Радиус действия квадрокоптера. Линейная поляризация и круговая, какая антенна лучше для квадрокоптера

Введение

Первые шесть уроков рассматривают конструкторские соображения, лежащие в основе создания специального многомоторного БПЛА/Дрона. 7 урок, не раскрывает аспектов сборки, а описывает ряд дополнительных аксессуаров/устройств, используемых для реализации полёта от первого лица (FPV) и управления на большом расстоянии.

Эта статья больше ориентирована на применение радиоуправления в «полевых условиях»; в отличие от полёта внутри помещений или в местах, где розетки могут обеспечить питание. Обратите внимание, урок охватывает только очень небольшую часть информации, необходимой для правильного понимания FPV/Систем дальнего радиуса действия, и предназначена главным образом для ознакомления читателя с понятиями, терминами, продуктами и принципами, лежащими в основе FPV и управления дроном на больших расстояниях.

Вид от первого лица (fpv)

Вид от первого лица (FPV — First Person View) — одно из основных движущих сил стремительно растущей популярности мультимоторных БЛА, позволяющая получить совершенно иную перспективу («вид с высоты птичьего полёта») нашей планеты и само ощущение полёта. Несмотря на то, что добавление камеры к БПЛА не является чем-то новым, относительная простота управления, низкая цена и широкий ассортимент дронов, позволяют легко купить или создать беспилотный летательный аппарат с камерой.

Вид от первого лица (FPV) в настоящее время реализуется посредством предустановленного на коптер тандема, состоящего из FPV камеры и видеопередатчика, что позволяет в режиме реального времени отправлять видео пилоту или ассистенту. Обратите внимание, что на рынке предлагаются готовые, либо полуготовые FPV системы, где в свою очередь, готовые FPV системы обеспечивают уверенность пользователя в том, что все её элементы совместимы друг с другом.

Видеокамера

• Практически любая видеокамера, которая имеет возможность подключения к видеопередатчику, может использоваться для реализации FPV полёта, тем не менее, важно учитывать вес, так как многомоторные БЛА постоянно борются с гравитацией и не имеют преимуществ крылатого воздушного судна для обеспечения дополнительного подъёма.
• Видеокамеры бывают самых разных форм и размеров, а также могут иметь различный потенциал в качестве съёмки, тем не менее в настоящее время далеко немногие адаптированы специально для БПЛА. Из-за этих ограничений по размеру, весу и производительности, большинство камер используемых в многомоторных FPV-системах, пришло от «экшн-камер», а также от приложений видеонаблюдения и индустрии безопасности (например, скрытые камеры).
• Большие камеры, такие как DSLR (зеркальные) или крупные видеокамеры, обычно используются профессионалами, но из-за своего веса требуемый дрон имеет тенденцию быть довольно большим.
• Некоторые видеокамеры могут питаться напрямую от источника питания 5В (полезно, поскольку большинство контроллеров полёта также работают при 5В, питаясь от BEC), в то время как другим может потребоваться 12В или даже своя собственная встроенная аккумуляторная батарея.
• Самой популярной камерой, используемой в настоящее время на многомоторных БПЛА является — GoPro. Это связано с их прочностью, небольшими размерами, высоким качеством видео/фото, встроенным аккумулятором, широким ассортиментом аксессуаров и доступностью по всему миру. Камеры GoPro также имеют USB выход, который можно использовать для передачи видео, а некоторые даже имеют встроенный WiFi модуль для передачи видео на короткие расстояния.
• Учитывая успех GoPro, многие другие производители создали свои собственные аналогичные линии спортивных/экшн-камер, но их характеристики, цена, и качество разнятся. Обратите внимание, что если вам потребуется 3D-видео, вам понадобятся две камеры и видеопередатчик, способный передавать два сигнала.

Подвес

Система подвеса включает в себя механическую раму, два или более мотора (обычно до трёх для панорамирования, наклона и крена), а также датчики и электронику. Камера установлена таким образом, что двигатели не должны обеспечивать угловое усилие (крутящий момент), чтобы держать камеру под фиксированным углом («сбалансированным»).

