Kérdés:
Az FPV drón hatótávolságának kiszámítása
sempaiscuba
2020-04-24 22:25:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sokáig tanultam az elektronikai és kommunikációs mérnöki tanulmányokat, de ha jól emlékszem, lehetővé kell tenni az FPV drón hatótávolságának becslését a adóteljesítmény , az adó és a vevő antennaerősítése , a működés frekvencia és a vevő érzékenysége . [Nincs megadható egyenletem, és a memóriám sem olyan, mint amilyen volt, de hozzáadom, ha megtalálom]


Most egyértelműen lesznek más külső tényezők, amelyek hátrányosan befolyásolhatják az FPV-tartományt, ezért a számítás csak ideális körülmények között adna meg egy „ maximum ” tartományt. Ezzel a figyelmeztetéssel azonban számomra úgy tűnik, hogy ésszerű lenne ezt a számítást a tervezési folyamat részeként felhasználni az FPV drón építéséhez szükséges alkatrészek meghatározásához.

Azonban egyik sem Az általam látott oktatóanyagok közül ezt a számítást végzik, és a várható tartományt csak ritkán említik, amikor a drón alkatrészeinek kiválasztásáról tárgyalnak. Egy meglehetősen tipikus példa a Hogyan készítsünk FPV drónot.


Tehát a kérdésem a következő:

Érdemes kiszámolni a az FPV drón várható tartománya a tervezési folyamat részeként, és útmutatóként a drón alkatrészeinek kiválasztásához?

A végén feltett kérdés alapján úgy tűnik, hogy ez a bejegyzés véleményalapú lehet - van-e mód arra, hogy erre számszerűbben válaszoljunk?
@DronesandWhatnot nyitott vagyok a javaslatokra. Az első gondolatom az volt, hogy csak azért lehet, mert az emberek egyszerűen nem szeretnek matematikázni, de lehet, hogy valamilyen gyakorlati oka van annak, hogy nem végzem el a számítást, amiről nem vagyok tisztában. Valóban megpróbálom megérteni, ** miért, úgy tűnik, senki nem használja.
ez elég korrekt. Azt hiszem, az emberek többnyire nem érzik különösebb szükségét ennek. Tudják, hogy hosszabb hatótávolság esetén a magasabb DBi patch antennák jobbak, és a lehető legmagasabb kimeneti teljesítményre vágyik. Vannak más tényezők is, például a Rush Tank rendelkezik jelzárral, amely hatékonyabbá teszi a tartományokat, mint a nagyobb teljesítményű adók. Ez minden bizonnyal érdekes, ha kérdés.
Kettő válaszokat:
FlashCactus
2020-04-25 04:41:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Először megadom a választ: Igen, érdemes kiszámolni a hozzávetőleges hatótávolságot, ha (nagyon) nagy hatótávolságú repülőgépet épít. Az elméleti számítások azonban általában olyan durva közelítéssel szolgálnak a valósághoz, hogy nem lehet rájuk támaszkodni, és a tényleges maximális tartomány számtalan tényezőtől függ azon kívül, amit figyelembe lehet venni a közelítés ben.

Ha rövid hatótávolságú, akadályok közelében (vagy azokon belül!) repül, akrobatikus manővereket végez, stb., a drón helyi viszonyait, hozzáállását, a dolgok közelségét stb. minden egyes pillanatban minden elméleti tartománynál nagyobb mértékben befolyásolja a videolink teljesítményét. Az olyan dolgok, mint például az antennák meredek iránya és iránya, milyen zajcsökkentés van a vevőkészülékben, és ahol Ön áll, hirtelen rendkívül fontossá válnak, és szorosan kapcsolódnak az épület vagy más környezet konfigurációjához, amelyen repül. Előfordul, hogy csak a vevő néhány centiméteres oldalra tolása hatalmas különbséget jelenthet a vett jel tisztaságában, vagy ha csökkenti az adó teljesítményét, a link jobban t eredményezhet a kevesebb többutas interferencia miatt.

