როგორ გავზარდოთ კომუნიკაციის დიაპაზონი უპილოტო საჰაერო ხომალდით (UAV)

აქტუალური რჩება უპილოტო საჰაერო ხომალდით (UAV) საკომუნიკაციო დიაპაზონის გაზრდის ამოცანა. ეს სტატია განიხილავს ამ პარამეტრის გაუმჯობესების მეთოდებს. სტატია დაიწერა უპილოტო საფრენი აპარატების დეველოპერებისა და ოპერატორებისთვის და წარმოადგენს სტატიების სერიის გაგრძელებას უპილოტო საფრენ აპარატებთან კომუნიკაციის შესახებ (სერიის დასაწყისისთვის იხ. [1].

რა გავლენას ახდენს კომუნიკაციის დიაპაზონზე

კომუნიკაციის დიაპაზონი დამოკიდებულია გამოყენებული მოდემზე, ანტენებზე, ანტენის კაბელებზე, რადიოტალღების გავრცელების პირობებზე, გარე ჩარევაზე და სხვა მიზეზებზე. იმისათვის, რომ დადგინდეს კონკრეტული პარამეტრის გავლენის ხარისხი კომუნიკაციის დიაპაზონზე, განიხილეთ დიაპაზონის განტოლება [2]
(1)

სადაც
— საჭირო კომუნიკაციის დიაპაზონი [მეტრი];
- სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში [მ/წმ];
— სიხშირე [Hz];
— მოდემის გადამცემის სიმძლავრე [dBm];
- გადამცემის ანტენის მომატება [dBi];
- დანაკარგები კაბელში მოდემიდან გადამცემის ანტენამდე [dB];
— მიმღების ანტენის მომატება [dBi];
- დანაკარგები კაბელში მოდემიდან მიმღების ანტენამდე [dB];
- მოდემის მიმღების მგრძნობელობა [dBm];
— შესუსტების მულტიპლიკატორი, დედამიწის ზედაპირის, მცენარეულობის, ატმოსფეროს და სხვა ფაქტორების გავლენის გამო დამატებითი დანაკარგების გათვალისწინებით [dB].

განტოლებიდან ჩანს, რომ დიაპაზონი განისაზღვრება:

• გამოყენებული მოდემი;
• რადიო არხის სიხშირე;
• გამოყენებული ანტენები;
• დანაკარგები კაბელებში;
• გავლენა რადიოტალღების გავრცელებაზე დედამიწის ზედაპირიდან, მცენარეული საფარიდან, ატმოსფეროდან, შენობებიდან და ა.შ.

შემდეგი, დიაპაზონზე მოქმედი პარამეტრები ცალკე განიხილება.

გამოყენებულია მოდემი

კომუნიკაციის დიაპაზონი დამოკიდებულია მხოლოდ მოდემის ორ პარამეტრზე: გადამცემის სიმძლავრეზე და მიმღების მგრძნობელობა უფრო სწორად, მათი განსხვავებიდან - მოდემის ენერგეტიკული ბიუჯეტი
(2)

კომუნიკაციის დიაპაზონის გასაზრდელად აუცილებელია დიდი მნიშვნელობის მქონე მოდემის არჩევა . Მომატება თავის მხრივ, ეს შესაძლებელია გაზრდით ან შემცირებით . უპირატესობა უნდა მიენიჭოს მაღალი მგრძნობელობის მქონე მოდემების ძიებას ( რაც შეიძლება დაბალი), ვიდრე გადამცემის სიმძლავრის გაზრდა . ეს საკითხი დეტალურად არის განხილული პირველ სტატიაში. [1].

მასალების გარდა [1] უნდა გვახსოვდეს, რომ ზოგიერთი მწარმოებელი, როგორიცაა Microhard [3]ზოგიერთი მოწყობილობის მახასიათებლებში მიუთითეთ არა საშუალო, არამედ გადამცემის პიკური სიმძლავრე, რომელიც რამდენჯერმე აღემატება საშუალოს და რომელიც არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას დიაპაზონის გამოსათვლელად, რადგან ეს გამოიწვევს გამოთვლილ დიაპაზონს მნიშვნელოვნად გადააჭარბებს ნამდვილს. ღირებულება. ასეთი მოწყობილობები მოიცავს, მაგალითად, პოპულარულ pDDL2450 მოდულს [4,5]. ეს ფაქტი პირდაპირ გამომდინარეობს FCC სერთიფიკატის მისაღებად ამ მოწყობილობის ტესტირების შედეგებიდან [6] (იხ. გვერდი 58). ტესტის შედეგები FCC-ის მიერ დამოწმებული უკაბელო მოწყობილობებისთვის შეგიძლიათ ნახოთ FCC ID ვებსაიტზე [7]საძიებო ზოლში შესაბამისი FCC ID-ის შეყვანით, რომელიც უნდა იყოს მოწყობილობის ტიპის მითითებით ეტიკეტზე. pDDL2450 მოდულის FCC ID არის NS916pDDL2450.