Оси, о которых идёт речь, позволяют панорамировать, наклонять или поворачивать камеру. 1-осевая система, которая не имеет собственного датчика, может рассматриваться как система панорамирования или наклона. Наиболее популярная конструкция включает в себя установку двух моторов (обычно BLDC двигатели, специально разработанные для использования с подвесами), которая управляет наклоном и поворотом камеры. Следовательно камера всегда обращена в сторону передней части дрона, что также гарантирует, что пилот не будет дезориентирован, если камера будет смотреть в одном направлении, а передняя сторона беспилотника — в другом.

3-осевой подвес добавляет панорамирование (влево и вправо) и наиболее полезен в тандеме с двумя операторами, когда один человек управляет дроном, а другой может независимо управлять камерой. В такой конфигурации для двух человек также может быть задействована вторая (фиксированная) курсовая камера для пилота. Как правило, существует один из двух видов карданных систем:

Бесколлекторный подвес

• Бесколлекторные моторы постоянного тока (BLDC — Brushless Direct Current Motor) или (PMSM — Permanent Magnet Synchronous Motor) или (Вентильные электродвигатели (ВД)) — обеспечивают быструю реакцию с минимальной вибрацией, однако требуют присутствия отдельного (и специализированного) бесколлекторного контроллера постоянного тока.
• Чтобы автоматически поддерживать уровень камеры, где-то вокруг камеры (обычно под её креплением) устанавливается инерциальный измерительный блок (IMU), состоящий из акселерометра и гироскопа, так чтобы положение камеры (относительно земли) можно было отслеживать. Показания блока отправляются на отдельную плату бесколлекторного контроллера постоянного тока (часто устанавливаемую прямо над подвесом), который вращает моторы, так, что положение камеры остаётся в определенной ориентации, несмотря на любое перемещение дрона.
• Сама плата контроллера включает в себя встроенный микроконтроллер. Бесколлекторный контроллер постоянного тока карданного подвеса обычно можно подключить непосредственно к каналу на приёмнике (в отличие от контроллера полёта), поскольку он реагирует на изменения ориентации камеры, а не ориентации БПЛА, и, следовательно, не зависит от контроллера полёта.
• Обратите внимание, что поскольку GoPro является популярной экшн-камерой, большинство бесколлекторных подвесов созданы для использования с одной или несколькими моделями GoPro (исходя из размеров GoPro, центра масс, местоположения камеры и т.д.). Вы также заметите, что BLDC подвесы почти всегда имеют демпфирование, которое сводит к минимуму вибрацию, передаваемую от дрона к камере.

Радиоуправляемый сервоподвес

• В основе радиоуправляемого сервоподвеса — сервопривод, как правило, предлагает более медленное время отклика, по сравнению с бесколлекторными подвесами, и излишнюю вибрацию. При этом сервосистемы значительно дешевле бесколлекторных, а 3-контактные сервоприводы в большинстве случаев могут быть подключены непосредственно к полётному контроллеру, что позволяет воспользоваться встроенным в ПК — IMU, для определения уровня относительно земли, и последующего перемещения сервоприводов.

Видеопередатчик (vtx)

В настоящее время немногие контроллеры полёта (за исключением готовых к работе БЛА массового потребительского рынка) имеют встроенный видеопередатчик, это означает, что обычно требуется отдельное VTX дооснащение. Видеопередатчики, используемые в беспилотном хобби, в настоящее время популярны, так как они лёгкие и маленькие. Можно использовать и другие видеопередатчики сторонних разработчиков, но, в таком случае должны учитываться некоторые важные соображения касательно подключения питания (может потребоваться настройка, если устройство принимает питание только от «Barrel» разъёма), а также входного напряжения; Если видеоустройство работает при напряжении, которого нет на борту вашей сборки, где, вам может потребоваться дополнительная электроника, например, регулятор напряжения. Видеопередатчики не затрагивающие беспилотное хобби, редко удовлетворяют по таким параметрам как вес или размер, и как правило заключены в защитный кейс (а иногда, неоправданно тяжелый).

Мощность видеопередатчика

Видеопередатчики обычно рассчитаны на определенную выходную мощность, но не следует полагать, что кто-либо может использовать любую номинальную мощность, доступную на рынке. Беспроводные частоты и мощность тщательно отслеживаются и регулируются, поэтому настоятельно рекомендуется ознакомиться с правилами беспроводной связи в стране где вы находитесь.