Tehát az emberek általában azt csinálják, hogy vannak bizonyos ismert tartományok és általános teljesítményértékek a sebességváltók bizonyos kombinációi esetében, és figyelembe veszik, hogy az adott sebességfokozat bizonyos váltása mennyire befolyásolja ezt a teljesítményt. Ahogyan ebben az esetben is, egy 3dB antenna cseréje egy 11dB opcióra 8dB erősebb jelet eredményezhet, ami 4dB (~ 2,5x) nagyobb hatótávolságnak felel meg a szabadban az alternatív azonos feltételek mellett szemben; vagy lehetőséget adhat arra, hogy áttörje ezt a falat (miközben kevésbé irányított omni antennája borítja környezetének többi részét). Lehet, hogy a VTX teljesítményének kétszeresére növelésével sqrt (2) = 1,41x nagyobb hatótávolságot nyújthat még ezen a falon keresztül is. Vagy inkább nagyobb interferenciát adhat Önnek. Tehát a hipotézis megfogalmazása után végrehajtja a változást, elmegy és teszteli, és megnézi, hogy valóban így működik-e; Lehet, hogy nem!


Rendben, most jön a nerdy rész.

Nem tudom a pontos képletet, amelyről beszélsz, de én ezt csak a rúgások miatt fogom végiggondolni.

Tehát az a célunk, hogy a vevőnél olyan jel legyen, amely magasabb, mint az érzékenysége (ami a leggyengébb jelet jelenti, amelyet a vevő képes észlelni és demodulálni). A jelutunk a következő:

  Eredeti jel -> adó erősítőjének erősítése -> (feedline loss) -> TX antennaerősítés -> útvesztés antennák közötti utazásból -> RX antennaerősítés -> (előerősítő?) -> vevő.  

(görgetés).

A jel minden lépésben megsokszorozódik, kivéve ott, ahol a levegőben történő utazáskor csökken. szükségünk van arra, hogy az összes nyereség szorzata a veszteségi tényezővel magasabb legyen, mint az érzékenység.

Tehát a maximális tartomány egyenletünk a következő:

  AmpGain * Gain1 * Gain2 * PathLoss = RxSens.  

A legegyszerűbb, ideális esetben, amikor feltételezzük, hogy a két antenna ( szabad hely ) kivételével nincs semmi a környéken, az adásból származó veszteségek fordított négyzet: FSPL = hullámhossz / (4Pi * távolság²), amelyből megkapjuk:

  AllGains * hullámhossz / (4Pi * Távolság²) = RxSens; 4Pi * Távolság² = AllGains * hullámhossz / RxSens; MaxDistance = sqrt (AllGains * hullámhossz / (4Pi * RxSens)).  

És itt jön a figyelmeztetés.

Nem egy ideális világban élünk.

Nem a szabad térben közvetítünk. Lehetnek épületek vagy fák, vagy eső vagy bármi más is. Ami még rosszabb, hogy nem is kell blokkolnia a látóvonalát , mivel a vonal közelében lévő objektumok diffrakciót okoznak, ami zavarhatja a vételt, ha bent vannak a fresnel zóna. Maga a talaj lesz gyakran az ilyen interferencia legnagyobb forrása nagyobb távolságokon, néha a terjedési tényezőt hatékony inverz-negyedik erő törvényre redukálva.

Fresnel zone

Fontolja meg azt is, hogy antennáinak max-gain vektorai nem mindig mutatnak egymásra; miközben használhat egy antennamutató eszközt a földön, repülőgépe dől és gurul, ezzel csökkentve az adóantenna erősítését az Ön irányába.

A föld légköre jelentősen befolyásolhatja a jelzésedet is, és ez mindennap másként fog megtörténni, mind a mennyiség, mind a hogyan szempontjából.