რადიო არხის სიხშირე

დიაპაზონის განტოლებიდან (1) აშკარად გამომდინარეობს, რომ რაც უფრო დაბალია ოპერაციული სიხშირე , რაც უფრო დიდია კომუნიკაციის დიაპაზონი . მაგრამ ნუ ვიჩქარებთ დასკვნების გამოტანას. ფაქტია, რომ განტოლებაში შემავალი სხვა პარამეტრებიც დამოკიდებულია სიხშირეზე. მაგალითად, ანტენის მიღწევები и დამოკიდებული იქნება სიხშირეზე იმ შემთხვევაში, როდესაც ანტენების მაქსიმალური ზომები დაფიქსირდა, რაც პრაქტიკაში ხდება ზუსტად. ანტენის მომატება , გამოხატული განზომილებიანი ერთეულებით (ჯერ), შეიძლება გამოიხატოს ანტენის ფიზიკური ფართობის მიხედვით შემდეგი გზით [8]
(3)

სადაც - ანტენის დიაფრაგმის ეფექტურობა, ანუ ეფექტური ანტენის ფართობის თანაფარდობა ფიზიკურთან (დამოკიდებულია ანტენის დიზაინზე) [8].

Of (3) მაშინვე ნათელია, რომ ფიქსირებული ანტენის ფართობისთვის მომატება იზრდება სიხშირის კვადრატის პროპორციულად. შევცვალოთ (3) в (1)ადრე გადაწერილი (1) უგანზომილებიანი ერთეულების გამოყენება ანტენის მოსაპოვებლად , , საკაბელო დანაკარგები , და შესუსტების ფაქტორი და ასევე Watts-ისთვის и dBm-ის ნაცვლად. მერე
(4)

სად არის კოეფიციენტი არის მუდმივი ანტენის ფიქსირებული ზომებისთვის. ამრიგად, ამ სიტუაციაში, კომუნიკაციის დიაპაზონი პირდაპირპროპორციულია სიხშირის, ანუ, რაც უფრო მაღალია სიხშირე, მით მეტია დიაპაზონი. გამოყვანის. ანტენების ფიქსირებული ზომებით, რადიოკავშირის სიხშირის გაზრდა იწვევს კომუნიკაციის დიაპაზონის გაზრდას ანტენების მიმართულების თვისებების გაუმჯობესებით. თუმცა, გასათვალისწინებელია, რომ სიხშირის მატებასთან ერთად იზრდება ატმოსფეროში რადიოტალღების შესუსტება, რაც გამოწვეულია გაზებით, წვიმით, სეტყვით, თოვლით, ნისლით და ღრუბლებით. [2]. უფრო მეტიც, ბილიკის სიგრძის მატებასთან ერთად, ატმოსფეროში შესუსტებაც იზრდება. ამ მიზეზით, თითოეული ბილიკის სიგრძისა და მასზე საშუალო ამინდის პირობებისთვის, არის გადამზიდავი სიხშირის გარკვეული მაქსიმალური მნიშვნელობა, რომელიც შემოიფარგლება ატმოსფეროში სიგნალის შესუსტების დასაშვები დონით. მოდით, საბოლოო გადაწყვეტა დავტოვოთ რადიო არხის სიხშირის გავლენის შესახებ საკომუნიკაციო დიაპაზონზე იმ მონაკვეთზე, სადაც განიხილება დედამიწის ზედაპირისა და ატმოსფეროს გავლენა რადიოტალღების გავრცელებაზე.

ანტენები

კომუნიკაციის დიაპაზონი განისაზღვრება ანტენის ისეთი პარამეტრით, როგორიცაა მომატება (მიღება ინგლისურ ტერმინოლოგიაში), იზომება dBi-ში. მომატება მნიშვნელოვანი კომპოზიტური პარამეტრია, რადგან ის ითვალისწინებს: (1) ანტენის უნარს გადამცემის ენერგიის ფოკუსირება მოახდინოს მიმღებზე იზოტროპულ რადიატორთან შედარებით (აქედან გამომდინარე, ინდექსი i dBi-ში); (2) დანაკარგები თავად ანტენაში [8,9]. კომუნიკაციის დიაპაზონის გასაზრდელად, თქვენ უნდა აირჩიოთ ანტენები, რომლებსაც აქვთ მაქსიმალური მომატების მნიშვნელობა, მათგან, რომლებიც შესაფერისია წონის და ზომის პარამეტრების და სახელმძღვანელო სისტემის შესაძლებლობების თვალსაზრისით. ანტენის ენერგიის ფოკუსირების უნარი არ არის უფასოდ, არამედ მხოლოდ ანტენის ზომების (დიფრაგმის) გაზრდით. მაგალითად, რაც უფრო დიდია მიმღები ანტენა, მით უფრო დიდი ფართობი ექნება მას ენერგიის შეგროვებას მიმღების შეყვანისთვის და რაც მეტი ენერგია, მით უფრო ძლიერია მიღებული სიგნალი, ანუ იზრდება კომუნიკაციის დიაპაზონი. ამრიგად, ჯერ უნდა გადაწყვიტოთ ანტენის მაქსიმალური ზომები, რომლებიც ადეკვატურია მოგვარებული პრობლემისთვის და შეზღუდოთ ძიების არეალი ამ პარამეტრით, შემდეგ კი მოძებნოთ კონკრეტული ანტენის მოდელი, ფოკუსირებული მაქსიმალურ მოგებაზე. მეორე მნიშვნელოვანი ანტენის პარამეტრი პრაქტიკისთვის არის სხივის სიგანე [8,10], იზომება კუთხოვანი გრადუსით. როგორც წესი, სხივის სიგანე განისაზღვრება, როგორც კუთხე ორ სივრცულ მიმართულებას შორის ანტენის ცენტრიდან, რომლის დროსაც ანტენის მომატება მცირდება 3 dB-ით ამ ანტენის მაქსიმალურიდან. ნიმუშის სიგანე აზიმუთში და სიმაღლეში შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. ეს პარამეტრი მჭიდროდ არის დაკავშირებული ანტენის ზომებთან წესის მიხედვით: უფრო დიდი ზომები - უფრო მცირე სხივის სიგანე. ეს პარამეტრი პირდაპირ არ შედის დიაპაზონის განტოლებაში, მაგრამ ეს არის ის პარამეტრი, რომელიც განსაზღვრავს მოთხოვნებს სახმელეთო სადგურის (GS) ანტენის მართვის სისტემაზე უპილოტო საფრენ აპარატზე, რადგან GS, როგორც წესი, იყენებს უაღრესად მიმართულ ანტენებს, ყოველ შემთხვევაში, შემთხვევები, როდესაც დიაპაზონი არის მაქსიმალური კომუნიკაცია უპილოტო საფრენ აპარატთან, პრიორიტეტულია. მართლაც, სანამ NS თვალთვალის სისტემა უზრუნველყოფს უპილოტო საფრენ აპარატზე ანტენის მიმართვის კუთხურ სიზუსტეს, რომელიც უდრის ნიმუშის სიგანის ნახევარს ან ნაკლებს, მიღებული/გამოშვებული სიგნალის დონე არ დაეცემა მაქსიმუმ 3 დბ-ზე დაბლა. არავითარ შემთხვევაში არ უნდა იყოს შერჩეული ანტენის სხივის სიგანის ნახევარი ნაკლები NS ანტენის მითითების სისტემის კუთხურ შეცდომაზე აზიმუთში ან სიმაღლეზე.

