Радиолинии Определяют дальность полета FPV Самолет FPV оснащен несколькими радиостанциями: видеопередатчиком на дроне для передачи данных на очки, приемником команд на дроне, каналом телеметрии и GPS-приемником с соответствующими каналами на стороне пилота. Удовольствие и безопасность зависят от этих радиостанций, а не от батарей или двигателей. Часто возникает вопрос, на какое расстояние может быть передана связь. Дальность действия определяется коэффициентами радиосвязи по нескольким параметрам, а не одним числом.
Электромагнитные волны, длина волны и частота Электромагнитная волна - это переменное электрическое и магнитное поля, распространяющие друг друга в пространстве. Ее ключевым свойством является длина волны, которая обратно пропорциональна частоте: более длинные волны означают более низкую частоту, более короткие волны - более высокую частоту. Эта взаимосвязь определяет способ распространения сигналов. Спектральные представления показывают активность в виде мгновенного снимка или расширенного во времени каскада.
Диапазоны частот FPV и GPS Для управления FPV обычно используются частоты 2,4 ГГц и 868/915 МГц, при этом 433 и 170 МГц зарезервированы для очень дальних расстояний. Видеосвязь работает в двух основных диапазонах: 5,8 ГГц и 1,2 ГГц, как в аналоговом, так и в цифровом виде. GPS–приемники работают на частоте 1,5-1,6 ГГц. В каждом диапазоне система по-разному позиционируется на кривой зависимости досягаемости от пропускной способности.
Соотношение распространения и скорости передачи данных Более низкая несущая частота обеспечивает более высокую скорость передачи данных. Более высокая частота обеспечивает передачу большего количества битов и более четкое изображение, но быстрее затухает и требует четкой видимости. Видеоканал с частотой 1,2 ГГц может работать со скоростью около 8 Мбит/с и достигать большего расстояния, в то время как частота 5,8 ГГц может достигать около 50 Мбит / с и обеспечивать четкое изображение. Высокочастотное радио ведет себя подобно свету: оно распространяется прямо и блокируется, отражается, рассеивается или поглощается препятствиями.
Контролируйте скорость и охват канала связи На линиях управления частота 2,4 ГГц может обеспечивать очень высокую частоту обновления, примерно до 1000 пакетов в секунду. Частота 868/915 МГц обычно составляет около 50-150 пакетов в секунду. Несмотря на меньшую скорость, 868/915 при равных условиях распространяется лучше, чем 2,4. Сравнение мощности отложено, чтобы исключить влияние частоты.
Как модуляция передает информацию Информация передается на несущую посредством модуляции. Амплитуда, частота или фаза могут изменяться для кодирования единиц и нулей, создавая амплитудную, частотную или фазовую модуляцию. "1" может соответствовать более высокой амплитуде или определенной частоте/фазе, а "0" - другой. Приемник выполняет демодуляцию для восстановления исходного потока данных.
Формирование бюджета ссылок При расчете стоимости канала связи добавляются и вычитаются усиления и потери в децибелах для прогнозирования мощности принимаемого сигнала. Мощность передатчика в дБм складывается с коэффициентом усиления антенны в дБи, а затем потери в свободном пространстве на трассе приводят к потере энергии примерно в квадрате расстояния. В приведенном примере 20 дБм плюс 16 дБи дают 36 дБм на антенне, потери на тракте -112 дБ снижают их до -76 дБм, а приемная антенна с 20 дБи увеличивает их примерно до -56 дБм. Этот выходной сигнал является отличным сигналом для демодуляции.
Считывание уровня сигнала и SNR Уровни около -85 дБм являются сильными, в то время как при -120 дБм связь практически пропадает. Отношение сигнал/шум сравнивает высоту полезного сигнала с минимальным уровнем шума; при уменьшении SNR детали исчезают, как на нечетком изображении с низкой зернистостью. Некоторые схемы, включая линейно—частотные методы и LoRa, все еще декодируют, когда уровень сигнала значительно ниже уровня шума - в типичных случаях примерно в 100 раз слабее. Такая устойчивость расширяет практический диапазон при небольшой полосе пропускания.
Что ограничивает диапазон Дальность действия зависит от мощности передатчика, коэффициента усиления антенны, поляризации, диаграммы направленности и потерь в фидере (кабеле) на обоих концах. Расстояние влияет на затухание в свободном пространстве. Среда распространения, препятствия и ориентация усиливают потери. Потери в фидере и соединениях уменьшают дополнительные децибелы.
Затухание, многолучевость и помехи Воздух благоприятен для этого, в то время как вода, дождь, снег, туман, деревья, металл и железобетон значительно ослабляют шум. Отражения от плотных материалов создают многолучевое излучение, которое действует как помеха. Другие передатчики и паразитные излучения на той же частоте повышают уровень шума. Линии электропередач даже частотой 50 Гц могут создавать гармоники, которые можно распознать как радиочастотные помехи.
Направленные антенны для увеличения дальности действия Направленные антенны, такие как накладные и спиральные, фокусируют энергию вперед и обеспечивают высокое усиление в узком луче. Их задние и боковые лепестки слабы, поэтому при полете за спиной оператора качество связи снижается. Они отлично подходят для дальних перелетов, когда пилот может прицелиться в самолет. Использование двух направленных концов нереально для постоянно движущегося беспилотника.
Всенаправленная и круговая поляризация Всенаправленные антенны, такие как вертикальные диполи, распределяют энергию по схеме "пончик" и имеют низкий коэффициент усиления. Также распространены всенаправленные антенны с круговой поляризацией, которые образуют слегка вытянутую форму, напоминающую яблоко. В каждой конструкции есть мертвые зоны; у всенаправленных антенн коэффициент усиления падает выше и ниже. Полеты над головой значительно ухудшают связь, особенно на самолетах, пролетающих высоко над пилотом.
Выйдите на прямую видимость или передайте это Наилучшие результаты достигаются при наблюдении в зоне прямой видимости - выйдите из-за зданий или деревьев. Если потеря видимости невозможна, установите ретранслятор повыше на мачте или крыше или подвесьте его к другому беспилотнику, чтобы сделать два четких прыжка. Это помогает, когда оператор или воздушное судно находятся ниже уровня земли, а путь им преграждает местность. Каналы управления, такие как Crossfire и ELR, лучше справляются с препятствиями, но наибольшую пользу видео получает от ретрансляции.
Как на самом деле работают глушилки Средства борьбы с беспилотниками работают, подавляя приемники, а не атакуя передатчики. Для подавления видеосигнала направленный глушитель должен быть направлен на видеоприемник пилота; наведение на видеопередатчик дрона неэффективно. Система GPS может быть заблокирована, если источник помех попадет в поле зрения антенны, хотя защита снизу может помешать наземным попыткам. Локальные системы блокируют широкие сектора или кольца с ограниченным радиусом действия, поэтому тактика заключается в быстром выходе из зоны их действия. Каналы управления на базе LoRa могут продолжать работать с сигналами значительно ниже уровня шума, заставляя глушилки создавать гораздо более сильные помехи.