Mindezen tényezők ellenére, bár meg tudja jósolni nagyjából , hogy ezek hogyan fogják befolyásolni a hatótávolságát, sok minden van velük kapcsolatban az egyes helyeken és időpontokban, amelyeket egyszerűen nem szabad nem tudom. És mivel a szignálmódosító tényezők szorzással halmozódnak, az eltérés elég gyorsan megnőhet.

garbage math by xkcd

A vevő sem ideális. Valószínűleg különféle módon el fogja rontani a jelet, amikor megközelíti az érzékenységi szintjét. Nem valószínű, hogy ezt valaha is látnád, mert jóval azelőtt, hogy elérné a vevő kritikus állapotát, értékes jeled megfullad ...

Zaj.

A zaj a legrosszabb ellensége annak, aki magas nyereségű rendszerekkel dolgozik. Ez a termodinamika harmadik megszemélyesített törvénye. A bolygó körüli mesterséges és természetes sugárforrások ezrei véletlenszerű rádióhullámokkal bombáznak mindent. Még ha ezeket is kizárja, a világűr is meglehetősen zajos. Maga a vevője belső zajokat generál; valójában a legtöbb sebességfokozat esetében, beleértve a vevőt is, az érzékenységet ez a belső zajszint határozza meg. Ennek ellenére a külső zaj általában nagyságrendekkel erősebb, és bármi is legyen a forrása, egyiket sem kívánja.

A hajtás által vett teljes zajerősséget zajszint , és ez a padló láva. Nem számít, mennyire érzékeny a vevő, abban a pillanatban, amikor a jelszintje a zajszint alá süllyed, eltűnik: még mindig odakint van, de a zajtól eltekintve már nem tudja megkülönböztetni a megfelelő dekódolást.

noise floor illustration

A jel jellegétől függően akár teljesen érthetetlenné is válhat mielőtt elérné a zajszintet, több dB-lel felette. Általában minél nagyobb a jel sávszélessége (ami szorosan kapcsolódik az adatátviteli sebességhez), annál hamarabb leküzdi a zaj. Egyes fejlett digitális átviteli üzemmódok képesek kivonni egy üzenetet a zajszint alól, de ennek érdekében több bájtot továbbítanak percenként .

A videó közismerten nagy sávszélességű adat, mind az interneten, mind a rádióban. Analóg videó különösen, mivel nulla tömörítéssel rendelkezik. Tehát a zaj meglehetősen könnyen megzavarja. Másrészt a nulla tömörítés sok redundanciát jelent az adatokban, a redundancia pedig hibajavítást tesz lehetővé. Tudja, mi az egyik legjobb jelfeldolgozó és hibajavító gép a világon? Az emberi agy! Még akkor is, ha a videó jelet szinte teljesen elfogyasztja a statikus, akkor is láthatunk benne formákat. Tehát a videók esetében az érthetőségi küszöb úgy tűnik, hogy éppen a zajszint határán van, adjon vagy vegyen pár dB-t.

Különböző módon küzdhet a zajjal. Általában, ha a legtöbb a föld bizonyos forrásaiból származik, csak egy irányított antenna használata segít a nem kívánt irányú jelek csillapításában. Néha, ha a zaj csak a szokásos háttér entrópiás fajta, akkor nem. A vevő megfelelő frekvenciaválasztása (vagyis az a képesség, hogy figyelmen kívül hagyja a célfrekvencián kívül eső jeleket) szintén óriási segítséget nyújt.