კაბელები

კომუნიკაციის დიაპაზონის გაზრდის მიზნით, თქვენ უნდა გამოიყენოთ კაბელები ყველაზე დაბალი შესაძლო ხაზოვანი შესუსტებით (კაბელის შესუსტება ან კაბელის დაკარგვა) სამუშაო NS-UAV რადიო ბმულის სიხშირე. ხაზოვანი შესუსტება კაბელში განისაზღვრება, როგორც სიგნალის თანაფარდობა 1 მ საკაბელო სეგმენტის გამოსასვლელში (მეტრულ სისტემაში) საკაბელო სეგმენტის შეყვანის სიგნალთან, გამოხატული dB-ში. საკაბელო დანაკარგები შედის დიაპაზონის განტოლებაში (1), განისაზღვრება ხაზოვანი შესუსტების კაბელის სიგრძეზე გამრავლებით. ამრიგად, მაქსიმალური შესაძლო კომუნიკაციის დიაპაზონის მისაღებად, თქვენ უნდა გამოიყენოთ კაბელები ყველაზე დაბალი შესაძლო ხაზოვანი შესუსტებით და მინიმუმამდე დაიყვანოთ ამ კაბელების სიგრძე. NS-ზე, მოდემის ერთეულები უნდა დამონტაჟდეს პირდაპირ ანტენის გვერდით ანძზე. უპილოტო საფრენი აპარატის სხეულში, მოდემი უნდა განთავსდეს რაც შეიძლება ახლოს ანტენებთან. ასევე ღირს არჩეული კაბელის წინაღობის შემოწმება. ეს პარამეტრი იზომება Ohms-ში და ჩვეულებრივ უდრის 50 ან 75 Ohms-ს. კაბელის წინაღობა, მოდემის ანტენის კონექტორი და თავად ანტენის კონექტორი უნდა იყოს თანაბარი.

დედამიწის ზედაპირზე ზემოქმედება

ამ ნაწილში ჩვენ განვიხილავთ რადიოტალღების გავრცელებას ბარის ან ზღვის ზედაპირზე. ეს სიტუაცია ხშირად ხდება უპილოტო საფრენი აპარატების გამოყენების პრაქტიკაში. უპილოტო საფრენი აპარატების მონიტორინგი მილსადენების, ელექტროგადამცემი ხაზების, სასოფლო-სამეურნეო კულტურების, მრავალი სამხედრო და სპეცოპერაციის - ეს ყველაფერი კარგად არის აღწერილი ამ მოდელით. ადამიანური გამოცდილება გვიქმნის სურათს, რომელშიც ობიექტებს შორის კომუნიკაცია შესაძლებელია, თუ ისინი ერთმანეთის პირდაპირი ოპტიკური ხილვადობის სფეროში არიან, წინააღმდეგ შემთხვევაში კომუნიკაცია შეუძლებელია. თუმცა, რადიოტალღები არ მიეკუთვნება ოპტიკურ დიაპაზონს, ამიტომ მათთან სიტუაცია გარკვეულწილად განსხვავებულია. ამასთან დაკავშირებით, უპილოტო საფრენი აპარატების შემქმნელმა და ოპერატორმა სასარგებლოა შემდეგი ორი ფაქტის დამახსოვრება.

