4 способа прямых трансляций с беспилотников | Статьи | Epiphan Systems

Таблица 2. основные технические характеристики вус:

Осталось обменяться нашим практическим опытом испытаний Wi-Fi узлов.

Мы проводили испытания в родном Санкт-Петербурге в центре города. Главной проблемой было найти прямую видимость внутри мегаполиса. Это получилось вдоль невской набережной. Передающий ВУС с 3 камерами был установлен на окне нашего здания на высоте 4 этажа.

Приемный узел с ноутбуком, мобильной мачтой, аккумулятором с инвертором 220В  погрузили в автомобиль. Задачей было найти не теоретическую, а реальную дистанцию передачи по Wi-Fi в условиях прямой видимости и городских помех. Передачу вели через Неву вдоль берегов и транспортной магистрали.

Скрин с видео представлен на рис. 5.

Беспроводные ВАУВ на основе GSM.

 Области применения:

Состоит из:

Радиопрозрачного термошкафа, с установленными в нем:

Представляет собой законченное изделие для решения следующих задач:

Программно-аппаратный комплекс на базе ВАУВ обладает следующими конкурентными преимуществами перед аналогичными системами:

Алгоритмы функционирования

ВАУВ осуществляет связь с центральным сервером, одновременно передает видео в допустимом качестве GSM канала с отображением разрешения и числа кадров онлайн видео.

Передает информацию о штатном режиме, перекачивает по запросу видеозаписи событий из своего хранилища в указанный раздел главного хранилища на центральный пост.

Видеосервер-хранилище обеспечивает запись и хранение событий в соответствии со сценариями видеоконтроля, при этом некоторые видеозаписи могут хранится на встроенном жестком диске и передаваться только по запросу. Надежный внутренний архив с аппаратной поддержкой RAID1 и RAID0, запись в который производится по уникальной, разработанной компанией ITV | AxxonSoft технологии Solid Store, исключающей фрагментацию и потерю данных.

ВАУВ GSM осуществляет экстренную связь с центральным сервером ИСБ по каналу GSM в случае оговоренного сценарием события. Эти события в зависимости от целей системы могут быть различными от сработки детектора движения до обнаружения возгорания на объекте (обнаружение похожего предмета, лица, номера автомобиля и так далее).

В случае наступления контролируемого события могут быть запрограммированы несколько форматов сообщений: от текста до фрейма и/или онлайн видеотрансляции в зависимости от сценария и качества сети GSM на момент передачи.

Встроенная видеоаналитика обеспечивает возможности анализа переданного видео, обусловленные возможностями ПО.

Каналы связи по Wi-Fi. Скорости передачи до 300-900 Мб/с

Дальности до 3 км

Канал передачи регламентирован по мощности, в частности в России не более 20 дБмВт, форма спектра также оговорена. Лицензия на диапазон 2,4 ГГц не требуется.

Достоинства:

Оплата не требуется.

С помощью Wi-Fi можно организовать передачу внутри локальной сети (беспроводной мост), точку доступа (раздачи сети) и клиента (абонента сети).

Недостатки:

1. Необходима прямая видимость и отсутствие стен для обеспечения максимальной дальности. См. Таблицу 1.

Таблица 1. Потеря эффективности Wi-Fi сигнала.

2. Возможные кратковременные пропадания трафика из-за переотражений, суперпозиции волн и внешних помех в диапазоне.

3. В сети Wi-Fi передачу может вести одновременно только одна станция. Поэтому, когда в сети ведут передачу сразу несколько станций, пропускная способность сети делится на количество этих передающих станций:

Некоторые почему-то считают, что повторитель (Repeater), который может использоваться в сети Wi-Fi – это не станция, а что-то особенное. При ретрансляции скорость упадёт вдвое – потому что в один момент времени повторитель будет принимать данные, а в другой момент времени передавать их дальше.

Вот моменты, которые надо учитывать.

Многоканальный вход/выход (MIMO)

Одним из основных моментов стандарта 802.11n является поддержка технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output, Многоканальный вход/выход). С помощью технологии MIMO реализована способность одновременного приема/передачи нескольких потоков данных через несколько антенн вместо одной.

Стандарт 802.11n определяет различные антенные конфигурации “МхN”, начиная с “1х1” до “4х4” (самые распространенные на сегодняшний день это конфигурации “3х3” или “2х3”). Первое число (М) определяет количество передающих антенн, а второе число (N) определяет количество приемных антенн. Например, точка доступа с двумя передающими и тремя приемными антеннами является “2х3” MIMO-устройством.

Чем больше устройство 802.11n использует антенн для одновременной работы передачи/приема, тем будет выше максимальная скорость передачи данных (Рисунок 1).

