यूएवी डेटा लिंक के लिए आरएफ लिंक बजट की गणना कैसे करें

एक यूएवी डेटा लिंक एक छोटे जमीनी परीक्षण के दौरान विश्वसनीय लग सकता है और तब भी विफल रहता है जब विमान अधिकतम सीमा तक पहुंचता है, किनारे पर चढ़ता है, या उच्च दर वाली वीडियो स्ट्रीम करता है। कठिनाई केवल पर्याप्त संचारित शक्ति चुनने की नहीं है; प्रत्येक एंटीना लाभ, हार्डवेयर हानि, प्रसार हानि, रिसीवर थ्रेशोल्ड और परिचालन स्थिति का एक साथ मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

एक व्यावहारिक यूएवी डेटा लिंक बजट उन चरों को प्राप्त शक्ति और प्रयोग करने योग्य मार्जिन के अनुमान में बदल देता है। गणना मिशन मामले से शुरू होती है, ट्रांसमीटर से रिसीवर तक आरएफ पथ का पालन करती है, उड़ान से संबंधित नुकसान जोड़ती है, और बताती है कि नियंत्रण और पेलोड लिंक पर्याप्त रिजर्व बनाए रखते हैं या नहीं।

 

मिशन से शुरुआत करें, फॉर्मूला से नहीं

अपलिंक, टेलीमेट्री और पेलोड आवश्यकताओं को अलग करें

कमांड, टेलीमेट्री और पेलोड डेटा को एक सामान्य ट्रैफ़िक स्ट्रीम के रूप में नहीं माना जाना चाहिए। एक कमांड अपलिंक में थोड़ा डेटा हो सकता है लेकिन इसके लिए कम विलंबता और बहुत अधिक निरंतरता की आवश्यकता होती है। टेलीमेट्री कम दर को सहन कर सकती है, जबकि एक एचडी वीडियो डाउनलिंक अधिकांश उपलब्ध क्षमता का उपभोग कर सकता है और अपने चयनित मॉड्यूलेशन के लिए एक मजबूत सिग्नल की मांग कर सकता है।

प्रत्येक सेवा के लिए न्यूनतम पेलोड थ्रूपुट, अधिकतम स्वीकार्य विलंबता, पैकेट-हानि सहनशीलता और आवश्यक उपलब्धता रिकॉर्ड करें। रेडियो की चरम भौतिक-परत दर के बजाय एप्लिकेशन थ्रूपुट का उपयोग करें, क्योंकि प्रोटोकॉल ओवरहेड, रीट्रांसमिशन, ट्रैफ़िक को नियंत्रित करना और बदलते मॉड्यूलेशन से पेलोड के लिए उपलब्ध क्षमता कम हो जाती है। इसलिए यूएवी डेटा लिंक बजट को कम से कम दो सीमाओं के विरुद्ध जांचा जाना चाहिए: एक कमांड और नियंत्रण बनाए रखने के लिए, और दूसरा आवश्यक वीडियो या सेंसर स्ट्रीम को बनाए रखने के लिए।

उड़ान लिफाफे में सबसे खराब बिंदु चुनें

दूरी को मार्ग में सबसे कमजोर यथार्थवादी बिंदु का प्रतिनिधित्व करना चाहिए, न कि केवल विज्ञापित मिशन त्रिज्या का। ग्राउंड स्टेशन से भिन्न ऊंचाई पर विमान के लिए, तिरछी रेंज का उपयोग करें:

तिरछी सीमा = √(क्षैतिज दूरी⊃2; + ऊंचाई अंतर⊃2;)

अकेले ज्यामिति सबसे खराब बिंदु की पहचान नहीं करती है। बैंकिंग मोड़, पिच परिवर्तन, तीव्र ऊंचाई कोण, रिटर्न हेडिंग और पेलोड प्लेसमेंट ग्राउंड स्टेशन को एयरबोर्न एंटीना पैटर्न के कमजोर हिस्से में डाल सकते हैं। सही मिशन इनपुट विमान की स्थिति और रवैया है जो सबसे कमजोर विश्वसनीय लिंक उत्पन्न करता है, भले ही कोई अन्य बिंदु थोड़ा दूर हो।

