UAV andmelinkide RF-lingi eelarve arvutamine

UAV andmelink võib lühikese maapealse testimise ajal tunduda usaldusväärne ja siiski ebaõnnestuda, kui lennuk saavutab maksimaalse lennukauguse, kallutab, tõuseb või edastab suure kiirusega videovoogu. Raskus ei seisne lihtsalt piisava saatevõimsuse valimises; iga antenni võimendust, riistvara kadu, levikadu, vastuvõtja läve ja töötingimusi tuleb hinnata koos.

Praktiline UAV andmelingi eelarve muudab need muutujad vastuvõetud võimsuse ja kasutatava varu hinnanguks. Arvutamine algab missioonijuhtumiga, jälgib raadiosagedusteed saatjast vastuvõtjani, lisab lennuga seotud kaod ja näitab, kas juhtimis- ja kandevõimelingid säilitavad piisavalt reservi.

 

Alusta missioonist, mitte valemist

Eraldage üleslingi, telemeetria ja kasuliku koormuse nõuded

Käskude, telemeetria ja kasuliku koormuse andmeid ei tohiks käsitleda ühe üldise liiklusvoona. Käsu üleslink võib kanda vähe andmeid, kuid nõuab madalat latentsust ja väga suurt järjepidevust. Telemeetria võib taluda madalamat kiirust, samas kui HD-video allalüli võib tarbida suurema osa saadaolevast võimsusest ja nõuda valitud modulatsiooni jaoks tugevamat signaali.

Registreerige iga teenuse minimaalne kasuliku koormuse läbilaskevõime, maksimaalne vastuvõetav latentsusaeg, paketikadude tolerants ja nõutav saadavus. Kasutage rakenduse läbilaskevõimet, mitte raadio suurimat füüsilise kihi kiirust, sest protokolli üldkulud, kordusedastused, liikluse juhtimine ja modulatsiooni muutmine vähendavad kasuliku koormuse jaoks saadaolevat mahtu. Seetõttu tuleks UAV andmelingi eelarvet võrrelda vähemalt kahe lävega: üks käsu ja juhtimise säilitamiseks ning teine ​​vajaliku video- või andurivoo säilitamiseks.

Valige lennu ümbriku halvim punkt

Kaugus peaks esindama marsruudi nõrgimat realistlikku punkti, mitte ainult reklaamitud missiooni raadiust. Maapealsest jaamast erineval kõrgusel asuva lennuki puhul kasutage kaldeulatust:

Kaldevahemik = √(horisontaalne kaugus⊃2; + kõrguste vahe⊃2;)

Geomeetria üksi ei tuvasta halvimat punkti. Pöörded, kaldenurga muutused, järsud tõusunurgad, tagasisuunad ja kasuliku koorma paigutus võivad asetada maapealse jaama õhuantenni mustri nõrgemasse ossa. Missiooni õige sisend on asukoht ja lennuki hoiak, mis loovad nõrgima usaldusväärse lüli, isegi kui mõni teine ​​punkt on veidi kaugemal.

 

Pange iga kasum ja kaotus ühte arvutusse

Koostage sisestusleht ühest tegelikust raadiokonfiguratsioonist

Alustage ühe täieliku töörežiimiga. Ärge kombineerige suurimat edastusvõimsust, kitsariba tundlikkust, kõige laiemat kanalit ja maksimaalset andmeedastuskiirust, kui need spetsifikatsioonid ei saa esineda samaaegselt.

Üksustel on erinevad rollid. dBm väljendab absoluutset võimsustaset, dBi kirjeldab antenni võimendust isotroopse radiaatori suhtes ja dB väljendab võimenduse või kadumise suhet. Kuna võrrand on logaritmiline, liidetakse juurdekasv ja lahutatakse kaod otse.

Toote spetsifikatsioone tuleb käsitleda seotud töötingimustena. WDS DDLmesh õhuseeria toetab valitavaid lairiba- ja kitsaribakanalilaiusi, adaptiivset BPSK-d kuni 64QAM-i modulatsioonini, reguleeritavaid RF-väljundi valikuid, 2 × 2 MIMO-funktsioone ja vastuvõtja tundlikkust –103 dBm sagedusel 5 MHz või –117 dBm sagedusel 250 kHz. Need väärtused illustreerivad, miks peab töölehel kõigepealt valima ribalaiuse ja teenuse kiiruse: kitsariba tundlikkust ei saa kasutada lairiba videovoo toimimise tõestamiseks.