Однако, само по себе использование нескольких антенн не увеличивает скорость передачи данных или расширение диапазона. Основным в устройствах стандарта 802.11n является то, что в них реализован усовершенствованный метод обработки сигнала, который и определяет алгоритм работы MIMO-устройства при использовании нескольких антенн.

Конфигурация “4х4” при использовании модуляции 64-QAM обеспечивает скорость до 600 Мбит/с.

Стоит отметить, что скорость 600 Мбит/с и даже 940 с MIMO легко получить только с роутера, но когда речь заходит о дальностях в километр, это становится невозможно для реально используемых бюджетных мостов.

Другие стандарты Wi-Fi ( IEEE 802.11ac, IEEE 802.11ax) мы рассматривать не будем, поскольку пока в видеонаблюдении они распространения не получили.

Если кто-то интересуется в целом развитием Wi-Fi, то автор может предложить статью коллеги.

Варианты применения

Wi-Fi позволяет передавать большое количество потоков одновременно, например, несколько видеопотоков от камер в реальном времени. Для достижения максимальной дальности передачи при ограниченной мощности необходимо применение направленных антенн.

Антенна с углом по горизонтали 60 градусов и по вертикали 40 градусов по результатам испытаний в городе позволяет организовать передачу 2 км. В зоне прямой видимости в городе при передаче видео от 4-х видеокамер по 2Мп, 25 к/с, в стандарте H264 дальность составляет от 1 до 2 км.

Обзор беспроводных узлов для систем видеонаблюдения по Wi-Fi

 Для непосредственной передачи от видеокамер до поста разработан класс изделий под наименованием ВУС – всепогодный узел связи (рис.2).

Узел представляет собой автономную всепогодную проектную единицу системы безопасности (СВН, СОТ, ПОС, СКУД), диспетчеризации, автоматизации.

Применяется для построения систем видеонаблюдения и других ИСБ в качестве беспроводного узла связи, связанного с постом или сервером по каналу Wi-Fi.

Представляет собой законченное изделие для решения следующих задач:

удаленный онлайн видеоконтроль за объектом в допустимом качестве беспроводного канала Wi-Fi выполнение задач по охране и сигнализации, организации доступа, мониторингу технологических процессов, диспетчеризации и автоматике.

 Узлы исполнены в виде шкафа из радиопрозрачного пластика с целью скрыть передающую антенну и имитации под обыкновенный электрический шкаф.

Диапазон рабочих температур от -40 С до 50 С.

Узел обеспечивает возможность подключения до 4 IP-камер или других IP-устройств по медным линиям (UTP) на объектах, удаленных до 1,2 км и более от поста охраны или приемного узла с регистратором, сервером, контрольной панелью или другими устройствами в зоне прямой видимости (рис.3).

Всепогодный автономный узел видеоконтроля.

При современных технологиях сервер перестал быть неподъёмным ящиком, теперь подчиненный сервер можно исполнить достаточно компактным, его размеры приблизились к регистраторам.

Поэтому для распределенного сервера появилась возможность установки не в стойке или на столе, а в стандартном телекоммуникационном шкафу.

Далее, цена этого железа стала равна цене регистратора, а «вытворять» оно способно почти все, что может Центральный Сервер. Одно отличие-видеокамер будет не 50-100, а 1-4-16. Но потому он и не главный.

Наша мысль двинулась далее. Компания имеет опыт изготовления шкафов на низкие температуры. Значит, такой сервер можно установить где угодно, и он становится всепогодным.

Ну а раз так, используя опыт охранных систем, мы просто обязаны сделать ему бесперебойное питание, поскольку там, где он окажется, стабильность питания будет под вопросом.

И наконец, сервер должен сам запускаться и «подниматься» в случае восстановления первичного напряжения, если ему не хватит резерва в 2-4 часа.

Как в фильме Спилберга «Назад в Будущее»: «Там, куда мы направляемся, дорог нет».

Поэтому монтажник вешает сервер на столб и больше его не обслуживает, дальнейшие настройки сервера выполняются удаленно с главного сервера (Рис. 6).

И наконец, канал связи может отсутствовать. Поэтому выходить на связь с Главным сервером необходимо по любому имеющемуся каналу связи.

Какие каналы связи для передачи видео могут быть на объекте?

Самые распространенные и высокоскоростные в порядке распространенности:

Значит наш сервер должен уметь работать по любому из этих каналов.

Таким образом, наш узел стал автономным – с системой интеллектуального запуска, бесперебойником и самостоятельным выходом на связь с Главным сервером.

Итак, по нашему техническому заданию мы получили Всепогодный автономный узел видеоконтроля – сокращенно ВАУВ.

Узел ВАУВ предназначен для удаленного многоцелевого видеоконтроля. Применяется для построения распределенных многосерверных систем видеонаблюдения в качестве автономного локального сервера, связанного с центральным сервером по каналам: GSМ, Wi-Fi, локальной проводной сети, медной или оптической.