1. რადიო დიაპაზონში კომუნიკაცია შესაძლებელია NS-სა და UAV-ს შორის პირდაპირი ხილვადობის არარსებობის შემთხვევაშიც.
2. ქვემო ზედაპირის გავლენა უპილოტო საფრენ აპარატთან კომუნიკაციაზე იგრძნობა მაშინაც, როცა NS-UAV ოპტიკურ ხაზზე არ არის ობიექტები.

დედამიწის ზედაპირთან ახლოს რადიოტალღების გავრცელების სპეციფიკის გასაგებად, სასარგებლოა გაეცნოთ რადიოტალღების გავრცელების მნიშვნელოვანი არეალის კონცეფციას. [2]. რადიოტალღების გავრცელების მნიშვნელოვან ზონაში რაიმე ობიექტის არარსებობის შემთხვევაში, დიაპაზონის გამოთვლები შეიძლება განხორციელდეს თავისუფალი სივრცის ფორმულების გამოყენებით, ე.ი. в (1) შეიძლება მივიღოთ 0-ის ტოლი. თუ არსებით ზონაში არის ობიექტები, მაშინ ეს არ შეიძლება გაკეთდეს. ნახ. 1 A წერტილში არის წერტილის ემიტერი, რომელიც მდებარეობს სიმაღლეზე დედამიწის ზედაპირის ზემოთ, რომელიც ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ენერგიას ყველა მიმართულებით თანაბარი ინტენსივობით. B წერტილში სიმაღლეზე არის მიმღები ველის ინტენსივობის გასაზომად. ამ მოდელში რადიოტალღების გავრცელების არსებითი რეგიონია ელიფსოიდი, რომელსაც აქვს კერები A და B წერტილებში.

ბრინჯი. 1. რადიოტალღების გავრცელების მნიშვნელოვანი არე

ელიფსოიდის რადიუსი მის "ყველაზე სქელ" ნაწილში განისაზღვრება გამოხატულებით [2]
(5)

Of (5) გასაგებია რომ დამოკიდებულია სიხშირეზე უკუპროპორციული, მით ნაკლები რაც უფრო "სქელია" ელიფსოიდი ( ნახ. 1). გარდა ამისა, ელიფსოიდის "სისქე" იზრდება საკომუნიკაციო ობიექტებს შორის მანძილის გაზრდით. რადიოტალღებისთვის შეიძლება ჰქონდეს საკმაოდ შთამბეჭდავი მნიშვნელობა, ასე რომ, როდის 10 კმ, ჩვენ ვიღებთ 2.45 გჰც 50÷60 მ.

ახლა განვიხილოთ გაუმჭვირვალე ობიექტი, რომელიც გამოსახულია ნაცრისფერი სამკუთხედით ნახ. 1. ეს გავლენას მოახდენს რადიოტალღების სიხშირით გავრცელებაზე , რადგან ის მდებარეობს მნიშვნელოვან გავრცელების ზონაში და პრაქტიკულად არ იმოქმედებს რადიოტალღების გავრცელებაზე სიხშირით . ოპტიკური დიაპაზონის რადიოტალღებისთვის (სინათლე), მნიშვნელობა მცირეა, ამიტომ დედამიწის ზედაპირის გავლენა სინათლის გავრცელებაზე პრაქტიკაში არ იგრძნობა. თუ გავითვალისწინებთ, რომ დედამიწის ზედაპირი არის სფერო, ამის გაგება ადვილია მანძილის გაზრდით ქვემდებარე ზედაპირი სულ უფრო მეტად გადავა მნიშვნელოვან გავრცელების ზონაში, რითაც დაბლოკავს ენერგიის ნაკადს A წერტილიდან B წერტილამდე - სიუჟეტის ბოლოს, უპილოტო საფრენ აპარატთან კომუნიკაცია შეფერხებულია. მარშრუტზე სხვა ობიექტები, როგორიცაა არათანაბარი რელიეფი, შენობები, ტყეები და ა.შ. ანალოგიურად იმოქმედებს კომუნიკაციებზე.

ახლა გადავხედოთ ნახ. 2 რომელშიც გაუმჭვირვალე ობიექტი მთლიანად ფარავს რადიოტალღის გავრცელების მნიშვნელოვან არეალს სიხშირით , რაც ამ სიხშირეზე კომუნიკაციას შეუძლებელს ხდის. ამავდროულად, კომუნიკაცია სიხშირეზე ასევე შესაძლებელია, რადგან ენერგიის ნაწილი "ხტუნავს" გაუმჭვირვალე ობიექტზე. რაც უფრო დაბალია სიხშირე, მით უფრო შორს ოპტიკურ ჰორიზონტს შეუძლია რადიოტალღის გავრცელება, რაც შეინარჩუნებს სტაბილურ კომუნიკაციას უპილოტო საფრენ აპარატთან.

ბრინჯი. 2. რადიოტალღების გავრცელების მნიშვნელოვანი არეალის დაფარვა

კომუნიკაციებზე დედამიწის ზედაპირის გავლენის ხარისხი ასევე დამოკიდებულია ანტენების სიმაღლეზე и . რაც უფრო დიდია ანტენის სიმაღლე, მით უფრო დიდია მანძილი, რომლითაც A და B წერტილები შეიძლება დაშორდეს ერთმანეთს, ობიექტების ან ქვედა ზედაპირის მნიშვნელოვან ზონაში მოხვედრის გარეშე.