Arvutage vaba ruumi teekadu sageduse ja kaldevahemiku põhjal

Takistusteta punktist punktini tee jaoks arvutage vaba ruumi teekadu sagedusega MHz ja vahemaa kilomeetrites:

FSPL (dB) = 32,4 + 20 log10 (fMHz) + 20 log10 (dkm)

Vaba ruumi kadu kujutab endast võrdlusseisundit, mitte lehestikku, maastiku difraktsiooni, lennukiraami ummistusi, häireid või antenni kõrvalekaldeid. Need mõjud nõuavad eraldi saastekvoote või üksikasjalikumat levitamismudelit.

Sagedusel 2,4 GHz üle 10,01 km on arvutus järgmine:

FSPL = 32,4 + 20 log10 (2400) + 20 log10 (10,01)

FSPL ≈ 120,0 dB

Sagedus, mis on sisestatud GHz, mitte MHz, tekitaks selle võrrandi versiooniga 60 dB vea. Seetõttu tuleks mällu jätmise asemel näidata ühikuid iga sisendlahtri kõrval.

Arvutage EIRP ja eeldatav vastuvõetud võimsus

Ekvivalentne isotroopselt kiirgav võimsus ühendab edastuspoole terminid:

EIRP = Ptx + Gtx − Ltx

Kui saatja toodab 30 dBm, annab antenn vastavas suunas 2 dBi ja kaablitee kaotab 1 dB, on EIRP 31 dBm. Seda väärtust tuleks kontrollida valitud sageduse ja töökoha suhtes kehtivate reeglitega.

Prognoositav vastuvõtja võimsus on siis:

Prx = Ptx + Gtx − Ltx − FSPL − Ladditional + Grx − Lrx

Hoidke täiendavad kahjud nähtaval. Üksainus seletamatu 'ohutusfaktor' muudab raskeks kindlaks teha, kas mudel sisaldab polarisatsiooni mittevastavust, lennukikere varju, jälgimisviga, pistiku tolerantsi või kõrgendatud mürakeskkonda. Eraldi kirjed muudavad ka hilisemate lennutestide andmete võrdlemise lihtsamaks UAV-i algse andmesideeelarvega.

Lõpuks arvutage eraldi veergudes õhk-maa ja maa-õhk teed. Neil võib olla sama vahemaa ja vaba ruumi kadu, kuid erinevad edastusvõimsused, antennipaigaldised, kaablite pikkused, ribalaiused ja tundlikkusläved võivad tekitada oluliselt erinevaid marginaale.

 

Otsustage, kas link lennu ajal ikka töötab

Võrrelge vastuvõetud võimsust õige tundlikkuse väärtusega

Vastuvõtja tundlikkus ei ole raadio üks püsiv omadus. Tavaliselt muutub see ribalaiuse, modulatsiooni, kodeerimise, sihttõrke jõudluse ja mõnikord aktiivsete RF-ahelate arvuga. Tundlikkuse väärtus peaks sisestama UAV andmelingi eelarvesse ainult siis, kui see vastab rakenduse nõutavale töörežiimile.

Arvutage lingi esialgne marginaal järgmiselt:

Lingi marginaal = eeldatav vastuvõetud võimsus – vastuvõtja tundlikkus

Kui prognoositav signaal on –78 dBm ja kohaldatav tundlikkus on –103 dBm, on algvaru 25 dB. See tulemus ütleb, et modelleeritud signaal on töölehel sisestatud eelduste kohaselt 25 dB üle valitud vastuvõtja läve.

Reservvaru välitingimuste muutmiseks

Fade marginaal on kasutatav reserv eeldatava töösignaali ja valitud teenuse jaoks vajaliku minimaalse taseme vahel. See neelab kadusid, mis ajas muutuvad või mida ei saa lauapõhise planeerimise käigus täpselt prognoosida. Nõutav reserv sõltub missiooni kriitilisusest, vastuvõetavast katkestusajast, teekeskkonnast, sagedusest, antenni käitumisest ja sisendandmete usaldusväärsusest.