1. Всепогодный автономный узел видеоконтроля ВАУВ GSM-1

Узел ВАУВ GSM-1 обеспечивает возможность подключения 1 камеры на удаленных объектах до 35 км от базовой станции (вышки), с дальнейшей передачей по сети интернет в любую точку.

Состав:

 Структурная схема ВАУВ GSM-1 приведена на Рис.8, компоновка на Рис.7.

 Таблица 4. Основные технические характеристики ВАУВ GSM-1.

 8.2. Всепогодный автономный узел видеоконтроля ВАУВ GSM-4

Узел ВАУВ GSM-4 обеспечивает возможность подключения 4 камер на удаленных объектах до 35 км от базовой станции (вышки), с дальнейшей передачей по сети интернет в любую точку.

Состав:

Возможно масштабирование системы безопасности, объединение любого количества ВАУВ GSM по сети в единую систему, увеличение количества подключаемых камер.

Выбор ПО

Выбор программного обеспечения связан с техническим заданием на систему и может быть реализован на базе ведущих разработчиков, например ITV | AxxonSoft, MACROSCOP. Количество интеллектуальных модулей, их необходимость и количество лицензий по числу каналов/видеокамер определяют стоимость ПО.

В базовой комплектации на видеосервер установлена лицензированная операционная система WINDOWS 7. ПО видеонаблюдения не установлено и в базовую комплектацию не входит. Установка ПО возможна как самим потребителем, так по опросному листу или пожеланиям заказчика.

Примеры комплектов ПО

Программное обеспечение Интеллект на 1 камеру (ВАУВ GSM-1) и гл.сервер

При добавлении камер-добавляется только лицензия-по 1 на канал/камеру.

В лицензию не входят интеллектуальные модули.

Программное обеспечение MACROSCOP ST на 1 камеру (ВАУВ GSM-1) и гл.сервер

При добавлении камер добавляется только лицензия-по 1 на канал/камеру.

В лицензию входят интеллектуальные модули: обнаружения лиц, поиск оставленных предметов, поиск похожих предметов.

Мы привели пару примеров реализации локальных серверов. Дополнительные сведения можно разместить в комментариях.

Варианты локальных серверов с каналом по меди и оптике не рассматривали, в силу их простоты.

При этом данные варианты следует применять при возможности их подключения по кабелю как основные.

Конкретизировали и идеи применения в распределенных системах регистраторов. Подробный их обзор возможен, если к ним будет интерес.

Конечно, существуют и другие комплексы, мы готовы их обсудить, если возникнет дискуссия.

Не успели посчитать экономику. Но дело это сложное в рамках статьи, и у многих вызывает раздражение.

Новые части и их тематика будут зависеть от отзывов и пожеланий читателей сообщества.

Предварительно можно обсудить проблемы ночного видеонаблюдения. Варианты систем видео для дома.

Спасибо за терпение дочитавшим материал до конца. Всем удачи и здоровья!

Петров Роман ВладимировичГлавный инженер проектаООО “Тахион”

Lbt – слушать перед разговором.

Радиомодемы могут использовать режим “слушать перед разговором”, что бы позволить выполнять более широкий спектр
региональных нормативных требований. LBT предоставляет собой систему, в которой радиомодему требуется
время для прослушивания в течении периода времени и его сигнал не видем для других радиомодемов.

Что бы включить LBT в вашем радиомодеме вам необходимо установить порог LBT_RSSI.. Это сила сигнала, что радиомодем считает признаком
того, что канал радиопередачи занят. Если вы установите LBT_RSSI к нулю, то LBT будет отлючена.

Минимальная не нулевая установка равна 25, которая является несколько больше дБ приема чувствительности радио (-121 дБм).
Для настройки LTB_RSSI вы должны знать, что ваш уровень сигнала соответствует местному положению о радиосвязи для LBT.
Каждое приращение в LBT_RSSI выше 25 примерно равна 0.

Кроме того, вы можете использовать эту формулу, что бы получить нужную мощность принимаемого сигнала в дБм:

signal_dBm = (RSSI / 1,9) – 127

Эта формула является приближенной, но достаточна близка. Смотрите спецификацию вашего чипа,
как правило это Si1000 для более точного значения.

Вам нужно будет

Вам нужно будет найти нормативные требования, что бы использовать LBT_RSSI параметр

LBT внедрение в радио 3dr использует минимум слушать время 5 мс, плюс рандомизированы слушать время
в соответствии с европейскими правилами 9.2.2.2.

List example

This is a slideshow with a vertical tabbed list as a navigation.

Showcase box example

This a content showcase using all the features from the Slideset widget as a navigation. Any kind of HTML content can be used inside the navigation.