როდესაც ობიექტი ან ქვედა ზედაპირი გადადის მნიშვნელოვან არეალში, ველის სიძლიერე B წერტილში ირხევა [2], ანუ ეს იქნება ველის საშუალო სიძლიერეზე ან მეტი ან ნაკლები. ეს ხდება ობიექტიდან ენერგიის არეკვლის გამო. ასახული ენერგია შეიძლება დაემატოს B წერტილს ძირითადი ენერგიით ფაზაში - შემდეგ ხდება აწევა ველის სიძლიერეში, ან ანტიფაზაში - შემდეგ ხდება დაქვეითება (და საკმაოდ ღრმა) ველის სიძლიერეში. მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს ეს ეფექტი უპილოტო საფრენი აპარატებთან კომუნიკაციის სპეციფიკის გასაგებად. უპილოტო საფრენ აპარატთან კომუნიკაციის დაკარგვა გარკვეულ დიაპაზონში შეიძლება გამოწვეული იყოს ველის სიძლიერის ლოკალური შემცირებით რხევების გამო, ანუ თუ კიდევ რამდენიმე მანძილს გაფრინდებით, კავშირი შეიძლება აღდგეს. კომუნიკაციის საბოლოო დაკარგვა მოხდება მხოლოდ მას შემდეგ, რაც მნიშვნელოვანი ტერიტორია მთლიანად დაიბლოკება ობიექტებით ან ქვედა ზედაპირით. შემდეგი, შემოთავაზებული იქნება მეთოდები ველის სიძლიერის რხევების შედეგებთან საბრძოლველად.

შესუსტების კოეფიციენტის გამოთვლის ფორმულები დედამიწის გლუვ ზედაპირზე რადიოტალღების გავრცელებისას ისინი საკმაოდ რთულია, განსაკუთრებით დისტანციებზე აღემატება ოპტიკური ჰორიზონტის დიაპაზონს [2]. ამიტომ, პრობლემის შემდგომი განხილვისას, ჩვენ მივმართავთ მათემატიკურ მოდელირებას ავტორის კომპიუტერული პროგრამების გამოყენებით. მოდით განვიხილოთ ტიპიური ამოცანა უპილოტო საფრენი აპარატიდან NS-ზე ვიდეოს გადაცემის 3D Link მოდემის გამოყენებით. [11] კომპანია ჯეოსკანისგან. საწყისი მონაცემები ასეთია.

1. NS ანტენის სამონტაჟო სიმაღლე: 5 მ.
2. უპილოტო საფრენი აპარატის ფრენის სიმაღლე: 1000 მ.
3. რადიოკავშირის სიხშირე: 2.45 გჰც.
4. NS ანტენის მომატება: 17 დბ.
5. UAV ანტენის მომატება: 3 dB.
6. გადამცემის სიმძლავრე: +25 dBm (300 mW).
7. ვიდეო არხის სიჩქარე: 4 მბიტი/წმ.
8. მიმღების სენსიტიურობა ვიდეო არხში: −100.4 dBm (სიხშირის დიაპაზონისთვის, რომელსაც იკავებს 12 MHz სიგნალი).
9. სუბსტრატი: მშრალი ნიადაგი.
10. პოლარიზაცია: ვერტიკალური.

მხედველობის ხაზის მანძილი ამ საწყისი მონაცემებისთვის იქნება 128.8 კმ. გაანგარიშების შედეგები მოდემის მიმღების შესასვლელში სიგნალის სიმძლავრის სახით dBm წარმოდგენილია ნახ. 3.

ბრინჯი. 3. სიგნალის სიძლიერე 3D Link მოდემის მიმღების შესასვლელში [11]

ლურჯი მრუდი ნახ. 3 არის სიგნალის სიმძლავრე NS მიმღების შესასვლელში, წითელი სწორი ხაზი მიუთითებს ამ მიმღების მგრძნობელობაზე. X ღერძი აჩვენებს დიაპაზონს კმ-ში, ხოლო Y ღერძი აჩვენებს სიმძლავრეს dBm-ში. იმ დიაპაზონის წერტილებში, სადაც ლურჯი მრუდი დევს წითელზე მაღლა, შესაძლებელია უპილოტო საფრენი აპარატისგან პირდაპირი ვიდეო მიღება, წინააღმდეგ შემთხვევაში კომუნიკაცია არ იქნება. გრაფიკი აჩვენებს, რომ რხევების გამო, კომუნიკაციის დაკარგვა მოხდება 35.5–35.9 კმ დიაპაზონში და შემდგომში 55.3–58.6 კმ დიაპაზონში. ამ შემთხვევაში, საბოლოო გათიშვა მოხდება ბევრად უფრო - 110.8 კმ ფრენის შემდეგ.

როგორც ზემოთ აღინიშნა, ველის სიძლიერის დაქვეითება წარმოიქმნება პირდაპირი სიგნალის NS ანტენის და დედამიწის ზედაპირიდან ასახული სიგნალის ანტიფაზაში დამატების გამო. თქვენ შეგიძლიათ თავი დააღწიოთ კომუნიკაციის დაკარგვას NS-ზე წარუმატებლობის გამო 2 პირობის შესრულებით.

1. გამოიყენეთ მოდემი NS-ზე მინიმუმ ორი მიმღები არხით (RX მრავალფეროვნება), მაგალითად 3D Link [11].
2. მოათავსეთ მიმღები ანტენები NS ანძაზე განსხვავებული სიმაღლე.

