частотой звука до 24 кГц (см теорему Котельникова- Найквиста) .

Поясните, зачем его записывать.

-----------------

Применительно к звуковым сонарам замечу, что проблема не в том, чтобы генерировать или записывать электрические сигналы с частотами выше 20 кГц, а в том чтобы излучать и принимать колебания окружающей среды (воздуха, воды , металла) с такими частотами. При этом для пространственной избирательности необходимо формировать узкий луч таких колебаний. Габариты таких устройств и их характеристики и определяются частотой колебаний. Чем выше частота тем меньше габариты при прочих равных характеристиках.

так "готовый-кодек" это совокупность цап, дсп и входных/выходных трактов. при переходе на ультразвук корректно работать будет только цап. дсп расчитан (наверняка) на слышимый диапазон, тракты расчитаны на "звуковые" излучатели/приемники.

по поводу разницы звук/ультразвук. в первую очередь ультразвук позволяет передать больше энергии без создания акустического дискомфорта людям. те же парктроники работают на частотах порядка 40кГц и, как вы уже заметили разница лишь условная. если нужны реальные преимущества ультразвука, то там уже совершенно другие частоты.

формирование узконаправленного луча опять же возможно уже в слышимом диапазоне и определяется лишь конструкцией и габаритами излучателя/приемника

Вы ошибаетесь. В первую очередь это возможность реализовать компактные излучатели/приемники с узкой диаграммой излучения/приема. Если Вы возьмете как в статье 500 Гц, то длина волны такого звука составляет 60 см. Излучатель и приемник такого сигнала должен быть соизмерим с длиной волны. Прикольно парктроники диаметром полметра да еще 4 штуки на авто.

Да и погрешность измерения расстояния тоже соизмерима с длиной волны. Типа паркуемся с погрешностью плюс минуc полметра.

невнимательно читаете.

определяется лишь конструкцией и габаритами излучателя/приемника

как в статье 500 Гц

в статье ЛЧМ 500-5000 и немного другой принцип нежели вы подразумеваете (как понял я). Если использовать такой же принцип в УЗ диапазоне, то вы или попадаете на звуковой диапазон (условно 4-40кГц) что убьет все преимущества перехода на УЗ, или выходите на частоты иного порядка (условно 40-400кГц), что совсем выбивается из концепции использования доступных средств

Я видел что от 500 до 5000. Но упростил Вам задачу, чтобы Вы хотя бы это поняли. В случае Вашем Вы посмотрите АЧХ Вашего динамика и микрофона в этом диапазоне.

Не в обиду будет сказано, но про условно 4- 40 кГц также как и про 500-5000, это глупость. Вы очевидно слышали про ЛЧМ сигнал в локации, но не читали учебники. В локации как и в любой приемо-передающей системе используют узкополосные сигналы, т е центральная частота много больше полосы. Вы нарушаете это правило, поэтому радиолокация не имеет ничего общего с вашим устройством.

Жаль, что вы не читаете учебников, а сразу пишите статьи на хабре.

а с чего вы взяли что я статьи пишу? ну и раз теорию на счет локации (конкретно акустической) вспомнили, давайте еще вспомним про затухание сигнала и его зависимость от частоты.

Давайте вспомним. Я помню, что поэтому для локации в воздухе не используют частоты выше 40 кГц. Что Вы помните?

В случае Вашем Вы посмотрите АЧХ Вашего динамика и микрофона в этом диапазоне.

Я когда смартфон в торговом центре покупал в инструкции отсутствовали графики AЧХ для микрофона и спикера. Продавец консультант мне тоже ничего не смог сказать про это.

Для этого есть интернет.

Зачем считать корреляцию, а не использовать обычный амплитудный детектор?

Амплитудный детектор (компаратор) для регистрации эхо -это очень плохая идея. Так как, например,  взвыв петарды в соседнем дворе приемник на компараторе станет интерпретировать как эхо.

В связи с этим зондирующий сигнал должен быть уникальным и иметь неземное происхождение.

Таких звуков как зондирующий сигнал в принципе не должно быть в природе. В этом вся суть.

А в  идеале трансивер должен ещё и менять параметры зондирующего сигнала, чтобы его не смогли воспроизвести злоумышленники.

Вот так.

Вы книжки по когерентному приему сигналов смотрели? Надо не корреляцию считать, а умножать на опорные квадратурный сигналы на основе излучаемого фильтровать и вычислять модуль, так как излучаемый сигнал у Вас детерминированный. Злоумышленники воспроизведут без проблем так как они тоже запишут Ваш излучаемый сигнал и по нему примут отраженный от всего в округе Ваш сигнал.

У Вам излучатель (динамик) и приемник(микрофон) имеют круговую диаграмму т е излучаете вы вокруг и принимаете все кругом. Это не дальномер а регистратор эха от окружающих Вас предметов.

Вы книжки по когерентному приему сигналов смотрели?

Я читал Бернард Скляр: Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2017

Что ещё посоветуете почитать по этой теме?

Но Вы же не цифровую связь реализуете? Если хотите использовать ЛЧМ и знаете что это для сжатия сигнала во времени а также для борьбы с помехами, то тогда и посчитайте сначала что это даст в вашем случае. скорее всего ничего или даже будет хуже чем если просто импульсы с одной частотой.

Начните с учебников по TOF дальномерам. По проектированию приемно-передающей и усилительной аппаратуры. По излучателя звука и ультразвука.

Зачем два смартфона? Почему все не сделать на одном?