Выбор полетного контроллера

Так как мне нужно транслировать видео и телеметрию через интернет, то сразу приходит на ум поставить на дрон микрокомпьютер с 4G модемом и камерой, и сделать из этого комплекта web-трансляцию. Нашлись вот такие решения:

. Это обычные одноплатники с внешним USB 4G модемом и камерой. Для кодирования и трансляции видео используется

. Но эти штуки сами по себе дроном управлять не умеют, их нужно использовать совместно с полетным контроллером.

Полетный контроллер — это мозг дрона. Он следит за состоянием датчиков положения (гироскоп, акселерометр, компас), GPS-координатами, положением ручек на пульте управления и, исходя из этих данных, управляет моторами, чтобы висеть в одной точке или куда-то лететь.

Полетный контроллер нужно будет как-то связать с бортовым компьютером, чтобы можно было загрузить полетное задание или указать произвольную точку куда лететь и когда включать камеру. В продаже можно найти много разных контроллеров сильно отличающихся друг от друга по цене и функционалу.

С Ardupilot я игрался еще на 8-битных атмегах, в которых не было USB-bootloader’а, а прошивались они на программаторе. С тех пор с ним не сталкивался и был приятно удивлен, когда узнал, что сейчас он может работать на 64-битных компьютерах с Linux, у него огромное сообщество пользователей как хобби, так и профи, длинный список поддерживаемых “из коробки” датчиков и расписанные планы на 2023-2023 годы. За это время он успел перерасти в проект DroneCode, а потом и отсоединиться от него.

На первый взгляд в нем как раз реализованы все необходимые функции: автоматический взлет и посадка, загрузка полетных заданий, есть desktop и мобильные приложения под все основные семейства ОС. Программы управления (GCS — Ground Control Station) общаются с бортовым контроллером короткими сообщениями по открытому протоколу MAVLink через комплект радиомодемов (дрон шлет телеметрию, GCS шлет команды управления). Подозреваю, что эти сообщения получится пустить через интернет.

Взглянем на список поддерживаемых контроллеров и что-нибудь подберем. Вариантов там полтора десятка от мала до велика и с разными характеристиками.

Из всего того многообразия контроллеров мне понравилось несколько вариантов:

Самый легкий комплект (84 г) получается из микрокомпьютера

(9 г), контроллера

(15 г), родного внешнего GNSS модуля (46 г) и дополнительного

(14 г).

Рабочий процессор в этом комплекте один — на Raspberry Pi. На нем висит управление ШИМ регуляторов моторов, считывание показаний датчиков, ОС Linux со всеми потрохами и декодирование видео с камеры. Так как в Pi Zero не предусмотрены USB порты, то в этом варианте приходится использовать внешний концентратор. IMU датчики и вход питания без резервирования.

Следующий комплект (97 г) от гонконгской компании с русскими фамилиями в команде разработчиков — контроллер Emlid Edge (59 г) с GNSS модулем (38 г). GNSS модуль работает по протоколу UAVCAN и дополнительно оснащен магнитометром и датчиком воздушного давления. За ШИМ здесь отвечает отдельный процессор ARM Cortex-M3, ОС Linux крутится на основном ARM Cortex-A53 quad-core.

В контроллере имеется HDMI видеовход, что позволяет подключить к нему напрямую любую камеру с таким выходом, например GoPro 4 или 5. Относительно высокая стоимость объясняется дальнобойными wifi-приемопередатчиками в комплекте (до 2 км с трансляцией HD-видео).

Следующий вариант (98 г) состоит из знаменитого микрокомпьютера Raspberry Pi 3 (45 г) с контроллером-шилдом Navio 2 (23 г) от той же Emlid и внешней GNSS-антенны (30 г). На контроллере стоит отдельный процессор Cortex-M3 для управления ШИМ на 14 каналах и расшифровки входящих SBUS и PPM сигналов от приемника. Он, в свою очередь, управляется через драйвер в ядре ОС Linux, которая крутится на Raspberry.

Контроллер оснащен парой раздельных IMU датчиков (акселерометр, гироскоп, магнитометр) MPU9250 и LSM9DS1, одним датчиком воздушного давления и GNSS-модулем U-blox NEO-M8N, который видит GPS, Глонасс и BeiDou с внешней антенной через разъем MCX.

Использование at команд

Радиомодемы поддерживают вариант AT команд модема Hayes для конфигурациии.

Если открыть порт радиомодема в терминале, вы можете ввести радио в АТ режим введя последовательность ” “.

При входе в АТ режим вы получите ответ “ОК” от радиомодуля и он перестанет отображать данные , передаваемые
из другого радиомодуля.

В командном режиме АТ вы можете дать команду управления АТ локальному радиомодему или (если успешно подключены)
вы можете использовать команды “RT” что бы управлять удаленным радио.