Мощность, которую потребляет видеопередатчик, напрямую влияет на максимальную дальность его сигналов. В Северной Америке для работы беспроводного передатчика, который потребляет энергию выше определенной (в Ваттах), требуется, чтобы оператор имел лицензию радиолюбителя (HAM). Например, в Канаде, FPV оператору большой дальности обычно требуется пройти, по крайней мере, «Базовый квалификационный тест радиолюбителя», чтобы работать на мощности, необходимой для беспроводных приложений большой дальности.

Если вы не имеете никакой квалификации, настоятельно рекомендуется использовать видео передатчик менее 200 мВт, чтобы избежать риска судебных исков (власти могут связаться с вами, если ваш сигнал начнет мешать другим беспроводным сигналам).

Питание для видеопередатчика обычно подается от BEC от одного из ESC, который также питает остальную часть электроники. Если вы подозреваете, что вся электроника потребляет больше тока, чем может обеспечить один BEC, вы можете использовать BEC от второго ESC для питания VTX. Использовать отдельную батарею для питания видеопередатчика не рекомендуется.

Частоты/каналы видеопередатчика

Большинство видеопередатчиков работают на одной из ниже перечисленных частот. Обратите внимание, что, поскольку вы, вероятно, уже будете использовать стандартную аппаратуру управления, которая работает на определенной частоте, правильным будет выбрать видеопередатчик так, чтобы их частоты не совпадали. Например, если ваше пульт управления работает на частоте 2.4 ГГц, вам следует обратить внимание на видеопередатчик с рабочей частотой: 900 МГц, 1.2ГГц или 5.8ГГц.

900мгц (0.9ггц)

• Низкочастотный сигнал легче проникает через стены и деревья
• DIY антенны легко сделать, потому что низкие частоты подразумевают большие антенны
• Качество изображения не такое хорошее, как на 5.8ГГц
• Может оказать негативное влияние на GPS приёмники
• Считается «старой» технологией
• В целом, лучший для среднего диапазона

2ГГц (от 1.2 до 1.3 ГГц)

• Используется для дальних FPV полётов, поскольку предлагает хорошее расстояние
• Много разных антенн на рынке
• Частота, как правило, используется множеством других устройств
• Стены и препятствия оказывают большее влияние, чем более низкая частота
• Средний/длинный диапазон

4ГГц (от 2.3 до 2.4ГГц)

• Используется для FPV на большие расстояния с небольшим количеством препятствий
• Одна из наиболее широко используемых частот для беспроводных устройств
• Доступны многие аксессуары (антенны, передатчики и т.д.)
• Не следует использовать рядом с параллельно работающими на аналогичной частоте RC передатчиками или другими устройствами, которые могут создавать помехи.
• Может работать с другими частотами, но не будет рассмотрено в этом разделе.

8ГГц

Как вы, могли, заметить, многие обычные беспроводные устройства работают на частоте 2.4ГГц (беспроводные маршрутизаторы, беспроводные телефоны, Bluetooth, устройства для открывания гаражных ворот и т.д.). Во многом это связано с тем, что в государственных нормативных актах Федеральной комиссии связи, определено, что полосе частот вокруг этого диапазона не требуется лицензия для работы; то же самое для 900МГц, 1.2ГГц и 5.8ГГц (в пределах определенного диапазона мощности). К без лицензионному частотному диапазону относится так называемый свободный ISM диапазон (с англ. Industrial, Scientific, Medical: индустриальный, научный и медицинский диапазон), занимает полосу частот: от 2400 до 2483.5МГц в США и Европе и от 2471 до 2497МГц в Японии. Это означает, что любой потребитель может приобрести беспроводное устройство, которое работает на одной из этих частот, не беспокоясь о правилах или рекомендациях. Более подробную информацию о любительском распределении радиочастот можно найти в Википедии.

Разъёмы видеопередатчика

Не все видеопередатчики имеют одинаковые разъёмы, поэтому важно знать, какой разъём установлен в выбранной камере, а также, посмотреть, возможно ли подключение и работа с выбранным видеопередатчиком. Самые популярные разъёмы — композитные, мини/микро USB и 0.1-дюймовые разъёмы (аналоговые). На рынке имеется ряд адаптеров/переходников, например: 0.1″ FPV Tx разъём — miniUSB для использования с камерой GoPro, что значительно упрощает использование таких продуктов.