 

प्रत्येक लाभ और हानि को एक गणना में रखें

एक वास्तविक रेडियो कॉन्फ़िगरेशन से एक इनपुट शीट बनाएं

एक पूर्ण ऑपरेटिंग मोड से प्रारंभ करें। उच्चतम संचारण शक्ति, नैरोबैंड संवेदनशीलता, सबसे चौड़े चैनल और अधिकतम डेटा दर को संयोजित न करें जब ये विनिर्देश एक साथ नहीं हो सकते।

इकाइयों की अलग-अलग भूमिकाएँ होती हैं। डीबीएम एक पूर्ण शक्ति स्तर को व्यक्त करता है, डीबीआई एक आइसोट्रोपिक रेडिएटर के सापेक्ष एंटीना लाभ का वर्णन करता है, और डीबी लाभ या हानि अनुपात को व्यक्त करता है। क्योंकि समीकरण लघुगणकीय है, लाभ जोड़ दिया जाता है और हानि सीधे घटा दी जाती है।

उत्पाद विशिष्टताओं को संबद्ध परिचालन स्थितियों के रूप में माना जाना चाहिए। WDS DDLmesh एयरबोर्न श्रृंखला चयन योग्य ब्रॉडबैंड और नैरोबैंड चैनल चौड़ाई, 64QAM मॉड्यूलेशन के माध्यम से अनुकूली BPSK, समायोज्य आरएफ आउटपुट विकल्प, 2×2 MIMO फ़ंक्शन और 5 मेगाहर्ट्ज पर -103 dBm या 250 kHz पर -117 dBm की रिसीवर संवेदनशीलता का समर्थन करती है। ये मान बताते हैं कि वर्कशीट को पहले बैंडविड्थ और सेवा दर का चयन क्यों करना चाहिए: नैरोबैंड संवेदनशीलता का उपयोग यह साबित करने के लिए नहीं किया जा सकता है कि ब्रॉडबैंड वीडियो स्ट्रीम काम करेगी।

आवृत्ति और तिरछी सीमा से मुक्त-स्थान पथ हानि की गणना करें

एक अबाधित बिंदु-से-बिंदु पथ के लिए, मेगाहर्ट्ज में आवृत्ति और किलोमीटर में दूरी के साथ मुक्त-स्थान पथ हानि की गणना करें:

एफएसपीएल (डीबी) = 32.4 + 20 लॉग10(एफएमएचजेड) + 20 लॉग10(डीकेएम)

मुक्त-अंतरिक्ष पथ हानि पर्णसमूह, भूभाग विवर्तन, एयरफ्रेम रुकावट, हस्तक्षेप, या एंटीना गलत संरेखण के बजाय एक संदर्भ स्थिति का प्रतिनिधित्व करती है। उन प्रभावों के लिए अलग भत्ते या अधिक विस्तृत प्रसार मॉडल की आवश्यकता होती है।

10.01 किमी से अधिक 2.4 गीगाहर्ट्ज़ पर, गणना इस प्रकार है:

एफएसपीएल = 32.4 + 20 लॉग10(2400) + 20 लॉग10(10.01)

एफएसपीएल ≈ 120.0 डीबी

मेगाहर्ट्ज के बजाय गीगाहर्ट्ज में दर्ज की गई आवृत्ति समीकरण के इस संस्करण के साथ 60 डीबी त्रुटि उत्पन्न करेगी। इसलिए इकाइयों को मेमोरी में छोड़े जाने के बजाय प्रत्येक इनपुट सेल के बगल में दिखाया जाना चाहिए।

ईआईआरपी की गणना करें और प्राप्त शक्ति की भविष्यवाणी करें

समतुल्य आइसोट्रोपिक रूप से विकिरणित शक्ति ट्रांसमिट-साइड शर्तों को जोड़ती है:

ईआईआरपी = पीटीएक्स + जीटीएक्स - एलटीएक्स

यदि ट्रांसमीटर 30 डीबीएम उत्पन्न करता है, तो एंटीना संबंधित दिशा में 2 डीबीआई प्रदान करता है, और केबल पथ 1 डीबी खो देता है, ईआईआरपी 31 डीबीएम है। इस मान की जाँच उन नियमों के विरुद्ध की जानी चाहिए जो चुनी गई आवृत्ति और संचालन स्थान पर लागू होते हैं।

अनुमानित रिसीवर शक्ति तब है:

पीआरएक्स = पीटीएक्स + जीटीएक्स - एलटीएक्स - एफएसपीएल - लैडिशनल + जीआरएक्स - एलआरएक्स

अतिरिक्त नुकसान दृश्यमान रखें. एक एकल अस्पष्ट 'सुरक्षा कारक' यह निर्धारित करना मुश्किल बना देता है कि मॉडल में ध्रुवीकरण बेमेल, एयरफ्रेम शैडोइंग, ट्रैकिंग त्रुटि, कनेक्टर सहिष्णुता, या ऊंचा शोर वातावरण शामिल है या नहीं। अलग-अलग प्रविष्टियाँ बाद के उड़ान-परीक्षण डेटा को मूल यूएवी डेटा लिंक बजट के साथ तुलना करना आसान बनाती हैं।

अंत में, अलग-अलग कॉलम में हवा से जमीन और जमीन से हवा के रास्तों की गणना करें। वे समान दूरी और मुक्त-स्थान हानि साझा कर सकते हैं, लेकिन विभिन्न संचारण शक्तियाँ, एंटीना इंस्टॉलेशन, केबल रन, बैंडविथ और संवेदनशीलता सीमाएँ काफी भिन्न मार्जिन बना सकती हैं।

 

तय करें कि क्या लिंक अभी भी उड़ान में काम करता है

प्राप्त शक्ति की तुलना सही संवेदनशीलता मान से करें

रिसीवर संवेदनशीलता रेडियो की एक स्थायी विशेषता नहीं है। यह आम तौर पर बैंडविड्थ, मॉड्यूलेशन, कोडिंग, लक्ष्य त्रुटि प्रदर्शन और कभी-कभी सक्रिय आरएफ श्रृंखलाओं की संख्या के साथ बदलता है। संवेदनशीलता मान केवल यूएवी डेटा लिंक बजट में दर्ज किया जाना चाहिए जब यह एप्लिकेशन द्वारा आवश्यक ऑपरेटिंग मोड से मेल खाता हो।

प्रारंभिक लिंक मार्जिन की गणना इस प्रकार करें:

लिंक मार्जिन = अनुमानित प्राप्त शक्ति - रिसीवर संवेदनशीलता

यदि अनुमानित संकेत −78 dBm है और लागू संवेदनशीलता −103 dBm है, तो प्रारंभिक मार्जिन 25 dB है। वह परिणाम कहता है कि मॉडल किया गया सिग्नल वर्कशीट में दर्ज की गई मान्यताओं के तहत चयनित रिसीवर सीमा से 25 डीबी ऊपर है।

क्षेत्र की बदलती परिस्थितियों के लिए आरक्षित मार्जिन

फ़ेड मार्जिन अपेक्षित ऑपरेटिंग सिग्नल और चयनित सेवा के लिए आवश्यक न्यूनतम स्तर के बीच प्रयोग करने योग्य रिज़र्व है। यह उन नुकसानों को अवशोषित करता है जो समय के साथ बदलते रहते हैं या डेस्क-आधारित योजना के दौरान सटीक भविष्यवाणी नहीं की जा सकती है। आवश्यक रिज़र्व मिशन की गंभीरता, स्वीकार्य रुकावट समय, पथ वातावरण, आवृत्ति, एंटीना व्यवहार और इनपुट डेटा के विश्वास पर निर्भर करता है।