Доступные команды AT:

• ATI – показать версию радиомодуля
• ATI2 – показать тип платы
• ATI3 – показать частоту платы
• ATI4 – показать версию платы
• ATI5 – показать все устанавливаемое пользователем параметры из EEPROM
• ATI6 – Отображение отчета времени TDM
• ATI7 – Отображение отчета сигнал RSSI
• ATO – Выйти из командного режима
• ATSn? – Номер параметра радиомодуля n-номера
• ATSn = X – установить параметр номер ‘n’ в значение ‘X’
• АТЗ – перезагрузить радио
• AT&W – записать текущие параметры в EEPROM
• AT&F – сброс всех параметров на заводские значения
• AT&T = RSSI – включить отчетность RSSI
• AT & T = TDM – включить отчетность TDM
• AT&T – отключить отчетности

все эти команды, исключая ATO, могут быть использованны на подключенном удаленном радиомодуле, заменив “AT” на “RT”

Возможно самой полезной командой является “ATTI5” которая отображает все пользовательские параметры установленные в EEPROM.
Они будут выводиться таким отчетом:

S0: FORMAT = 22
S1: SERIAL_SPEED = 57
S2: AIR_SPEED = 64
S3: NETID = 25
S4: TxPower = 20
S5: ECC = 1
S6: MAVLINK = 1
S7: OPPRESEND = 1
S8: MIN_FREQ = 915000
S9: MAX_FREQ = 928000
S10: NUM_CHANNELS = 50
S11: DUTY_CYCLE = 100
S12: LBT_RSSI = 0
S13: MANCHESTER = 0
S14: RTSCTS = 0
S15: MAX_WINDOW = 131

Первая колонка S – это регистер для установки, если вы желатете поменять параметр. Для примера
что бы установить мощность передачи к 10dBm используйте “ATS4=10”

Большинство параметров вступают в силу только при следующей перезагрузки. Так обычная картина для установки параметров,
которые вы хотите, а затем используя команду AT&W что бы записать параметры в EEPROM, затем
используем выполняем перезагрузку с помощью ATZ.

Смысл параметров выглядит следующим образом:

• FORMAT – это для формата EEPROM версии. Не меняйте его
• SERIAL_SPEED – это скорость в “форме одного байт” (см ниже)
• AIR_SPEED – это скорость передачи данных по воздуху в “форме одного байта”
• NETID – это идентификатор сети. Он должен быть одинаковым для обоих ваших радиоприемников
• TxPower – это мощность передачи в дБм. Максимально 20dBm
• ECC – это включает / выключает корректировки ошибок Golay кода с исправлением
• MAVLINK – это управляет MAVLink кадрирование и отчетности. 0 = нет mavlink потока, 1 = mavlink кадр, 2 = низкий задержки mavlink кадр
• MIN_FREQ – минимальная частота в кГц
• MAX_FREQ – максимальная частота в кГц
• NUM_CHANNELS – количество каналов для перестройки частоты (скачкообразной частоты)
• DUTY_CYCLE – процент времени, чтобы позволить передачу данных
• LBT_RSSI – Слушай Перед порогом Talk (см документацию ниже)
• MAX_WINDOW – макс окно передачи в мсек, 131 по умолчанию, 33 рекомендуется для низкой латентностью (но более низкой пропускной способностью)

Для двух радиопередатчиков следующим должнр быть одинаково на обоих концах соединения:

• версия прошивки радио
• AIR_SPEED
• MIN_FREQ
• MAX_FREQ
• NUM_CHANNELS
• NETID
• установка ECC
• установка LBT_RSSI
• установка MAX_WINDOW

Другие параметры могут быть разными на каждом радиомодеме, хотя, как правило, их тоже стоит установить одинаково.

Как работает аппаратура управления авиамоделями?

Вся современная аппаратура управления работает на частоте 2.4GHz. Это общепринятый стандарт, и вам наверняка знакома эта цифра, ведь в данном диапазоне работают Wi-Fi роутеры и блютуз. На практике системы управления в дорогих дронах, например, DJI так и работают — пульт это грубо Wi-Fi роутер, к которому подключается квадрокоптер. На самом деле, DJI обменивается данными пульт-квадрокоптер по технологии Ocusync.

Когда вы включаете пульт управления и начинаете двигать стиками или делаете другие движения элементами управления — движения каждого стика или элемента передаются квадрокоптеру в цифровом закодированном значении. Квадрокоптер принимает их с помощью приемника, а приемник в свою очередь отправляет данные в полетный контроллер дрона, который уже обрабатывает все данные и отдает команды двигателям через регуляторы оборотов.

Важный момент: если аппаратура не с многопротокольным модулем, то покупать пульт управления и приемник нужно только одной фирмы!

Если вы покупаете пульт FrSky Taranis, то вам необходимо купить приемник этого же производителя, то есть FrSky. С приемниками других производителей он работать не будет. То же самое относится и ко всем другим: Futaba не будет работать с пультом или приемником от Spektrum. Поэтому при покупке будьте внимательны.