Некоторые видеопередатчики также могут иметь аудиовход, тем не менее в большинстве случаев шум издаваемый силовой установкой будет заглушать любой звук, который вы надеетесь записать. Если вам нужен звук, обязательно расположите микрофон как можно дальше от моторов (потребуется немало испытаний, чтобы найти макс. оптимальное место) и выберите совместимый приёмник.

Антенна видеопередатчика

Антенны видеопередатчика, используемые на беспилотных летательных аппаратах, имеют тенденцию быть либо «Duck», либо «Whip». Duck антенны являются наиболее распространёнными и имеют преимущество в том, что они являются всенаправленными, компактными, недорогими и остаются неподвижными во время полёта из-за их небольшого профиля.

Выбор антенны должен соответствовать частоте видеопередатчика. Более высокие частоты требуют небольших антенн, однако передаваемые сигналы испытывают большие трудности при прохождении через препятствия. Низкие частоты менее подвержены помехам, но требуют больших/длинных антенн. Направленная антенна не очень часто используется для передачи видео, так как БПЛА может фактически находится в любой ориентации в трёхмерном пространстве. В идеале антенна должна быть расположена где-то на БПЛА, где нет источников других беспроводных сигналов или электрических помех.

Видеоприёмник (vrx)

Видеоприёмник имеет тенденцию быть немного (физически) больше и тяжелее, видеопередатчика, потому что приёмник как правило неподвижен (подключён к экрану), в то время как передатчик устанавливается на дроне и, как таковой, должен быть маленьким и лёгким. Чтобы сэкономить место, некоторые производители ЖК-дисплеев включают в свои дисплеи стандартно частотные беспроводные приёмники.

Многие FPV энтузиасты устанавливают на свои FPV очки антенны типа «Clover Leaf» или «Pinwheel», что позволяет им ориентировать свою голову в направлении беспилотника и тем самым добиваться максимально мощного сигнала. Некоторые производители FPV очков также поддержали эту тенденцию и стали включать в комплектацию своих очков беспроводной видеоприёмник и антенну.

Очевидно, что частота, на которой работает видеоприёмник, должна соответствовать частоте передатчика. Некоторые модели приёмников, однако, предлагают широкий выбор каналов (по одному), что делает их совместимыми с различными видеопередатчиками. Выход видеоприёмника имеет тенденцию быть либо композитным (наиболее распространённый), либо HDMI. Что подключить к выходу (видео дисплей), решать вам, и некоторые варианты описаны ниже. Питание приёмника в полевых условиях всегда предполагает использование батареи, которая либо выдает выходное напряжение соответствующее рабочему напряжению приёмника, либо батареи, которая подключена к регулятору напряжения для обеспечения требуемого. Обратите внимание, на то, что нет видеоприёмников «большой дальности», поскольку диапазон сигнала зависит от мощности передатчика и правильно выбранной антенны.

Антенна видеоприёмника

Антенны, используемые на видеоприёмниках, могут быть всенаправленными (способными принимать сигнал с любого направления) или направленными. Наиболее распространённые антенны, которые можно встретить на видеоприёмнике это: Duck антенна, Cloverleaf/Pinwheel или, в редких случаях, направленная (например, «Yagi»). Направленная антенна будет актуальна только в том случае, когда БПЛА будет летать в определенном направлении по отношению к оператору, а дрон всегда будет «перед» антенной, для того чтобы не потерять сигнал. Ситуации могут включать в себя исследование конкретной зоны (например, поля) или области, которая находится на расстоянии от оператора.

Видеодисплей

Жк монитор (lcd монитор)

• При рассмотрении ЖК монитора важно знать различие между настольным/компьютерным ЖК монитором или ЖК телевизором и тем, который предназначен быть портативным. Телевизионный/компьютерный монитор почти всегда имеет разъём питания, совместимый со стандартным компьютерным кабелем питания (потребляет переменный ток напрямую), что делает его очень сложным для использования с АКБ. ЖК/OLED дисплей, который должен быть более портативным, зачастую потребляет постоянный ток и требует внешнего трансформатора для подключения к сети (A/C).
• Размер, частота обновления и качество отображения дисплея, используемого для FPV применения варьируются от небольших мониторов с зернистыми изображениями, те что обновляются несколько раз в секунду, до больших дисплеев, которые в сочетании с правильным видеопередатчиком и приёмником, отображают большие HD изображения без каких либо явных задержек. Имейте в виду, что любой выбранный вами 2D-дисплей должен быть подключен к источнику питания и установлен, либо внутри базовой станции БПЛА (описанной ниже), либо посредством крепления FPV монитора на аппаратуре управления.