მიმღები ანტენების სიმაღლეების მანძილი უნდა გაკეთდეს ისე, რომ ველის სიძლიერის დაქვეითება ერთი ანტენის ადგილას კომპენსირებული იყოს მიმღების მგრძნობელობაზე მაღალი დონეებით მეორე ანტენის მდებარეობაზე. ნახ. სურათი 4 გვიჩვენებს ამ მიდგომის შედეგს იმ შემთხვევისთვის, როდესაც ერთი NS ანტენა მდებარეობს 5 მ სიმაღლეზე (ლურჯი მყარი მრუდი), ხოლო მეორე 4 მ სიმაღლეზე (ლურჯი წერტილოვანი მრუდი).

ბრინჯი. 4. სიგნალის სიმძლავრე ორი 3D Link მოდემის მიმღების შეყვანაზე სხვადასხვა სიმაღლეზე მდებარე ანტენებიდან

ნახ. სურათი 4 ნათლად აჩვენებს ამ მეთოდის ნაყოფიერებას. მართლაც, უპილოტო საფრენი აპარატის მთელი ფრენის მანძილზე, 110.8 კმ-მდე დიაპაზონში, მინიმუმ ერთი NS მიმღების შეყვანის სიგნალი აღემატება მგრძნობელობის დონეს, ანუ დაფიდან ვიდეო არ შეწყდება მთელი ფრენის მანძილზე. .

თუმცა, შემოთავაზებული მეთოდი ხელს უწყობს მხოლოდ UAV→NS რადიოკავშირის საიმედოობის გაზრდას, ვინაიდან სხვადასხვა სიმაღლეზე ანტენების დაყენების შესაძლებლობა მხოლოდ NS-ზეა ხელმისაწვდომი. უპილოტო საფრენ აპარატზე შეუძლებელია ანტენების 1 მ სიმაღლის განცალკევების უზრუნველყოფა. NS→UAV რადიო ბმულის საიმედოობის გასაზრდელად შესაძლებელია შემდეგი მიდგომების გამოყენება.

1. მიაწოდეთ NS გადამცემის სიგნალი ანტენას, რომელიც იღებს უფრო მძლავრ სიგნალს უპილოტო საფრენი აპარატიდან.
2. გამოიყენეთ სივრცე-დროის კოდები, როგორიცაა ალამუთის კოდი [12].
3. გამოიყენეთ ანტენის სხივის ფორმირების ტექნოლოგია თითოეულ ანტენაზე გაგზავნილი სიგნალის სიმძლავრის კონტროლის შესაძლებლობით.

პირველი მეთოდი ახლოს არის ოპტიმალურთან უპილოტო საფრენ აპარატთან კომუნიკაციის პრობლემაში. ეს მარტივია და მასში გადამცემის მთელი ენერგია მიმართულია სწორი მიმართულებით - ოპტიმალურად განლაგებულ ანტენაზე. მაგალითად, 50 კმ მანძილზე (იხ. სურ. 4) გადამცემის სიგნალი მიეწოდება 5 მეტრზე დაკიდებულ ანტენას, ხოლო 60 კმ მანძილზე - 4 მეტრზე შეჩერებულ ანტენას. ეს არის მეთოდი, რომელიც გამოიყენება 3D Link მოდემში [11]. მეორე მეთოდი არ იყენებს აპრიორულ მონაცემებს UAV→NS საკომუნიკაციო არხის მდგომარეობის შესახებ (მიღებული სიგნალების დონეები ანტენის გამომავალზე), ამიტომ იგი თანაბრად ყოფს გადამცემის ენერგიას ორ ანტენას შორის, რაც აუცილებლად იწვევს ენერგიის დანაკარგებს, რადგან ერთი ანტენების შეიძლება იყოს ხვრელი ველის ძალა. მესამე მეთოდი პირველის ექვივალენტურია კომუნიკაციის ხარისხის თვალსაზრისით, მაგრამ ბევრად უფრო რთული განსახორციელებელია.

მოდით განვიხილოთ რადიოტალღის სიხშირის გავლენის საკითხი უპილოტო საფრენ აპარატთან საკომუნიკაციო დიაპაზონზე, ქვემდებარე ზედაპირის გავლენის გათვალისწინებით. ზემოთ ნაჩვენები იყო, რომ სიხშირის გაზრდა სასარგებლოა, რადგან ანტენების ფიქსირებული ზომებით, ეს იწვევს კომუნიკაციის დიაპაზონის ზრდას. თუმცა, დამოკიდებულების საკითხი სიხშირე არ იყო გათვალისწინებული. დან (3) აქედან გამომდინარეობს, რომ ანტენების მიღწევების თანაფარდობა ტოლია ფართობით და შექმნილია სიხშირეებზე მუშაობისთვის и , უდრის
(6)

იყიდება 2450 MHz; ჩვენ ვიღებთ 915 MHz 7.2 (8.5 დბ). დაახლოებით ასე ხდება პრაქტიკაში. მოდით შევადაროთ, მაგალითად, შემდეგი ანტენების პარამეტრები უსადენო ინსტრუმენტებიდან:

• WiBOX PA 0809-8V [13] (სიხშირე: 0.83–0.96 GHz; სხივის სიგანე: 70°/70°; მომატება: 8 dBi);
• WiBOX PA 24-15 [14] (სიხშირე: 2.3–2.5 GHz; სხივის სიგანე: 30°/30°; მომატება: 15 dBi).