Сейчас набирают популярность пульты с многопротокольным модулем. Такая аппаратура управления может подключаться к огромному количеству различных приемников разных брендов, вам нужно в настройках лишь выбрать название бренда и тип приемника. К таким относится, например, Jumper T-Lite. Есть и другая аппаратура.

Компоновка

Пока я выбирал подходящую раму и думал как все это на ней размещать и чем крепить, пришел к выводу, что проще будет нарисовать несколько деталей и заказать 3D-печать из пластика и фрезеровку из карбона. Пару готовых железок и крепеж можно заказать на Алиэкспрессе.

Немного поэкспериментировав с компоновкой и центром тяжести, получилась вот такая рама:

Она состоит из карбоновых трубок и пластин, деталей из алюминия и крепежа из титана. Расчетный вес рамы получился 350 г при диагонали 700 мм. 3D-модель рамы и список деталей.

Полностью собранная модель (без проводов):

Общий вес коптера с электроникой, аккумулятором Li-Ion 6S2P и проводами должен получится 1931 г.

Да, мне тоже показалось, что дрон получился слишком голым для автономного варианта и мелкий дождик легко намочит бортовую электронику. Поэтому добавил немного пластика:

3D-модель рамы. Список деталей рамы.3D-модель в сборе. Список компонентов.

Вес пустой рамы с корпусом 384 г, общий вес 2020 г, расчетное время висения на одной зарядке (разряд аккумулятора до 20%): 44 минуты.

Моторы и пропеллеры

На многих профессиональных дронах я видел моторы и пропеллеры компании

. Видимо, не спроста. В документации Ardupilot они также

как силовая установка для профессиональных дронов. Поэтому, поищем подходящие моторы у них.

Чтобы дрон летал долго, нужны моторы с максимальным КПД. Эффективность связки мотора и пропеллера измеряется количеством тяги в граммах на 1 Ватт затраченной электроэнергии. Чтобы узнать какой мотор самый подходящий, нужно знать общий вес полностью собранного дрона с учетом рамы, аккумулятора и самих моторов с винтами.

Слишком много неизвестных, поэтому воспользуюсь онлайн калькулятором для квадрокоптеров E-calc.

Поигравшись в калькулятор, я выбрал моторы Antigravity 4004 KV300 (53 г) с винтами 15х5 (27 г). В оптимальном режиме при напряжении питания 24 Вольта такой комплект тянет 474 грамма при токе 1,4 А. Эффективность получается 14.

11 г/Ватт, отношение тяги к собственному весу = 5.9:1. На полном ходу тяга составляет 1311 грамм при токе 7,5 А. Коптер будет с четырьмя моторами, то есть квадро. Оптимальный взлетный вес = (474 г * 4 мотора) = 1896 г, максимальный (с учетом тяговооруженности 2:1) = (1311 г * 4 мотора) / 2 = 2622 г.

Моторы управляются регуляторами оборотов. Напряжение питания моторов = 24 Вольта, максимальный рабочий ток = 7,5 А, поэтому нужен регулятор под такое напряжение и с рабочим током, с учетом запаса, минимум 10А. У T-Motor самый легкий регулятор (7 г без проводов) под такое напряжение — это FPV 35A-32bit 3-6S.

Подитог:

ВМГ (винто-моторная группа), состоящая из моторов, пропеллеров и регуляторов (по 4 шт каждого) весит 346 г.

Вместе с электроникой и полезной нагрузкой (346 505) получается 851 г. С учетом крепежа, проводов и разъемов (прикинем 100 г) = 951 г.

При оптимальном весе, на раму и аккумулятор остается (1896 — 951) = 945 г. При максимальном (2622 — 951) = 1671 г.

Рабочая частота

Самая популярная частота — 2,4 ГГц. Более низкие частоты тоже используются (27 МГц, 72 МГц, 433 МГц, 900 МГц и 1,3 МГц), но в нашем хобби (коптеры) они значительно менее популярны.

Если вам интересно, то вот краткое техническое описание.

Те, кто занимаются моделизмом довольно давно, должны помнить частоты 27 МГц и 72 МГц с номерами каналом и кварцами (кварцевые резонаторы нужны были для настройки на определенный канал, в приемнике ставился аналогичный кварц для привязки его к передатчику).

Этой технологией пользовались десятилетиями, она позволяла передавать сигнал на большие расстояния, а сигнал хорошо огибал препятствия. Однако такой сигнал мог глушиться другими передатчиками, работающими на тех же частотах (даже при использовании разных брендов).

2,4 ГГц — новое поколение систем, в настоящее время это самая популярная частота для управления устройствами как летающими в небе, так и ездящими по земле. С появлением алгоритмов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, благодаря которым нет необходимости вручную выбирать частоты и каналы, эта частота стала стандартной для радиоуправляемых моделей. Антенна меньше, вес тоже меньше, но обычно радиус приема меньше, чем у 27/72 МГц (спорный вопрос, прим. перев).