Fpv очки

• 2D-очки широко используются в FPV из-за их более доступной цены, совместимости с одним источником видеосигнала (с одной видеокамеры) и простоты использования с внешним аккумулятором. Некоторые модели включают в себя видеоприёмник; комплекты приходят с камерой, видеопередатчиком, FPV очками (с встроенным видеоприёмником) и внешним аккумулятором, а также обеими антеннами.
• Качество видео, предлагаемое недорогими FPV очками, может быть довольно низким, поэтому если бюджет имеет значение, примите во внимание, что вы можете получить лучшее впечатление от ЖК-монитора большего размера по той же цене, что и FPV очки.

Отслеживание головы

• Отслеживание головы по существу тоже самое, что и отслеживание движения, а именно, измерение трехмерной ориентации/углов в отличие от линейного движения. Сенсорный комплекс составляют чипы MEMS акселерометра, гироскопов или инерциальных измерительных модулей (IMU). Датчики устанавливаются (или встраиваются) в FPV/VR очки и отправляют данные в микроконтроллер для интерпретации данных датчика в виде углов, который затем отправляет данные, либо посредством аппаратуры управления (для моделей более высокого уровня), либо через отдельное беспроводное передающее устройство. Идеальная система отслеживания головы совместима с передатчиком, таким образом углы могут быть отправлены с помощью передатчика по двум свободным RC каналам.

3d/виртуальная реальность

• Occulus Rift, Samsung Gear, Morpheus, VR-очки на базе смартфона и множество других 3D/VR-дисплеев с головным креплением могут быть адаптированы для использования с беспилотниками. Несмотря на то, что эти устройства обычно создаются для трёхмерных компьютерных/консольных игр или в качестве альтернативы телевизору, эти устройства изначально совместимы с 3D и зачастую имеют встроенные датчики трекинга головы, становясь всё более интересными для беспилотного FPV сообщества.

Smart устройства

• Смартфоны, планшеты или ноутбуки могут быть использованы для отображения видео в режиме реального времени. Их батареи являются встроенными, а сами устройства лёгкие. Сложность использования интеллектуальных устройств заключается в том, что большинство приёмников не предназначены для приёма видеосигнала от беспроводного видеоприёмника (один из двух проводной или беспроводной). Ноутбук или планшет с встроенной или USB-видеокартой может получать нормальное композитное видео. Смартфон в настоящее время лучше всего работает с видео, отправляемым по Wi-Fi (от Wi-Fi камеры к Wi-Fi адаптеру). Использование Wi-Fi видеосигнала GoPro и мобильного приложения является одним из самых простых способов реализации FPV, однако стоит отметить, что диапазон сигнала Wi-Fi камеры сильно ограничен (10-20 метров). Поскольку смартфоны широко распространены, а беспилотники — последний писк моды, производители регулярно выпускают новые продукты, из которых извлекают выгоду, поэтому прежде чем принять решение, хорошенько подумайте.

Экранное меню (osd)

• Экранное меню (OSD) позволяет пилоту видеть различные сенсорные данные, отправляемые с дрона. Одним из самых простых способов выведения данных на экран является использование камеры с аналоговым выходом и размещение экранной платы между выходом камеры и видеопередатчиком. Плата OSD адаптера имеет входы для различных сенсоров и будет накладывать данные на видео, таким образом пилот получит видео с уже наложенными данными телеметрии.

Соображения касательно расстояния удаления

• Как вы уже успели заметить, работа на большом расстоянии зависит главным образом от мощности передатчика (аппаратуры управления, а также видео, если применимо). Обычно RC-передатчики включают в себя RF-систему, состоящую из джойстиков и переключателей, электроники и RF-передатчика, и менее дорогих RC-элементов, эта система почти всегда представляет собой единое целое. Модели более высокого уровня часто имеют радиочастотный модуль, который можно заметить в виде коробки, расположенной на тыльной стороне аппаратуры управления. В Северной Америке это также законное требование, чтобы БПЛА оставался в поле зрения пилота (для информации). Тем не менее законы меняются, поэтому лучше проконсультироваться, прежде чем пытаться выполнять беспилотные операции на больших расстояниях.