მოსახერხებელია ამ ანტენების შედარება, რადგან ისინი მზადდება იმავე 27x27 სმ კორპუსებში, ანუ მათ აქვთ იგივე ფართობი. გაითვალისწინეთ, რომ ანტენის მომატება განსხვავდება 15−8=7 დბ-ით, რაც ახლოსაა გამოთვლილ მნიშვნელობასთან 8.5 დბ. ანტენების მახასიათებლებიდან ასევე ირკვევა, რომ ანტენის შაბლონის სიგანე 2.3–2.5 გჰც (30°/30°) დიაპაზონისთვის ორჯერ უფრო ვიწროა, ვიდრე ანტენის ნიმუშის სიგანე 0.83–0.96 დიაპაზონისთვის. გჰც (70°/70°), ანუ იგივე განზომილებების მქონე ანტენების მომატება რეალურად იზრდება მიმართულების თვისებების გაუმჯობესების გამო. იმის გათვალისწინებით, რომ საკომუნიკაციო ხაზში გამოიყენება 2 ანტენა, თანაფარდობა იქნება 2∙8.5=17 დბ. ამრიგად, ანტენის იგივე ზომებით, რადიოკავშირის ენერგეტიკული ბიუჯეტი სიხშირით 2450 MHz იქნება 17 დბ-ით მეტი ხაზის ბიუჯეტზე სიხშირით 915 MHz. გაანგარიშებისას ჩვენ ასევე გავითვალისწინებთ იმ ფაქტს, რომ უპილოტო საფრენი აპარატები, როგორც წესი, იყენებენ მათრახის ანტენებს, რომელთა ზომები არ არის ისეთი კრიტიკული, როგორც განხილული NS პანელის ანტენებისთვის. ამიტომ, ჩვენ ვიღებთ UAV ანტენის მიღწევებს სიხშირეებისთვის и თანაბარი. იმათ. ხაზების ენერგეტიკულ ბიუჯეტებში სხვაობა იქნება 8.5 დბ და არა 17 დბ. ამ საწყისი მონაცემებისთვის შესრულებული გაანგარიშების შედეგები და NS ანტენის 5 მ სიმაღლე ნაჩვენებია ნახ. 5.

ბრინჯი. 5. სიგნალის სიმძლავრე მიმღების შესასვლელში რადიოკავშირებისთვის, რომლებიც მუშაობენ 915 ​​და 2450 MHz სიხშირეებზე

ნახ. 5 ნათლად აჩვენებს, რომ საკომუნიკაციო დიაპაზონი ოპერაციული სიხშირის ზრდით და NS ანტენის იგივე ფართობი იზრდება 96.3 კმ-დან რადიოკავშირისთვის 915 MHz სიხშირით 110.8 კმ-მდე 2450 MHz სიხშირის ბმულისთვის. . თუმცა, 915 MHz ხაზს აქვს რხევის დაბალი სიხშირე. ნაკლები რხევები ნიშნავს ველის სიძლიერის ნაკლებ დაცემას, ანუ უპილოტო საფრენ აპარატთან კომუნიკაციის შეწყვეტის ნაკლებ ალბათობას ფრენის მთელ მანძილზე. შესაძლოა, ეს არის ის ფაქტი, რომელიც განსაზღვრავს სუბგიგაჰერცის რადიოტალღების დიაპაზონის პოპულარობას უპილოტო საფრენი აპარატებით ბრძანებისა და ტელემეტრიული საკომუნიკაციო ხაზებისთვის, როგორც ყველაზე საიმედო. ამავდროულად, ველის სიძლიერის რხევებისგან დასაცავად ზემოთ აღწერილი მოქმედებების კომპლექტის შესრულებისას, გიგაჰერცის დიაპაზონში რადიოკავშირები უზრუნველყოფს უფრო დიდ კომუნიკაციის დიაპაზონს ანტენების მიმართულების თვისებების გაუმჯობესებით.

ნახ. 5 ასევე შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ჩრდილოვან ზონაში (128.8 კმ ნიშნის შემდეგ) აზრი აქვს საკომუნიკაციო ხაზის მუშაობის სიხშირის შემცირებას. მართლაც, დაახლოებით −120 dBm წერტილში სიმძლავრის მრუდები სიხშირეებისთვის и იკვეთება. იმათ. −120 dBm-ზე უკეთესი მგრძნობელობის მიმღების გამოყენებისას, რადიო ბმული 915 MHz სიხშირეზე უზრუნველყოფს კომუნიკაციის უფრო დიდ დიაპაზონს. ამასთან, ამ შემთხვევაში, თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ ბმულის საჭირო გამტარობა, რადგან ასეთი მაღალი მგრძნობელობის მნიშვნელობისთვის, ინფორმაციის სიჩქარე ძალიან დაბალი იქნება. მაგალითად, 3D Link მოდემი [11] მიუხედავად იმისა, რომ ის უზრუნველყოფს მგრძნობელობას −122 dBm-მდე, ინფორმაციის გადაცემის მთლიანი (ორივე მიმართულებით) სიჩქარე იქნება 23 კბიტ/წმ, რაც, პრინციპში, საკმარისია უპილოტო საფრენ აპარატთან KTRL კომუნიკაციისთვის, მაგრამ აშკარად არ არის საკმარისი ვიდეოს გადასაცემად. დაფა. ამრიგად, ქვეგიგაჰერცის დიაპაზონს, მართლაც, აქვს მცირე უპირატესობა KTRL-ის გიგაჰერცის დიაპაზონთან შედარებით, მაგრამ აშკარად კარგავს მახასიათებლებს ვიდეო ხაზების ორგანიზებისას.

