Выделите текст, чтобы комментировать.
Управление дальнего действия для БПЛА. Руководство по актуальным вызовам времени
В тестовом режиме или как дополнительное средство разведки можно использовать метеозонды в атмосфере, запущенные на высоту до 3 км (и даже, как утверждают некоторые источники 24-37 км – автором это не апробировано) для наблюдения за работой и производительностью БПЛА. Чем выше размещен БПЛА (или зонд) – тем крупнее план обзора. Однако с высотой теряется и точность видеокартинки.
Поэтому практики для разведки местности применяют комплекс средств – БПЛА (и зонды), а также все более часто – аэростаты – на большой высоте, и дроны разведки на малой высоте.
Сие организуется одной группой операторов, взаимодействующих рядом или находящихся на постоянно связи между собой.
Таким образом, расположенный на высоте до 10 км БПЛА видит общую картину, а дрон пролетающий над землей – уточняет ее детали. После сопоставления разведданных принимается обоснованное решение.
Автор видел усилители сигнала мощностью 0,3– 22 Вт. Соответственно для разных целей применения БПЛА. Для уверенного управления и получения данных с расстояния 30–50км достаточно усилителя–модуля мощностью 2 Вт, и 5 Вт для обеспечения устойчивой связи с БПЛА на расстоянии 50–80 км от оператора. Усилитель мощностью 10 Вт (по классификации PA) поддерживает уверенную связь с оператором, отстающим на 100–150 км.
Эти данные приведены с запасом 10–15%, который всегда лучше учитывать в связи с погодными условиями или действиями РЭБ потенциального противника.
Каждая единица БПЛА двусторонней двунаправленной модели является приемопередатчиком и может «повторять» (усиливать) сигналы, полученные по каналу настроенного взаимодействия от других дронов одной группировки.
Схема взаимодействия
Переход на диапазон
Профессионалам надо лишь максимально избегать частот, которые уже используются в конкретной местности и условиях, чтобы уменьшить помехи и избежать зависания или мозаики качества изображения. Реально программно установить частоту в веб-интерфейсе программного обеспечения или с помощью инструмента платы конфигурации параметров. Антенна и усилитель мощности работают так, что их частотный диапазон фиксируется при настройке.
При необходимости надо изменить параметры и основу антенну и PA, когда вы изменяете частоту вне обозначенного производителем частотного диапазона. К примеру, для частотного диапазона 1,4G (1,4 ГГц), антенна, настроенная по резонансу КВС (коэффициенту стоячей волны) работает на 1.4G сработает эффективно, но оператор–пользователь не лишен технической возможности изменить рабочую частоту передатчика и приемника, перенастроив КСВ на 800 МГц.
Схема работы оператора и БПЛА
К рассматриваемому конкретному примеру устройства БПЛА TX900, он имеет три частотных диапазона, которые могут быть опциональными от 0,8 до 2,4 ГГц. Диапазон рабочих частот Vcan1818 может быть задан в соответствии с потребностями задачи для конкретной задачи.
В данном случае отдельная лицензия на усилитель мощности для решения задачи обеспечения максимальной дальности передачи требуется – частоты фиксированы, и не могут расходоваться путем обновления программного обеспечения, за исключением того, что вы меняете аппаратную часть модуля приемопередатчика и PA.
В ключе сих досужих рассуждений возможно изменить параметры без перезагрузки радиостанции БПЛА в комплексе характеристик: частота, пропускная способность, и усилитель мощности. Модуль беспроводного передатчика поддерживает полосу частот 1427,9–1447,9 МГц (1.4 ГГб – как показано в результирующей части статьи) или 806 –826 МГц (800 – понятный диапазон соответствующей частоты), или опционально 2401,52481,5 МГц (2.4 ГГб – ниже в тексте).
Желательно выбрать нужный диапазон частот, к примеру, 1.4G, 800 МГц, или 2.4, при этом электронный модуль с резонансом антенн и PA настраивается в соответствии с полосой частот. В полосе частот диапазон 1,4 G составляет от 1427,90 до 1447,0 МГц. Как и в формате Wi-Fi, модуль автоматически выберет частоту с лучшим текущим сигналом в качестве точки частоты передачи, поэтому не требуется вручную изменять точку частоты, если пользователю не надо изменять точку частоты с худшим сигналом. При «переходе» частот желательно перезагрузить настройки передатчика и приемника.
