Не бях чувал за Lock-in Detection до момента. 2 вечери се приспивам разглеждайки странички и видоеклипчета по темата.

До колкото схванах принципа дава възмижност за измерване на фаза и амплитуда дори ако сигнала е много силно зашумен. Твърдят, че е възможно измерване с 1% точност на фаза и амплитуда на сигнала, когато полезния сигнал е 1uV , при ниво на шума 1V ...

За целта обаче трябва референсната и сигналната честоти да са абсолютно еднакви ...

В моя случай това не знам как да стане.

При мен имам 2 устройства далече едно от друго без електрическа връзка помежду им.
Имат RTC часовници синхронизирани с точност +/- 30uS и 20ppm кварцове на процесорите.

Амплитудата силно зависи от разстоянието помежду им.
При предавателя има допълнително източник на шум (бръмчене на мотор и механика) с ниво около 50дБ

Сметките трябва да се правят с Cortex M4, като е желателно това да става поне 1-2 пъти в секунда.

Целта е да се измери закъснението на излъчения сигнал от едното устройство и приет от другото устройство, като се знае момента на излъчването му с точност +/- 30uS.

Правил съм ултразвукова ролетка с 40кХз зумери, но за тези разстояния (40-70 метра) нещата изглеждат сложно, а и зумерите имат насочена диаграма на излъчване и приемане. Допълнително шума много силно им пречи, особено на големи разстояния, когато нивото на приетия сигнал е ниско.

Тук ориентацията не трябва да има значение. Т.е трябва да се излъчва във всички направления в хоризонтална равнина.

Не съм сигурен как точно се води lock-in detection на български, мисля, че е синхронна или хомодинна детекция. Но това е само един начин да увеличиш SNR. Ако се върнеш назад и погледнеш какво съм ти написал, сигурно ще се сетиш, че методите за Pulse compression помагат освен за по-точна корелационна обработка и за повишаване на SNR.
Не помня в коя тема някой коментира радиомодемите, които работят при SNR < 0 dB, че видиш ли не било баш така. Е баш така си е, може да имаш ниско отношение сигнал/шум (в лента), обаче сигнала го "разтягаш" във времето, като по този начин "набиваш" повече енергия в сигнала, така че Eb/No да ти покрие критериите на приемника.

Те тогава не разбирам каква ти е била идеята с белия шум? Нали за корелация ти трябват два сигнала, отде щеше да го вземеш втория?

Така или иначе, дали ще е бял или псевдо-бял все ще е сигнал с някакъв спектър и като такъв ще съдържа много информация. Ако имаш нужда от тази информация - ОК, мъчи се да я предаваш. Но ти де-факто нямаш нужда и само си усложняваш живота, защото колкото повече информация се опитваш да прекарваш през даден канал, толкова повече настъпваш мотиките.
Корелацията наистина търпи определени загуби и определен шум... но колко ли ще търпи? ОчевАдно истински бял шум няма как да предадеш, защото той е сигнал с безкраен спектър. Докато стигне до приемника голяма част от спектъра ще е изядена и като добавиш шум ще получиш едно много бледо копие, дето и ти няма да може да разпознаеш

Идеята с локина е, че ще работиш само с 1 честота и то без амплитудна модулация. Демек предаваш DC сигнал с минимална информация в него. Предполагам 16 бита са ти повече от достатъчни, на практика ще са по-малко. Ако можеш да се позволиш секунда мерене (демек ако не ти се променя разстоянието приемник-предавател) то имаш някакви мижави 16 бита в секунда... Това ти е необходимия bandwidth на канала. По-тънко от това не мисля че може да минеш

Относно синхронизацията на честотите... мисля че 20ppm са повече от достатъчни. Хубавото на локина е, че обработките може да ги правиш софтуерно. Така, че щом клокът ти е стабилен може да го сверяваш. Но само като честота. Проблемът според мен е, че няма как да се "свериш" по фаза. Демек трябва ти нещо за нулиране... В идеалния случай най-добре втори канал (радио) или втори предавател. С втори предавател предимството е, че ще имаш възможност за триангулация (било на позицията или на часовниците). Но предавателите трябва да са много точно синхронизирани помежду си... С радио може би пък ще ти е по-лесно, не знам...

Като идея е ОК.
Първия сигнал е "изпратеният" шум- предварително генерирана поредица от стойности.
Вторият сигнал е "приетият" шум - сигналът, приеман в период от време,, съответстващ на очакваното закъснение. После двата сигнала се "наслагват" - конволюция на изпратения сигнал с един плъзгащ прозорец на приетия. Получената функция се нарича кроскорелационна функция между двата сигнала.
Това, което аз коментирам е какъв да е изпратеният сигнал. И твърдя, че белия шум е непрактичен, въпреки че тероретично е идеален.