Kaasake polarisatsioonivea, pistikute tolerantside, maandusantenni suuna, lennukikere ummistuse, osalise takistuse, mitme tee ja paigalduse ebakindluse varud. Häireid tuleb käsitleda ettevaatlikult, sest see ei vähenda alati vastuvõetud signaali võimsust; selle asemel võib see tõsta efektiivset müra alammäära ja suurendada antud andmeedastuskiiruse jaoks vajalikku signaali taset. Lihtsas planeerimislehel võib seda mõju kujutada konservatiivse tundlikkuse trahvina, kui see on selgelt märgistatud.

Fresneli kliirens väärib lühikest marsruudi kontrolli, et leida madala kõrgusega radasid maastiku, taimestiku, hoonete või maapinna lähedal. Visuaalne vaatenurk ei taga häirimatut leviala. Kui kliirens on küsitav, on maastikuteadlik leviuuring sobivam kui tugineda ainult vaba ruumi kadumisele.

Arvestage lennuki asendi ja antenni mustriga

Antenni väärtus UAV-lingi arvutamisel peaks olema võimendus teise raadio suhtes, mitte ainult andmelehele prinditud maksimaalne arv. Asimuudis oleval mitmesuunalisel antennil võivad siiski olla sügavad kõrguse nullid, samas kui paigaldamine süsinikkiu, akude, mootorite, juhtmestiku, kaamerate või muude antennide lähedusse võib selle efektiivset mustrit ümber kujundada.

Veeremine, kaldenurk ja lengerdus kuuluvad seega kujunduse ülevaatesse. Kallutatud pööre võib pöörata polarisatsiooni või suunata nullpunkti jaama poole, samal ajal kui üleminek võib asetada maapealse antenni tugevaimast kõrgusalast väljapoole. Kõige rohkem ukasulik UAV andmelingi eelarve sisaldab eraldi stsenaariume tasapinnalise lennu, maksimaalse kalde, tõusmise, õhutransiidi ja tagasisuuna jaoks.

MIMO ja vastuvõtu mitmekesisus võivad parandada vastupidavust, kuid kasu peaks järgima dokumenteeritud raadiorežiimi ja paigaldatud antennide eraldamist. Ruumilist multipleksimist kasutatakse peamiselt võimsuse suurendamiseks, samas kui mitmekesisuse eesmärk on parandada vastupidavust tuhmumise vastu. Suvalise 'MIMO võimenduse' lisamine vastuvõetud võimsusele võib jõudlust üle hinnata.

Kontrollige mõlemat lingisuunda ja mõlemat toimivusläve

Kahesuunalist ühendust piirab selle nõrgem suund. Allalingil võib olla suurem õhuedastusvõimsus ja see võib kanda tihedat videoliiklust, samas kui üleslingi käsul võib kasutada teistsugust maapealset antenni, kanali seadistust või tundlikkuse nõuet. Levimise vastastikkus ei muuda kõiki seadmeahelaid identseks.

Missiooni ulatus peaks põhinema sellel, kumb lävi saavutatakse esimesena. UAV võib jääda juhitavaks ka pärast seda, kui videovoog muutub kasutuskõlbmatuks, kuid see ei tähenda, et algne andmeühenduse nõue oleks täidetud.

 

Käivitage toimiv näide ja seejärel vaidlustage tulemus

Viige lõpule üks realistlik UAV andmelingi arvutus

Vaatleme illustreerivat 2,4 GHz õhk-maa ühendust, mille horisontaalne ulatus on 10 km ja kõrguste erinevus 500 m. Valitud raadiokonfiguratsioon kasutab 1 W RF-ahela kohta, mis võrdub 30 dBm ahela kohta, ja 5 MHz kanalit tundlikkusega –103 dBm. Näide on pigem arvutus, mitte garanteeritud vahemiku nõue.

Kalde ulatus on √(10⊃2; + 0,5⊃2;) ehk ligikaudu 10,01 km. Vaba ruumi kadu on umbes 120 dB, samas kui EIRP on 30 + 2 - 1 ehk 31 dBm. Vastuvõetud võimsus muutub 30 + 2 - 1 - 120 + 12 - 1 = -78 dBm.

Võrreldes –78 dBm ja –103 dBm, jääb nimivaru 25 dB. See näib paberil toimiv, kuid eeldab selget vaatevälja, täpset antennivõimendust, modelleerimata installikadu ja vastuvõtja tundlikkust, mis vastab nõutavale teenusele. Vastassuunaline arvutus tuleb ikkagi lõpetada oma saatja, antenni ja vastuvõtja väärtustega.