Параметры беспроводной настройки автоматически и динамически устанавливаются в конкретике на основании задач и «деталей» (нюансов) и зависят от скорости передачи данных выбранного трансивера от частоты передачи сигнала. В той же полосе частот, к примеру 1.4ГГб скорость передачи, которую мы обычно называем (также называется скоростью радио-интерфейса зависит от пропускной способности беспроводной сети (в вариантах 10 МГц, 20 МГц) и параметры беспроводной модуляции (QPSK, КАМ16, КАМ64).
Отсюда ясно, что пропускная способность беспроводной сети устанавливается пользователем, к примеру, страница беспроводной сети под системой.
Формат QAM64 для коротких расстояний, а QAM16/QPSK используется для больших расстояний. Это отличается от односторонней передачи изображения в формате cofdm.
С той же конфигурацией полосы пропускания 20 МГц, скорость ради-интерфейса достигает 30 Мбит/с на коротких расстояниях, но только 3–4Mbps на экстремальных (увеличенных) расстояниях.
Параметры беспроводной настройки в конкретных условиях, текущие параметры настройки беспроводной сети, клиенты должны исследовать и с ними работать самостоятельно.
Диапазон частот, выбранный пользователем, не зависит от скорости передачи диапазона высоких частот. Теоретически, радиоволна в диапазоне высоких частот соответствует короткому циклу, поэтому время передачи короткое, а скорость передачи высокая, но конкретное теоретическое значение.
В деталях, применительно к конкретному электронному оборудованию пользователь может протестировать его с помощью ПО для измерения скорости, к примеру, конкретно TX900 интегрирован с измерением скорости IPERF.
LOS – параметр пол зрения и NLOS (Non-линия визирования) в видимом диапазоне может поддерживаться системой беспроводной передачи, в зависимости от расстояния передачи и соответствующего усилителя мощности, который выбран.
Можно выбрать из вариантов от 7 до 150 км дальности контроля. Наилучшими условиями применения «дальних БПЛА» является открытая местность. Но в реальных условиях «идеал» почти недостижим. Сигналы беспроводной передачи видео аналогичны сигналам радио и GPS (но с разными частотными диапазонами). БПЛА получают сигналы управления даже при наличии дифракции.
Расстояние передачи вне прямой видимости зависит от того, какое препятствие между передатчиком и приемником. Из-за кривизны Земли, что создает препятствия между передатчиком и приемником, и требует больших расстояний, необходимо следить за тем, чтобы БПЛА летел достаточно высоко (на высоте не ниже 70–100 метров от грунта) или использовать дополнительно БПЛА–повторитель сигналов управления и передачи данных в качестве ретранслятора.
Подключение бОльшего количества камер обеспечивает более устойчивое и «плавное» видео. Современные видеоконтроллеры, адаптированные для БПЛА допускают подключение до 24 камер одновременно. Этот способ особенно уместен при дальних расстояниях использования БПЛА и небольших по площади объектов-целей.
Средняя пропускная способность потоковых данных для видео-обзора по умолчанию составляет 30 Мбит/с. Если вы подключаете четыре или пять камер, пиксели каждой камеры достигают разрешения 1080p, и расстояние передачи больше, чем 30 километров, видео иногда зависает.
Когда это произойдет, вы можете настроить формат видео на более низкий пиксель видео, или уменьшите количество камер, подключенных к передатчику.
Итак, скорость полосы пропускания нашего единственного набора каналов составляет 30 Мбит/с. Подключение дополнительных передатчиков таково, что каждый передатчик занимает соответствующую полосу пропускания.
Особенности линии связи для БПЛА для передачи видео и телеметрии
Каждое устройство TX900 имеет два Ethernet-разъема RJ45 для IP-камеры и поддерживает расширение большего количества камер с помощью сетевого коммутатора. Современные электронные системы допускают три порта данных, и один двунаправленный аудиовход-выход.
БПЛА рассматриваемых как пример моделей TX900 и Vcan1681 имеют программную авторизацию, зависимую от расстояния передачи сигнала. Устройство Vcan1818 не имеет этой настройки, дальность передачи зависит от усилителя мощности. Как и во многих других случаях применения более совершенных систем.