Возможно вы слышали о других частотах, например, 1,3 ГГц, 868/900 МГц, 433 МГц; на этих частотах работает дальнобойное оборудование для тяжелых моделей.

Все производители передатчиков используют алгоритмы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, так что использовать аппаратуру стало очень просто. Программное обеспечение постоянно сканирует эфир для поиска наилучшей частоты, отслеживает помехи, и автоматически переходит на свободные каналы.

Радиус действия

Как мы уже отмечали в основе эксперимента проводилось измерение дальности связи и расчет покрытия согласно моделям распространения радиоволн «Free Space» (свободного пространства) и модель WINNER D1. Формулу Фрииса используют, когда нужно вычислить длину радиосигнала между передатчиком и приемников при отсуствии между ними препятствий.

Эта модель применяется только при расчете полей в дальней зоне, расчет производится по формуле:

Модель WINNER D1 — это стохастическая модель. Она учитывает потери в беспроводном канале связи. Определяется по формуле:

В ней неопределенные буквенные переменные имеют следующие значения A = 21.5, B= 44.2, и C = 20.

При расчетах мощность передатчика для Uplink и Downlink была принята равной 20 дБм (100 мВт). Расчет дальности связи производился для разных версий стандартов IEEE 802.11. В таблице ниже приведены результаты расчетов для нисходящего канала (Downlink) и для восходящего (Uplink).

При расчетах было принято, что БПЛА находится на высоте 10 м.В реальном эксперименте оценивался уровень принимаемого сигнала. На рисунке ниже приводится уровень сигнала в зависимости от расстояния для инфраструктурного режима работы (слева) и режима Ad-hoc (справа) при работе дрона на высоте 10 метров.

Те же экспериментальные данные но для работы дрона на высоте 20 метров:

По результатам видно заметное различие между теоретическими и полученными на практике значениями. Они вызваны множеством дополнительных факторов. Однако в целом же уровень принимаемого сигнала значительно выше сигнала, полученного в Ad-hoc. На рисунках b и d изображено меньше измеренных контрольных точек, так как фиксировались только те измерения, которые были получены при работе беспилотника в качестве промежуточной точки между двумя оконечными устройствами.

Результаты, полученные при непосредственном подключении передатчика и приемника ноутбука, в расчет не брались. Другими словами, когда расстояние между конечными точками доступа было меньше 60 метров (для высоты дрона 10 метров) или 80 метров (для высоты 20 метров), квадрокоптер не выступал в качестве промежуточного устройства в режиме Ad-hoc.

Скорость передачи данных

Для оценки производительности инфраструктурного режима работы и режима Ad-hoc с точки зрения максимальной пропускной способности использовалась программа iPerf, с помощью которой запускались пакеты между оконечными точками доступа. Первые измерения провели в лабораторных условиях. Мерялась скорость в нескольких режимах работы и пакетах размером 512 и 1024 байт.

Следующие измерения провели в реальных условиях. Скорость в инфраструктурном режиме выше скорости в Ad-hoc сети.

Для инфраструктурного режима работы (слева) и режима Ad-hoc (справа) при работе дрона на высоте 10 метров:

Те же экспериментальные данные но для работы дрона на высоте 20 метров:

Максимальная скорость передачи данных по Wi-F различна в зависимости от версии стандарта 802.11. Главным образом она определяется методами модуляции, шириной канала, количеством пространственных потоков, кодированием и методами расширения спектра.

Максимально достижимые скорости для рассматриваемого эксперимента приведены ниже:

Увеличение расстояния влияет на качество связи. В свою очередь это вынуждает сетевые карты прибегать к более консервативным методам модуляции и уменьшению скорости передачи данных. В инфраструктурном режиме получается выдерживать более высокие скорости передачи.

Выше в ходе экспериментов было наглядно показано какие возможности открываются при использовании квадрокоптеров для развертки беспроводных автоматически конфигурируемых mesh-сетей. С развитием технологий связи и беспилотных летательных аппаратов возможностей для развития именно такого способа построения сети станет в разы больше

Таблица 3. стандарты сотовой связи, используемые для передачи видео по gsm

Достоинства:

С помощью GSM можно организовать связь узла с любой точкой мира, где есть прием интернета как по проводу, так и мобильного с помощью модема. Причем мобильный оператор на приемной стороне (стороне поста) может быть любой другой. Поэтому с помощью GSM нецелесообразно напрямую передавать живое видео, тем более от нескольких камер. Гораздо правильнее использовать локальные сервера или сетевые регистраторы NVR.