ध्रुवीकरण त्रुटि, कनेक्टर सहनशीलता, ग्राउंड-एंटीना पॉइंटिंग, एयरफ्रेम रुकावट, आंशिक बाधा, मल्टीपाथ और इंस्टॉलेशन अनिश्चितता के लिए भत्ते शामिल करें। हस्तक्षेप को सावधानी से संभालना चाहिए क्योंकि यह हमेशा प्राप्त सिग्नल शक्ति को कम नहीं करता है; इसके बजाय, यह प्रभावी शोर स्तर को बढ़ा सकता है और किसी दिए गए डेटा दर के लिए आवश्यक सिग्नल स्तर को बढ़ा सकता है। एक साधारण योजना पत्र में, उस प्रभाव को रूढ़िवादी संवेदनशीलता दंड के रूप में दर्शाया जा सकता है, बशर्ते इसे स्पष्ट रूप से लेबल किया गया हो।

फ्रेस्नेल क्लीयरेंस इलाके, वनस्पति, इमारतों या जमीन के पास कम ऊंचाई वाले रास्तों के लिए एक संक्षिप्त मार्ग जांच का हकदार है। दृष्टि की दृश्य रेखा अबाधित प्रसार क्षेत्र की गारंटी नहीं देती है। जहां निकासी संदिग्ध है, वहां केवल मुक्त-स्थान हानि पर निर्भर रहने की तुलना में भूभाग-जागरूक प्रसार अध्ययन अधिक उपयुक्त है।

विमान के रवैये और एंटीना पैटर्न का लेखा-जोखा रखें

यूएवी लिंक गणना में ऐन्टेना मान अन्य रेडियो के लिए लाभ होना चाहिए, न कि केवल डेटाशीट पर मुद्रित अधिकतम संख्या। अज़ीमुथ में एक सर्वदिशात्मक एंटीना में अभी भी गहरी ऊंचाई वाले नल हो सकते हैं, जबकि कार्बन फाइबर, बैटरी, मोटर, वायरिंग, कैमरे या अन्य एंटेना के पास स्थापना इसके प्रभावी पैटर्न को दोबारा बदल सकती है।

इसलिए रोल, पिच और यॉ डिज़ाइन समीक्षा में शामिल हैं। एक बैंक्ड मोड़ ध्रुवीकरण को घुमा सकता है या स्टेशन की ओर एक नल को इंगित कर सकता है, जबकि एक ओवरहेड पास ग्राउंड एंटीना को सबसे मजबूत ऊंचाई वाले क्षेत्र के बाहर रख सकता है। सबसे ज्यादा यूसुरक्षित यूएवी डेटा लिंक बजट में स्तरीय उड़ान, अधिकतम बैंक, चढ़ाई, ओवरहेड ट्रांज़िट और रिटर्न हेडिंग के लिए अलग-अलग परिदृश्य शामिल हैं।

एमआईएमओ और विविधता प्राप्त करने से लचीलेपन में सुधार हो सकता है, लेकिन लाभ दस्तावेजित रेडियो मोड और स्थापित एंटीना पृथक्करण का पालन करना चाहिए। स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग मुख्य रूप से क्षमता बढ़ाने के लिए किया जाता है, जबकि विविधता का उद्देश्य लुप्त होती के खिलाफ मजबूती में सुधार करना है। प्राप्त शक्ति में एक मनमाना 'MIMO लाभ' जोड़ने से प्रदर्शन बढ़ सकता है।

दोनों लिंक दिशा-निर्देश और दोनों प्रदर्शन सीमाएँ जाँचें

दोतरफा कनेक्शन इसकी कमजोर दिशा के कारण सीमित होता है। डाउनलिंक में उच्च हवाई संचारण शक्ति हो सकती है और भारी वीडियो ट्रैफ़िक हो सकता है, जबकि कमांड अपलिंक एक अलग ग्राउंड एंटीना, चैनल सेटिंग, या संवेदनशीलता आवश्यकता का उपयोग कर सकता है। प्रसार की पारस्परिकता संपूर्ण उपकरण श्रृंखलाओं को समान नहीं बनाती है।