Беспроводной-трансивер, действующий на 30 и более километров с функционалом дуплексного (одновременного) канала приема–передачи данных 5 Вт весит всего 142грамма и 242 грамма (всего) весит трансивер мощностью 10 Вт.
Задержка (в передаче сигнала) для модуля трансивера БПЛА мощностью 5 Вт будет различной на расстоянии в 55 км или 80, тем более в 100–150 км. Как правило в современных устройствах параметры таковы: задержка в передаче изображения 200-300 мс видео не равна («худо–худо не равно») с передачей команд, где задержка составит всего 30-60 мс.
Как передатчик отличает, от какого приемника его нужно подключить
Передатчик и каждый приемник имеют уникальный IP-адреса. К какому передатчику и камере оператор БПЛА получает доступ с приемника, это зависит от IP-адреса, установленного заранее.
Даже если множество комплектов передатчиков или приемников находятся в одном месте, вы можете получить доступ только к устройствам, IP-адреса которых вы знаете.
Даже если другие неавторизованные пользователи знают конкретный IP-адрес, задействованный в модуле связи БПЛА, не могут получить доступ или просмотреть видео передатчика и камеры, чтобы обеспечить конфиденциальность беспроводной передачи потокового сигнала.
Интеграция NVR
Если прямая трансляция и запись видео выполняются одновременно. По авторскому опыту операторы используют RTS на ПК для просмотра или записи видеоконтента IP-камеры.
Если требуется настроить NVR в соответствии с конфигурацией оборудования, БПЛА могут использоваться как средства удаленного наблюдения за территорией. Порт данных D1 не используется. D2 — это SBUS, D3 — TCP-сервер – об этом подробнее далее.
«Максимальные» характеристики и ограничения
При мощности трансивера (приемо-передатчика) в 10 Вт, БПЛА TX900 обеспечивает устойчивую дальность передачи информации и управления на расстоянии до 200 км на высоте 1000 метров. Фактически это было протестировано как в равнинной, так и в горной местности.
Устройство поддерживает почти все популярные протоколы Ethernet, TCP/IP, и др. Встроенной электронный контроллер для связи дальнего действия также поддерживает протокол Mavlink для управление полетом. Благодаря этому по протоколу Mavlink в трансивере не требуется дополнительной настройки.
Применительно к конкретной модели БПЛА шифрование данных возможно только в формате АES128, но в других системах может быть вариативно лучше. БПЛА имеет функцию IP-сети и допускает три варианта дальности организации связи 3 км, 10 км, и 50 км.
На иллюстрации показаны электронные модули трансиверов
С протоколом MavLink, можно использовать Pixhawk Ardupilot – качество видео одинаковое на дистанции от оператора и 55, и 80 км. Рабочая частота должна выбираться в соответствии с вашей местной политикой авторизации частот. Если в районе применения БПЛА есть DVB-T/DVB-T2 цифровое телевидение, диапазон частот от 170–860 МГц, тогда рекомендуется 1,4 ГГц.
Таким образом, с помощью БПЛА в небе организуют невидимую сеть связи с другими БПЛА на указанном выше расстоянии удаления и эта система подобна сетевому кабелю с высокой скоростью передачи потоковых данных, только без проводов.
Дополнительный «плюс», нередко используемый операторами дронов при «массовом вылете» – дублирование канала связи и передачи информации в группе из 10–20 БПЛА. В таком случае «группировка» становится менее уязвимой для поражения средствами ПВО.
БПЛА с модулем связи мощностью 5 Вт типа OFDM VTX обеспечивает контроль и видеоданные в движении на расстоянии до 55 км от оператора при высоте не более 300 метров над уровнем земли.
Если требуются более существенные по дальности применения условия – для этого используется более мощный модуль связи или обеспечивается взаимодействие БПЛА в группировке дронов, состоящей из нескольких единиц. В группировке, летящей условно как «стая гусей» каждый отдельный БПЛА может находиться на расстоянии от другого до 30–50 км, при этом обеспечивая устойчивую связь (принимая и повторяя сигналы управления и передачи потоковых данных, в том числе видео картинки) от других взаимосвязанных БПЛА группировки.
В том числе поэтому потоковое использование БПЛА без потери связи управления между ними стало настоящей «тревогой» для средств ПВО. Нарушить такую систему взаимосвязи при шифровании, повторении и усилении сигналов – непросто.