Питание

Бпла/дрон

Ваш БПЛА/Дрон состоит из множества различных частей, каждая из которых требует определенного напряжения. Наиболее распространенная электроника, которую вы найдете в FPV системе или дроне дальнего действия, включает в себя:

1. Двигатели: большинство двигателей БПЛА среднего размера, как правило, работают при напряжении 11.1В или 14.8В.
2. Контроллер полёта, приёмник, GPS: в идеале они должны получать питание от BEC от одного из ESC.
3. Приёмник отслеживающий положение головы: он будет также работать от BEC.
4. Сервоподвес: Сервоприводная система подвеса может получать питание от одного из BEC на ESC и работать при напряжении 5В.
5. BLDC подвес: Некоторые BLDC подвесы могут подключаться к зарядному разъёму основного аккумулятора, в то время как другим может потребоваться определенное напряжение. Проверьте характеристики подвеса, который вы покупаете.
6. Камера: Камеры, используемые для FPV полёта, имеют тенденцию работать при 5В (от BEC) или 12В (от основного аккумулятора). Большинство экшн-камер имеют собственную встроенную батарею.
7. Видеопередатчик: Большинство работает при 5В и может питаться от BEC.
8. Дополнительная электроника (освещение, парашют и т.д.): 5В.

Рекомендуется чтобы в БПЛА была только одна основная батарея, и вам следует рассмотреть возможность использования АКБ 11.1В или 14.8В на дроне среднего размера. Если не один ESC не имеет BEC, вам понадобится внешний 5В стабилизатор напряжения для питания электроники, и убедитесь, что он сможет обеспечить достаточный ток для всего.

Пилот

В то время как обычному пользователю беспилотника нужно беспокоиться только о работоспособности аппаратуры управления, пилот полноценной FPV установки может в конечном итоге переносить большие АКБ, и разнообразное дополнительное оборудование.

1. Портативная аппаратура управления: Большинство пультов по умолчанию питаются от батареи типа «AA» (4 × AA или 8 × AA), но для FPV может потребоваться питание аппаратуры от внешнего АКБ.
2. Дополнительный RF-передатчик: Если вы не используете RF-передатчик/Приёмник, входящий в комплект поставки пульта дистанционного управления, модели более высокого уровня обычно имеют питающий выход, к которому можно подключить этот модуль. Кроме того, вы можете запитать его к внешней аккумуляторной батареи, питающей пульт дистанционного управления.
3. Приёмник отслеживающий положение головы: Обычно это блок может питаться от 5В.
4. Видеоприёмник: Большинству требуется 12В, но часто они имеют довольно широкий диапазон входного напряжения. Чаще всего приёмник поставляется с сетевым адаптером, который вы не будете использовать в полевых условиях. Проверьте диапазоны входного напряжения, чтобы увидеть, можете ли вы использовать одно напряжение для питания передатчика и приёмника (например, 7.4В или 12В).
5. Видеодисплей: Обязательно выберите портативный ЖК-дисплей с «Barrel» разъёмом, что позволит использовать батарейный блок для ввода. FPV очки, как правило, также имеют вход под «Barrel» разъём, но не забудьте проверить. Наиболее распространенное напряжение для портативных ЖК-дисплеев составляет 12В, что может быть не самым лучшим для других устройств.
6. Антенный трекер: Описан ниже. Это моторизованное устройство часто состоит из радиоуправляемых серводвигателей, микроконтроллера и дополнительных сенсоров /электроники. Существует очень мало коммерческих систем для рынка беспилотного хобби, поэтому если вы будете заниматься проектированием и созданием такой системы, вам нужно будет разработать настройку питания.

Базовая станция

Как уже было сказано выше, есть много оборудования, которое пилоту необходимо переносить и питать, и что оно может быть очень громоздким. Базовые станции часто используются для освобождения оператора от этого бремени/неразберихи и могут состоять из любого количества различного оборудования и отсеков, перечисленных ниже. Не трудно представить, что от того, как хорошо собрана базовая станция, проведены жгуты проводов, соединяющих все эти устройства вместе, зависит исход подготовки к полёту.