A zaj leküzdésének érdekes módja a jelek egymásra helyezése, amelyet olyan vevők tesznek, mint a RapidFire vagy a True-D X: Ahelyett, hogy egyszerűen a legmagasabb jelű antennára kapcsolnának, mindkettő jeleit használják és egyesítse őket eggyé. Mivel a hasznos jel megegyezik, a zaj pedig véletlenszerű, a jel összeadódik, míg a zaj többnyire kiolt. Az asztrofotósok ugyanazt a technikát használják, hogy lenyűgöző, tiszta képeket készítsenek az égről, azzal a különbséggel, hogy több száz ot kell készíteniük rendkívül zajos fotókból. Az előbb említett digitális kommunikációs módok szintén így működnek, ha ugyanabból az átvitelből több példányt küldenek.

garbage math 2

A videó azonban továbbra is nagy sávszélességű jel, és csak két példányt tudsz belőle rakni, így a Rapidfire-hez hasonló nyereség korántsem drámai, de még párat nyer dB a zajszint felett. Vigyázni kell azonban: az ilyen vevők a videó külön szinkronjelétől függenek, hogy helyesen végezzék-e a hozzáadást, és amikor a zaj megeszi ezt ... valószínűleg egy üres képernyőt kap. Ez általános figyelmeztetés minden olyan technológiára, amely egyébként elvégzi az Ön hibajavítását, beleértve a digitális videót is: tisztább és kellemesebb jelet ad, miközben teszi, de valószínűleg feladja, mielőtt ezt megtenné. Tehát ez a fajta hibajavítás nem biztos, hogy a legjobb a nagyon hosszú távú repüléseknél.

Végső szó

Hogy értékelje az eredmények puszta kiterjedését, amellyel esetleg találkozhat, ha elkezd nyomja a hatótávolság, valószínűleg a sonka rádiósokat kell nézni. Az egyik végén véletlenül 50 wattos távadókat használnak, hogy csak lokálisan beszéljenek legfeljebb tíz kilométeres hatótávolságon belül, és néha kilowattokat használnak a kedvezőtlen körülmények átütésére. A másik végén szó szerint beszélhetnek a föld túlsó felével egy watt töredékein, és visszaverik a jeleket a Holdról. Évtizedek óta csinálják ezeket az őrült dolgokat, és olyan dolgokat találtak ki, amelyeket lehetetlennek tartottak.

És mindezen eredmények oka sok-sok kísérletezés. Anélkül, hogy tesztelnénk, mi működik és mi nem, egy elmélet haszontalan. Tehát, ha úgy dönt, hogy leugrik erről a nyúllyukról, kezdjen úgy gondolkodni, mint egy sonka. Tegye meg ezt a becslést a legjobb tudása szerint, állítsa össze azt, amiről úgy gondolja, hogy a legjobban kellene működnie, majd menjen ki és repítse. Nézze meg, hogyan működik a valóságban, és miben tér el az elvárásoktól. Készítsen hipotéziseket. Menjen ki különböző napokon és különböző helyeken, hogy megnézze, hogyan változtatják meg a körülmények az eredményét. Ezután változtasson valamit a rendszerében, és nézze meg, mi történik. Írd le. Készítse el saját elméletét.

És ami a legfontosabb:

Jó szórakozást!

Milyen kiváló elemzés! Nagyon alapos!
anonymous2
2020-04-25 17:11:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Csak hozzá szeretném egészíteni a FlashCactus kiváló válaszához ...

Pontosan attól függően, hogy mit szeretne, meglehetősen jó becsléseket kaphat a hatótávolságról a különböző tartományi számológépeken online. Elég egyszerűen megszerezheti őket a Google-tól az "FPV-tartomány kiszámítása" segítségével, de itt van egy pár:

Természetesen egyetértek a FlashCactusszal ... ez nem egy tökéletes ellenállás nélküli világ - figyelembe kell venni a légkört, az akadályokat, a hőmérsékletet stb. hogy valódi alakot kapjon. De ahhoz, hogy durva becslést kapjunk, ez jó kezdet.



Ezt a kérdést és választ automatikusan lefordították angol nyelvről.Az eredeti tartalom elérhető a stackexchange oldalon, amelyet köszönünk az cc by-sa 4.0 licencért, amely alatt terjesztik.
Loading...