Однако, рассмотренный тип БПЛА не меняет настройки (режим работы ретранслятора между точками связи) во время полета – как это можно делать у других более современных устройств. Настройки функции трансивера, в том числе в режиме репитера (повторителя сигналов других БПЛА) устанавливают на земле.
Основной модуль связи имеет функцию электронного журнала и памяти. Перед полетом, он включается и далее записывает статус работы БПЛА и в частности беспроводной связи. Когда возникает проблема со связью безотносительно воздействия средств радиоэлектронной борьбы или технической неисправности элементов самого БПЛА, оператор активирует автоматический режим возврата дрона, а после приземления может экспортировать информацию из электронного журнала, и отправьте файл журнала в техподдержку MorningCore (производителя), чтобы проанализировать причину.
Почти у каждого производителя современных многоразовых БПЛА организована такая техническая поддержка. Это способствует анализу причин неисправности БПЛА и позволяет совершенствовать всю систему в целом и отдельные электронные модули в частности.
Об антеннах
Антенны радиосвязи БПЛА U-образного горного зажима и коаксиальных кабелей показаны ниже
- U-образный зажим для приемной антенны из стекловолокна FRP длиной 120 см.
- 150–мм Коаксиальные кабели см для антенны передатчика 29 см.
- 150–мм коаксиальные кабели см для приемной антенны длиной 120 см.
Не многим известные секреты оператора дронов
Видеопоток с IP-камеры, подключенной к бортовому трансиверу (передатчику) удобно добавляется в ПО планирования миссии в приложении IPCAM. Чтобы видеотрансляция была внутри окна приложения (на дисплее) для планирования миссий однократно щелкните правой кнопкой манипулятора (джойстика) на HUD. Также есть несколько вариантов конфигурации видеокартинки на выбор (рис. ниже).
Устранение неисправности и особенности настройки в полевых условиях
Если существует проблема с узлом доступа на БПЛА–блоке (авиационном блоке), этот модуль перезапускают отключением и вновь включением питания. Когда порт проводной сети узла доступа на БПЛА открыт, перед запуском на земле можно быстро провести тестирование – подключить модуль к ноутбуку, и войти на веб-страницу настройки беспроводной связи – по умолчанию IP 192.168.1.12.
На странице отладки надо отправить любую AT-команду, и проверить, может ли система беспроводной передачи нормально реагировать на команды.
Частный, но нередкий случай.
Дрон потерял связь в первый раз на расстоянии 11 км от оператора и автоматического переподключения в дальнейшем полете не произошло – связь управления с земли была потеряна, БПЛА приземлился обратно по заданному в автопилоте режиму (активируемому при потере управления в воздухе). Когда дрон приземлился, оператор перезапустили оба электронных модуля вручную, затем снова была установлена корректная взаимосвязь и БПЛА еще многократно использовался.
Протоколы поддержки и другие особенности
TX900 можно подключить к передатчику видеокамеру по протоколу RTSP. Устройство также поддерживает камеру с протоколом IP Ethernet, куда можно подключить видеокамеру PTZ с функцией выбора панорамы съемки, наклон и масштабирование видеопотока.
В комплект TX900 по умолчанию входит один передатчик и один приемник диаметром 29 см, и две приемные антенны длиной 120 см (см. рис выше).
Как порт данных в данной модели используют D2/D3.
Поскольку D1 — последовательный порт основного модема беспроводной связи, предназначенный для обеспечения производительности в реальном времени, но не для формирования потока видеоданных последовательного порта.
Порт данных D1 не используется. D2 — это SBUS, в то время как D3 завязан на TCP-сервер.
Так БПЛА могут использоваться как средства удаленного наблюдения за территорией.
Процедура интеграции NVR, если прямая трансляция и запись видео выполняются одновременно, когда воздушные и наземные блоки отключены, к примеру, после транспортировки БПЛА или его хранения, они не подключаются автоматически. Для активации работы комплекса необходимо перед запуском БПЛА вручную включить оба модуля, начиная с модуля дрона. Это делается за 1 секунду (моментально).
Рассматриваемый БПЛА поддерживает режим TX900 разрешение и частоту обновления 4К – 30 кадров в секунду (3840*2160@30fps). Есть более мощные модели с высоким разрешением 4K – 60 кадров в секунду (и выше). Их себестоимость также пропорционально выше.