Потому что в моем смартфоне приложение проигрыватель и диктофон не умеет одновременно воспроизводить и записывать звук. Поэтому два.

А зачем записывать сигнал, который излучаете? Излучаете в реальном времени и записываете и все на одном смартфоне. Более того Вы тогда и синхронный прием можете сделать и не записывать принимаемый сигнал а сразу его обрабатывать.

Для этого надо на Andriod приложение писать. А я хочу код потом на микроконтроллер перенести. На Си проще DSP обработать семплы, чем на Kotlin-e.

Не получится. На микроконтроллере все делается в реальном времени и без записи сигналов. Я использую лазерные TOF датчики, так как они более точные , чем ультразвуковые и ими можно получит 3D картину без вращения датчика.

На микроконтроллере все делается в реальном времени и без записи сигналов

В MCU можно на SD-карту в реальном времени записывать wav файл. Всё диктофоны типа Olympus так и делают.

1) Зачем?

2) Скорость записи на SD карту на микроконтроллере низкая.

3) Можно записывать в память. Но зачем?

Можно записывать в память. Но зачем?

для пост обработки на lapTop-e

Скорость записи на SD карту на микроконтроллере низкая.

SDIO шина работает до 50Mbit/s. При этом трафик от аудиокодека с I2S - 1,5 Mbit/s.
Можно 50-ти канальный звук записывать.

SDIO обычно занята flash.

Вы диаграмму направленности микрофона и динамика смотрели?

нет

Причем используется ЛЧМ зачем-то

Так делают в радиолокации. Вот и я так стал делать.

Вы хотя бы прочитали зачем так делают в радиолокации.

Да. В радиолокации используют ЛЧМ чтобы снизить требования по мощности к зондирующего импульсу.

Плюс лчм при сверке даёт дельта функцию. То есть палку в один семпл.

Вы читали как зависит сжатие во времени от ширины спектра? Как влияет форма огибающей? Какое отношение несущей к ширине полосы? Вы посчитали будет ли у Вас выигрыш?

Метод сжатия импульса обеспечивает выделение сигнала от цели, перекрытого шумом. Принятые сигналы обрабатываются в приемнике в фильтре сжатия. Фильтр сжатия изменяет относительные фазы отдельных частотных составляющих так, что в результате образуется короткий импульс, называемый сжатым импульсом. В результате дальность действия радиолокатора становится больше ожидаемой, рассчитанной с применением традиционного уравнения радиолокации.

Способность приемника со сжатием импульса улучшать разрешающую способность по дальности в сравнении с обычным приемником характеризуется коэффициентом сжатия импульсов (англ. pulse compression ratio, PCR). Например, значение коэффициента сжатия 50:1 означает, что разрешающая способность радиолокатора в 50 раз меньше по сравнению с традиционным радиолокатором, использующим зондирующий импульс такой же длительности, что и несжатый зондирующий импульс радиолокатора со сжатием импульса. Коэффициент сжатия импульса может быть выражен в виде отношения разрешающей способности, соответствующей немодулированному импульсу длительности τ, к разрешающей способности, соответствующей модулированному импульсу той же длительности, но с шириной спектра B.

Вопрос: У Вас какой коэффициент сжатия получился?

 Как влияет форма огибающей? 

Нет. С удовольствуем бы почитал про это. Либо надо на экспериментах проверять какая огибающая эффективнее всего.

Искал-искал в статье FPGA, но так и не нашел. Но статью читаю почему-то в разделе FPGA.

Данная задача идеальный пример для решения на fpga. Поэтому она в этом разделе.

На FPGA можно много что сделать, но если в статье FPGA не используются, то думаю, что не нужно ставить соответствующий тег.

https://phyphox.org/ еще одна любопытная программа в тему экспериментов (там расстояние можно мерить звуком). (Программа Phyphox использует датчики смартфона для физических экспериментов. Она позволяет измерять ускорение, давление, освещенность, магнитное поле, местоположение, частоту вращения (гироскоп) и другие параметры.

Также доступны функции для анализа звуков (частота, амплитуда, спектр, эффект Доплера), измерения расстояний (сонар, LiDAR), наклона, центростремительного ускорения, энергии столкновений и поведения маятника. В повседневной жизни можно использовать её для оценки звуков, анализа движения лифта или измерения времени с помощью различных таймеров.)

Вдруг тут мне ответят.
Недалеко от меня есть магазин с большой автостоянкой. Проходя мимо очень часто слышу прерывистый высокочастотный звук, который повторяется раз в несколько секунд (частота, скорее всего, выше 10 кГц). Что это может быть? Аналогичное бывает и в других местах рядом с [дорогими] автомобилями.

Надо записать на диктофон и посмотреть спектр в программе Audacity. Пока сложно что-то сказать. Может это сигналы сонара для автоматической парковки.

Автор какое у Вас образование, интересно?

Я завершил бакалавриат и магистратуру по направлению "Вычислительная Техника" в одном из московских ВУЗов.

Почему Вас заинтересовало моё образование? Мы из одного ВУЗа что-ли?

Интересно, а что Сноуден про это знает?

Ну там он же кучу секретов знает, мало ли до чего ЦРУ дошло в плане отслеживания по смартфонам

И чему должна быть равна частота среза в фнч 8?

А почему бы не квадратурный смеситель?

С большим интересом прочитал, спасибо!

Пожалуйста. Надеюсь, что этот текст сподвигнет других тоже экспериментировать с акустическими сонарами.

Sign up to leave a comment.

Articles