Дело в том, что видеосервер или регистратор производят обработку многопотокового видео от 4 до 50 и более камер, выделяют фрагменты с движением в кадре, обнаружением людей, ТС или предметов. Передают оповещения об обнаружении или тревоге в сеть, записывают все видео или только тревожное, позволяют позднее не только просматривать его, но и архивировать и скачивать необходимые записи, мгновенно передавать тревоги на пост и разворачивать в реальном времени изображение тревожной камеры.

Поэтому были разработаны 2 типа узлов для применения с каналами GSM:

Уровни мощности

Вы должны быть очень осторожны настраивая радиомодули, что бы оставаться в рамках правовых ограничений мощности в стране,
где вы используете все это. Уровень мощности по-умолчанию 20dBm отлично подходит для США и Австралии,
а до 30dBm допускается лицензией класса LIPD.

Радиомодули не могут поддерживать произвольные уровни мощности, зато есть следующая таблица поддерживаемых уровней мощности

Мощность (дБм)  Мощность (мВт)
    1 	            1.3
    2 	            1.6
    5 	            3.2
    8   	        6.3
    11 	            12.5
    14 	            25
    17 	            50
    20 	            100

Если вы выберите неподдерживаемый уровень мощности радиомодуль выберет следующий высокий уровень питания от
приведеной выше таблицы.

Пожалуйста, тщательно проверяйте EIRP (эквивалентная изотропному излучаемая мощность) пределы мощности для вашей страны,
убедитесь, что вы учитываете коэффициент усиления антенны.

Например , если ваши местные законы позволяют в течении времени максимум 30dBm (1W) EIRP , то если вы используете
усилитель с коэффициентом усиления передающей 12dB и антенны с 3dBi усилением, то вам нужно будет установить TxPower максимум до 14.

Если вы не знаете, как вычислить его, мы сделали учебник для вас здесь:
Понимание ДБ, Вт и ДБМ

Эргономика

Ниже в статье вы увидите список с аппаратурой, после выбора которой у вас будут все необходимые и нужные функции, а также удобство. Эргономика — это широкая категория, описывающая внешний вид, ощущения и дизайн. Это подобно салону автомобиля, его коробке передач — в хорошей машине приятно находиться и управлять ей.

К сожалению, чтобы это понять, пульт нужно держать в руках. На вид они все похожи, от Taranis до TBS Tango или даже Turnigy Evolution. Но это только на вид. На самом деле все они отличаются по весу, форме и толщине стиков, а также из какого они материала, скользят или не скользят в руках.

Будет очень хорошо, если в вашем городе есть магазин авиамоделей, где вы сможете подержать в руках всю аппаратуру. Если нет, то не стесняйтесь подходить к пилотам, которые летают у вас на местности, скорее всего они с радостью покажут и расскажут вам о своей аппаратуре. 

Еще один важный момент по выбору аппаратуры — дизайн:

• Посмотрите каким способ крепится или как расположена антенна(ы), легко ли ее сломать?
• Есть ли крючок для ремешка, чтобы можно было держать пульт на шее?
• Есть ли у пульта переключатели, к которым можно легко дотянуться?
• Есть ли у пульта 2-х или 3-х позиционные переключатели? Для квадрокоптеров они нужны.

Выводы, полученные в итоге

Мы использовали типовую точку доступа для Wi-Fi мостов. Основные производители таких точек Ubiquiti (NanoStation Loco M2), ТPLINK и другие. На сайтах обещают дальности до 14 км, но позже появились близкие к полученным данные до 3 км. Для задач видеонаблюдения нам не нужны 14 км, это решается радиорелейками и GSM-вышками.

Вся прелесть подобных узлов – легкость и мобильность подключения удаленной группы камер, которых могут быть и не 3-4 шт., а до 32 шт, подключенные к бюджетному видеорегистратору, который и работает по Wi-Fi мосту. Данный малогабаритный сетевой видеорегистратор устанавливается внутри всепогодного узла связи (Рис. 2.), при соответствующем выборе камер обнаруживает и запоминает лица, организует тревожную запись «гуманоидных» объектов – объектов, похожих на людей.

Доступность означает как онлайн просмотр, так и поиск в архиве любой камеры по тревожному событию. Для этого можно работать и через браузер, и через приложения СMC. Более того, можно непосредственно подключиться к любой из 32 камер для ее полноценной настройки.

При этом трафика в 30 Мб/сек достаточно для связи с удаленным узлом.

Подобные варианты решают проблему прокладки кабелей. Все проблемы со связью по Wi-Fi становятся менее критичными, поскольку функционирование узла (обнаружение, запись, журнал событий) происходит автономно, и все происшедшее остаётся в архиве регистратора до «разбора полетов».

Учитывая стоимость прокладки кабелей (в крупных системах она достигает 1000 $ на камеру, а в населенных пунктах, особенно дороги воздушки по осветительным столбам), для компактных «кустов» камер применение Wi-Fi мостов оказывается экономически целесообразным.