Код доступа для системы двустороннего видеопередатчика и приемника дальнего действия HS 8517799000.
Однако, коды могут меняться производителем.
Важные уточнения
В одной статье, впрочем, насыщенной познавательной информацией для специалистов, невозможно раскрыть все подробности относительно всех БПЛА, популярных и применяемых с разными целями сегодня.
Поэтому для примера выбран один комплекс и по нему даны тактико-технические характеристики с раскрытием особенностей и функционала.
Конкретно по рассмотренной модели БПЛА с высокой пропускной способностью (для данных и видео) передача изображения без помех и прием команд управления гарантированы в частоте (обновлении) не менее 30 Мбит/с – 50 Mbps.
Восстановление связи (картинки на пульте оператора) и управляемости в целом после потери беспроводного соединения происходит за время 30–100 мс.
Технические данные по чувствительности приемного устройства
Чувствительность приемника на разной частоте опроса
2,4 ГГц:
20 МГц- 99
10 МГц- 103
5 МГц- 104
3 МГц - 106
0,8–1,4 ГГц:
10 МГц -103
5 МГц -104
3 МГц -106
Особенности электропитания и потребления энергии
Среднее энергопотребление видеопередатчика VTX составляет менее 1,1 А при напряжении питания АКБ 24 В, среднее энергопотребление видеоприемника составляет менее 0,8 А при тех же условиях эксплуатации. Диапазон допустимых значений напряжения питания 22–28 В.
АКБ под эти значения можно подобрать условно любую – от «танковой» или применяемой в малой авиации (вертолетах) энергоемкостью 90 А/ч до 6S–аккумулятора (в вариантах 3.76=22,2 В, 4.26=25,2 В).
Однако, для уменьшения нагрузки в длительном полете, для БПЛА любого типа желательно использовать аккумуляторы класса li-pol.
При мощности до 5 Вт полной нагрузки использования функционала, в том числе в разных форматах видео, при напряжении 24 В рабочий ток менее 1,1 А.
Другие уточнения
Видеосъемка в непрерывном режиме может быть организована с разными типами камер, в том числе IP-камер.
Ноутбуки для управления БПЛА используют один сетевой кабель для передачи данных. Зависимость по скорости пропорциональная: на критичных границах возможностей быстродействия CPUчем больше объем данных, тем медленнее будет скорость передачи.
Последовательный порт находится в регулируемом и доступном режиме передачи., поэтому может передавать данные Pixhawk. Включения-выключения режима передачи определяется следующими настройками:
- AT-командный режим,
- AT+CFUN=0 отключает Tx
- AT+CFUN=1 включает Tx
С помощью TX900 можно поддерживать одностороннее видео, двустороннее аудио, и, соответственно, передавать в обе стороны потоковые данные.
Можно подключить один DVR или NVR к 4 фиксированные HD-камеры, одна камера CVBS, и одна PTZ-камера, затем отправить выходной видеосигнал с видеорегистратора по беспроводному сигналу и управлять настройкой обзора и PTZ-камерой с помощью последовательных команд, передаваемых по беспроводному сигналу связи.
Порт TTL на воздушных и наземных радиостанциях определяется как TX900. Для работы антенны слежения необходима телеметрия GPS. TTL наземной радиостанции TX900 получает телеметрию с воздуха TTL, подключенную к автопилоту.
Air TX900 поддерживает функцию последовательного порта Ethernet TCP/UDP для прямого подключения с помощью программного обеспечения GCS (Mission Planner). Порт данных TX900 определяет GND RX TX.
Теплообмен (охлаждение) осуществляется легко, поскольку основные электронные компоненты, выделяющие при работе тепло, монтируются (внутри) непосредственно на элементы корпуса из алюминиевого сплава. Примерно так, как мощные радиокомпоненты – к радиотехническому теплоотводу– радиатору. Благодаря этому в БПЛА рассматриваемого типа нет дополнительной и принудительной системы охлаждения. В БПЛА ракетного типа в полете для этих целей действует специальный воздухозаборник, работающий по принципу прямоточного охлаждения потоком воздуха.
Чем выше скорость – тем сильнее поток охлаждения. Рабочая температура эксплуатации БПЛА в диапазоне –40…+55° С.
Пользуйтесь и процветайте!