मिशन का दायरा उस सीमा पर आधारित होना चाहिए जिस पर पहले पहुंचा जाए। वीडियो स्ट्रीम अनुपयोगी हो जाने के बाद एक यूएवी नियंत्रणीय रह सकता है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि मूल डेटा-लिंक आवश्यकता पूरी हो गई है।

 

एक कार्यशील उदाहरण चलाएँ, फिर परिणाम को चुनौती दें

एक यथार्थवादी यूएवी डेटा-लिंक गणना पूरी करें

10 किमी की क्षैतिज सीमा और 500 मीटर की ऊंचाई के अंतर के साथ एक उदाहरणात्मक 2.4 गीगाहर्ट्ज हवा से जमीन के लिंक पर विचार करें। चयनित रेडियो कॉन्फ़िगरेशन 1 डब्ल्यू प्रति आरएफ श्रृंखला, 30 डीबीएम प्रति श्रृंखला के बराबर और -103 डीबीएम संवेदनशीलता के साथ 5 मेगाहर्ट्ज चैनल का उपयोग करता है। उदाहरण गारंटीकृत सीमा दावे के बजाय एक गणना अभ्यास है।

तिरछी सीमा √(10⊃2; + 0.5⊃2;), या लगभग 10.01 किमी है। फ्री-स्पेस हानि लगभग 120 डीबी है, जबकि ईआईआरपी 30 + 2 - 1, या 31 डीबीएम है। प्राप्त शक्ति 30 + 2 − 1 − 120 + 12 − 1 = −78 dBm हो जाती है।

−78 dBm की तुलना −103 dBm से करने पर 25 dB नाममात्र का मार्जिन बचता है। यह कागज पर व्यावहारिक दिखता है, लेकिन यह स्पष्ट दृष्टि रेखा, सटीक एंटीना लाभ, कोई अनमॉडल्ड इंस्टॉलेशन हानि और आवश्यक सेवा के लिए उपयुक्त रिसीवर संवेदनशीलता मानता है। विपरीत दिशा की गणना अभी भी अपने स्वयं के ट्रांसमीटर, एंटीना और रिसीवर मानों के साथ पूरी की जानी चाहिए।

डिज़ाइन को मंजूरी देने से पहले बजट का परीक्षण करें

नाममात्र के परिणाम को अब स्वीकार करने के बजाय चुनौती दी जानी चाहिए। मान लीजिए कि बैंक्ड टर्न और एयरफ्रेम प्लेसमेंट के कारण 6 डीबी एंटीना-पैटर्न का नुकसान होता है। यदि हस्तक्षेप और कार्यान्वयन अनिश्चितता अतिरिक्त 4 डीबी समकक्ष जुर्माना लगाती है, तो उपलब्ध मार्जिन 25 डीबी से घटकर लगभग 15 डीबी हो जाता है।

ट्रांसमीटर की शक्ति बढ़ाना हमेशा सबसे अच्छी पहली प्रतिक्रिया नहीं होती है। उच्च आरएफ आउटपुट विद्युत भार, गर्मी अपव्यय, सिस्टम वजन, हस्तक्षेप और नियामक जोखिम को बढ़ा सकता है, जबकि बेहतर एंटीना प्लेसमेंट उन दंडों के बिना कई डेसिबल पुनर्प्राप्त कर सकता है।

उड़ान परीक्षण को छोटे, कम जोखिम वाले रास्तों से पूर्ण सीमा तक आगे बढ़ना चाहिए। रिकॉर्ड प्राप्त सिग्नल शक्ति, एसएनआर, मॉड्यूलेशन, थ्रूपुट, पैकेट हानि, और लेवल आउटबाउंड उड़ान, मोड़, चढ़ाई, ओवरहेड पास और रिटर्न हेडिंग के दौरान विलंबता। परिदृश्य गणना के साथ उन मापों की तुलना करने से मूल वर्कशीट भविष्य के मिशनों के लिए एक कैलिब्रेटेड मॉडल में परिवर्तित हो जाती है।