რადიოკავშირის სიხშირის არჩევისას, თქვენ ასევე უნდა გაითვალისწინოთ სიგნალის შესუსტება, როდესაც ის ვრცელდება დედამიწის ატმოსფეროში. NS-UAV საკომუნიკაციო კავშირებისთვის, ატმოსფეროში შესუსტება გამოწვეულია აირით, წვიმით, სეტყვით, თოვლით, ნისლით და ღრუბლებით. [2]. 6 გჰც-ზე ნაკლები რადიოკავშირების ოპერაციული სიხშირეებისთვის, აირებში შესუსტება შეიძლება უგულებელყოფილი იყოს [2]. ყველაზე ძლიერი შესუსტება შეინიშნება წვიმების დროს, განსაკუთრებით მაღალი ინტენსივობის (შხაპი). ცხრილი 1 აჩვენებს მონაცემებს [2] ხაზოვანი შესუსტებით [დბ/კმ] სხვადასხვა ინტენსივობის წვიმაში 3–6 გჰც სიხშირეზე.

ცხრილი 1. რადიოტალღების წრფივი შესუსტება [დბ/კმ] სხვადასხვა ინტენსივობის წვიმებში, სიხშირის მიხედვით

სიხშირე [GHz]
3 მმ/საათში (სუსტი)
12 მმ/სთ (ზომიერი)
30 მმ/სთ (ძლიერი)
70 მმ/სთ (წვიმა)

3.00
0.3∙10−3
1.4∙10−3
3.6∙10−3
8.7∙10−3

4.00
0.3∙10−2
1.4∙10−2
3.7∙10−2
9.1∙10−2

5.00
0.8∙10−2
3.7∙10−2
10.6∙10−2
28∙10−2

6.00
1.4∙10−2
7.1∙10−2
21∙10−2
57∙10−2

მაგიდიდან 1 აქედან გამომდინარეობს, რომ, მაგალითად, 3 გჰც სიხშირეზე, შხაპის დროს შესუსტება იქნება დაახლოებით 0.0087 დბ/კმ, რაც 100 კმ ბილიკზე მისცემს 0.87 დბ მთლიან შესუსტებას. როგორც რადიოკავშირის მუშაობის სიხშირე იზრდება, წვიმის დროს შესუსტება მკვეთრად იზრდება. 4 გჰც სიხშირისთვის, იმავე გზაზე საშხაპეში შესუსტება უკვე იქნება 9.1 დბ, ხოლო 5 და 6 გჰც სიხშირეზე - 28 და 57 დბ, შესაბამისად. თუმცა, ამ შემთხვევაში, ვარაუდობენ, რომ წვიმა მოცემული ინტენსივობით ხდება მთელი მარშრუტის გასწვრივ, რაც პრაქტიკაში იშვიათად ხდება. თუმცა, უპილოტო საფრენი აპარატების გამოყენებისას ისეთ ადგილებში, სადაც ხშირია მაღალი ინტენსივობის წვიმა, რეკომენდირებულია აირჩიოთ რადიოს ბმულის მუშაობის სიხშირე 3 გჰც-ზე ქვემოთ.

ლიტერატურა

1. სმოროდინოვი ა.ა. როგორ ავირჩიოთ ფართოზოლოვანი მოდემი უპილოტო საჰაერო ხომალდისთვის (UAV). ჰაბრ. 2019 წელი.
2. კალინინი ა.ი., ჩერენკოვა ე.ლ. რადიოტალღების გავრცელება და რადიოკავშირების მუშაობა. კავშირი. მოსკოვი. 1971 წ.
3. მიკროჰარდი.
4. Pico Digital Data Link pDDL2450 სპეციფიკაცია.
5. Picoradio OEM სპეციფიკაცია.
6. საინჟინრო გამოცდის ანგარიში. Pico 2.4GHz 1W ციფრული მონაცემთა ბმული მოდული.
7. FCC ID.
8. CA Balanis. ანტენის თეორია. ანალიზი და დიზაინი. მეოთხე გამოცემა. ჯონ უილი და შვილები. 2016 წელი.
9. ანტენის მომატება. ვიკიპედიის სტატია.
10. სხივის სიგანე. ვიკიპედიის სტატია.
11. ციფრული დუპლექსური რადიო მოდემი 3D Link.
12. სმ. ალამუთი. "უკაბელო კომუნიკაციებისთვის გადაცემის მრავალფეროვნების მარტივი ტექნიკა." IEEE ჟურნალი კომუნიკაციების შერჩეულ სფეროებზე. 16(8):1451–1458 წ.
13. PTP კლიენტის ანტენა WiBOX PA 0809-8V.
14. PTP კლიენტის ანტენა WiBOX PA 24-15.

წყარო: www.habr.com