Enne kujunduse kinnitamist testige eelarvet stressistikku

Nominaalne tulemus tuleks nüüd pigem vaidlustada kui aktsepteerida. Oletame, et kaldus pööre ja lennukikere paigutus põhjustavad 6 dB antenni mustri kadu. Kui häired ja rakendamise ebakindlus määravad täiendava 4 dB samaväärse trahvi, langeb saadaolev varu 25 dB-lt ligikaudu 15 dB-le.

Saatja võimsuse suurendamine ei ole alati parim esimene reaktsioon. Kõrgem raadiosageduslik väljund võib suurendada elektrikoormust, soojuse hajumist, süsteemi kaalu, häireid ja regulatiivset kokkupuudet, samas kui antenni parem paigutus võib ilma nende karistusteta taastada mitu detsibelli.

Lennukatsed peaksid liikuma lühikestelt madala riskitasemega marsruutidelt täieliku ümbrikuni. Salvestage vastuvõetud signaali tugevus, SNR, modulatsioon, läbilaskevõime, pakettide kadu ja latentsus tasase väljuva lennu, pöörde, tõusude, õhuliinide ja tagasisuunamise ajal. Nende mõõtmiste võrdlemine stsenaariumiarvutustega muudab algse töölehe tulevaste missioonide jaoks kalibreeritud mudeliks.

 

Järeldus

Usaldusväärne mehitamata õhusõiduki andmeühenduse eelarve peaks peegeldama pigem kogu missiooni kui ideaalset vaatevälja arvutust. Mõlema lingi suuna kontrollimine, vastuvõtja tundlikkuse sobitamine nõutava andmeedastuskiirusega ning antenni orientatsiooni, häirete ja paigalduskadude võimaldamine loob realistlikuma aluse projekteerimiseks ja lennukatsetusteks.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. DDLmeshi õhus olevaid andmesidetooteid saab hinnata sama protsessi käigus, aidates meeskondadel võrrelda töökonfiguratsioone ning valida sobivad võimsuse, ribalaiuse ja modulatsiooni seaded. Tulemuseks on selgem tee esialgsest RF-planeerimisest usaldusväärse käsu-, telemeetria- ja kasuliku koormuse sideni.

 

KKK

K: Mis on UAV andmesideühenduse eelarve?

V: UAV andmesideühenduse eelarve lisab saatja võimsuse ja antenni võimenduse, lahutab tee- ja riistvarakaod ning seejärel võrdleb eeldatavat vastuvõetud võimsust vastuvõtja lävega.

K: Mis on põhiline RF-lingi eelarvevalem?

V: Prognoositav vastuvõetud võimsus võrdub saatja võimsusega, millele lisanduvad saate- ja vastuvõtuantenni võimendused, miinus kaabel, pistik, levik, polarisatsioon, ummistus ja muud teostuskaod.

K: Kui palju lingivaru UAV-sidesüsteem vajab?

V: Pole olemas universaalset sihtmärki. Nõutav varu sõltub missiooni kriitilisusest, sagedusest, häiretest, õhusõiduki liikumisest, vastuvõetavatest katkestustest ja leviku eeldustest.

K: Miks tuleks UAV-i lingi arvutamiseks kasutada kaldevahemikku?

V: Kaldeulatus peegeldab tegelikku kolmemõõtmelist kaugust õhusõiduki ja maapealse jaama vahel, võttes arvesse nii horisontaalset kaugust kui ka kõrguste erinevust.

K: Kas UAV üles- ja allalingi eelarved tuleks eraldi arvutada?

V: Jah. Iga suund võib kasutada erinevat edastusvõimsust, antenne, kaablikadusid, ribalaiust, modulatsiooni ja vastuvõtja tundlikkust, tekitades erinevaid töövarusid.

K: Kas saatevõimsuse suurendamine parandab alati UAV-lingi töökindlust?

V: Suurem võimsus võib suurendada vastuvõetud signaali tugevust, kuid olulisemad võivad olla antenni paigutus, feederi kadu, kanali ribalaius, häired, regulatiivsed piirangud, soojus- ja energiatarbimine.