аз пак да питам - защо искаш да го правиш в звуковият спектър?
и защо звук? - това са механични трептения, които за да се предават им трябва среда с някаква плътност.
защо не ползваш радио честоти? на 7 метра трудно ще заглушиш даже блутут. не казвам че не е възможно, освен ако нямаш специално направен хардуер за това, но иначе повечето блутуи/2.4ГхЗ/800-900Мхз радио чипове не се заглушават напълно така лесно.
ще си пускаш пилот сигнала, оп който да си мериш/синхронизираш и си пееш.
меренето няма да е като при сонарите, ами ще мериш фазовото изместане за да получиш разстоянието - правено е и не е трудна задача..

Имаш ли идея как може да стане това ?

Аз не виждам как може да стане с радиочестоти. Скоростта им на разпространение е прекалено голяма и за малките разстояния мерим нано и пико секундни времена ...

Блутуд 5 е правен да поддържа нещо подобно, но изисква специални антени превклщчвани към един приемник и резолюцията която твърдят че ще постигнат е няколко дециметра... Вижда ми се доста сложно ... Разбира се предполагам, че в радиото има някаква хардуерна поддръжка за точното и бързо измерване.

Чипкон навремето имаше едни SoC радио + процесор + "хардуерно сметало", като чиповете бяха създадени точно за индор GPS за малки разстояния. Там разчитаха на промяната на RSSI на приетия сигнал във функция на разстоянието. Мереха го и на база на него триангулираха и изчисляваха координатите.
Факта, че тези чипове не просъществуваха дълго и отдавна не се предлагат ми говори, че RSSI базирани сметки не са удачен вариант за целта.

Идеята за белия шум е по-скоро патърн на непериодичен сигнал с малка продължителност излъчен от предавателя и известен на приемника, с който да се корелира.

Дан, погледнах го и баркер кода и до колкото схванах - това е предварително известен и излъчен патърн, който се търси в приетия сигнал - вместо белия шум примерно

Има възможност за точна (<1uS) синхронизация през радиоканала, така че ако сигнала е нискочестотен ще е известна и ще се синхронизира и фазата му в началния момент.

Щом една лазерна рулетка може да мери сантиметри и милиметри, едва ли меренето на закъснение е голям проблем. В случая иде реч на мерене на фазова разлика между излъчен и приет сигнал.

"малки" и "големи" е относително понятие
Значи въпросът е ти каква резолюция може да постигнеш с таймери и кепчъри. Аз примерно съм правил мерене дължината на jtag кабели, понеже дължината на кабела оказва влияние на закъснението, а тъй като source-synchronious интерфейс това е важно при семплирането.
Най-лесният вариант е ако може да направиш "ping" при който папагалът отговаря с фиксирано закъснение. Пращаш и мериш за колко време се връща ехото. Закъснението ти се увеличава с 1нС за всеки 15 см. При 70м имаш почти половин микросекунда. Малко е наистина, за да го мериш софтуерно. Но ако можеш да го изкараш като импулс или импулси, меренето им не е проблем.


Ок, щом имаш и радио нямаш проблем и със звука...

Аз идеи имам много затова те питах комерсиално решение ли е или упражнение на мозъка
мисля че ти написах, че за далекомер с радио честоти, като при лазерните с постоянно излъчване се мери фазата на сигнала.
Фазата се променя с разстоянието като гледаш единичната окръжност....

Да си припомним, че акустичното мерене се прилага в среди в които електромагнитните вълни имат проблем с разпространението.

Ако приемем, че радиовълна "изминава'' 1 м. за около 4 nS и ако решим да мерим с резолюция 1 м посредством отчитане на фазова разлика в обхвата 0 - 180 гр. то периодът на сигналите, които ще се сравняват трябва да е 1,44 E-6 S, което означава импулси с честота около 700 kHz.

Как го изчисли?

Ако търсиш точност 10 см, в диаметър 100м ...това са от 0.3 до 300нс. Някакъв сигнал около 1..3МХц.
Може би ще го филтрираш и усилиш? С какво закъснение?
При условие , че имаш синхронизирани часовници с каква точност ? 0.03нс ? Как се постига това?

f = 1/(360*4*10^-9)

Това нищо не ми говори, наистина ми е интересно.
Също - каква система за измерване би описал?

Изхождам от това, че радиовълната изминава разстояние от 1 метър за време 4 ns (приблизително).

Ако приемем, че ще отчитаме фазова разлика с точност от 1 гр. то ни трябва сигнал с период 4 ns x 360 гр.

От така получения период, получаваме честотата на сигнала (694444 Hz).

Методи за мерене на фазова разлика - бол.