 

निष्कर्ष

एक विश्वसनीय यूएवी डेटा लिंक बजट को आदर्श लाइन-ऑफ़-विज़न गणना के बजाय संपूर्ण मिशन को प्रतिबिंबित करना चाहिए। दोनों लिंक दिशाओं की जांच करना, आवश्यक डेटा दर के लिए रिसीवर संवेदनशीलता का मिलान करना, और एंटीना अभिविन्यास, हस्तक्षेप और स्थापना हानि की अनुमति देना डिजाइन और उड़ान परीक्षण के लिए अधिक यथार्थवादी आधार बनाता है।

शेन्ज़ेन सिनोसुन टेक्नोलॉजी कं, लिमिटेड के DDLmesh एयरबोर्न डेटा-लिंक उत्पादों का मूल्यांकन इसी प्रक्रिया के भीतर किया जा सकता है, जिससे टीमों को ऑपरेटिंग कॉन्फ़िगरेशन की तुलना करने और उपयुक्त पावर, बैंडविड्थ और मॉड्यूलेशन सेटिंग्स का चयन करने में मदद मिलती है। परिणाम प्रारंभिक आरएफ योजना से भरोसेमंद कमांड, टेलीमेट्री और पेलोड संचार तक एक स्पष्ट मार्ग है।

 

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

प्रश्न: यूएवी डेटा लिंक बजट क्या है?

ए: यूएवी डेटा लिंक बजट ट्रांसमीटर शक्ति और एंटीना लाभ जोड़ता है, पथ और हार्डवेयर हानि घटाता है, फिर रिसीवर सीमा के साथ अनुमानित प्राप्त शक्ति की तुलना करता है।

प्रश्न: मूल आरएफ लिंक बजट फॉर्मूला क्या है?

ए: अनुमानित प्राप्त शक्ति ट्रांसमीटर पावर प्लस ट्रांसमिट और एंटीना लाभ, माइनस केबल, कनेक्टर, प्रसार, ध्रुवीकरण, रुकावट और अन्य कार्यान्वयन हानियों के बराबर होती है।

प्रश्न: यूएवी संचार प्रणाली को कितने लिंक मार्जिन की आवश्यकता होती है?

उत्तर: कोई सार्वभौमिक लक्ष्य नहीं है. आवश्यक मार्जिन मिशन की गंभीरता, आवृत्ति, हस्तक्षेप, विमान की गति, स्वीकार्य रुकावटों और प्रसार मान्यताओं में विश्वास पर निर्भर करता है।

प्रश्न: यूएवी लिंक गणना के लिए स्लैंट रेंज का उपयोग क्यों किया जाना चाहिए?

ए: तिरछी सीमा विमान और ग्राउंड स्टेशन के बीच वास्तविक त्रि-आयामी दूरी को दर्शाती है, जो क्षैतिज पृथक्करण और ऊंचाई अंतर दोनों के लिए जिम्मेदार है।

प्रश्न: क्या यूएवी अपलिंक और डाउनलिंक बजट की गणना अलग से की जानी चाहिए?

उत्तर: हाँ. प्रत्येक दिशा अलग-अलग संचारण शक्ति, एंटेना, केबल हानि, बैंडविड्थ, मॉड्यूलेशन और रिसीवर संवेदनशीलता का उपयोग कर सकती है, जिससे अलग-अलग ऑपरेटिंग मार्जिन उत्पन्न होता है।

प्रश्न: क्या संचारित शक्ति बढ़ने से हमेशा यूएवी लिंक विश्वसनीयता में सुधार होता है?

ए: अधिक शक्ति प्राप्त सिग्नल की शक्ति को बढ़ा सकती है, लेकिन एंटीना प्लेसमेंट, फीडर हानि, चैनल बैंडविड्थ, हस्तक्षेप, नियामक सीमाएं, गर्मी और ऊर्जा खपत अधिक महत्वपूर्ण हो सकती है।