Базовая станция может включать в себя:

• Основную батарею, возможно, используемую для питания ЖК-монитора и/или FPV очков и, возможно, видеоприёмника.
• Вспомогательную батарею для передатчика и/или видеоприёмника.
• Крепление для ЖК-монитора и/или место для FPV очков.
• Крепление для видеоприёмника.
• Место для хранения аппаратуры управления.
• Крепление для антенны большой дальности (или место для переносной направленной антенны)
• Место для зарядного устройства для основного аккумулятора (ов).
• Место для запасных частей для дрона (пропеллеры, моторы, аккумуляторы, элементы рамы).

«Базовая станция» не обязательно является коммерчески произведенным продуктом, который легко может быть использован с любым беспилотным применением, напротив, она может быть спроектирована и построена пилотом-любителем самостоятельно. Обычно создание базовой станции начинается с выбора прочного футляра для переноски (например, Pelican или Nanuk), хотя также можно использовать/адаптировать рюкзак с жесткой рамой. Часто для установки антенны повыше от земли используется штатив.

Антенный трекер

Антенный трекер — это электромеханическое устройство, которое отслеживает положение дрона в трёхмерном пространстве, используя GPS координаты, и, зная местоположение GPS трекера, направляет антенну в сторону беспилотника. Антенные трекеры обычно используются в дальнобойных миссиях, и на рынке не так много коммерческих продуктов. Трекер состоит из GPS приёмника, компаса (а иногда и IMU), микроконтроллера, приёмника данных (для приёма GPS-координат дрона), одного поворотного и одного наклонного мотора, механической рамы, направленной антенны и аккумуляторной батареи. Чтобы уменьшить отрицательное влияние препятствий, системы антенного трекера поднимаются над землей с помощью штатива.

Аналогия лампочки

Начнем с простой аналогии для понимания принципа работы радиосвязи. Представьте, что вы стоите посреди поля в полной темноте. У вас есть квадрокоптер, на который вы повесили лампочку. Вы ее включили, дрон взлетел и начинает летать вокруг вас. Теперь вашей целью будет поставить около себя камеру, которая всегда должна улавливать свет от лампочки квадрокоптера, при том, что он летает.

Как вы это сделаете? Сделаете лампу яркой, чтобы она лучше светила и камере было проще видеть свет? Будете использовать объектив на 360 градусов? Или может несколько объективов с поворотными механизмами? Смысл этой аналогии в том, что свет, который излучает лампа, является формой электромагнитного излучения, подобного радиоволнам. Так работают и антенны, они должны уловить радиоволны.

Мы применим эту аналогию к системе видеопередачи с квадрокоптера:

• Интенсивность источника света представляет собой выходную мощность VTX (измеряется в милливаттах или мВт/mW).
• Тип источника света (лампочка, фонарик, флуоресцентный свет и т. д.) — это тип антенны на видеопередатчике.
• Тип объектива на камере, — это тип антенны на вашем шлеме или очках.
• Чувствительность камеры (часто выраженная в мегапикселях) — это чувствительность вашего шлема или очков.

Целью антенны является преобразование осциллирующей электрической энергии в электромагнитное излучение и наоборот: преобразование электромагнитного излучения в колебания электрической энергии в цепи.

Электромагнитное излучение — это научный термин для «радиоволн», это физическое «вещество», которое несёт видео, звук и данные по радиоволнам.

В обычном квадрокоптере есть две радиосистемы: система радиоуправления для управления дроном и видеосистема для трансляции видео через FPV камеру.

Передающими элементами этих двух систем будет радиопередатчик, который вы держите в руках (пульт), и передатчик видео на борту дрона, который называется видеопередатчик или VTX. Принимают сигналы приемники.

Более простое объяснение — вы поворачиваете стик, сигнал с пульта отправляется на приемник, который есть в квадрокоптере, он обрабатывает сигнал. Камера на дроне отправляет свой сигнал на видеопередатчик, который находится на борту квадрокоптера, он отправляет этот сигнал в приемник ваших очков или шлема и вы видите видео.

Давайте поговорим конкретно о видеосистеме квадрокоптера. В этой системе передатчик видеосигнала принимает аналоговый видеосигнал от камеры в качестве входного сигнала и преобразует его в импульсы электрической энергии, которые колеблются 5 800 000 000 раз в секунду или 5,8 GHz.

Эта энергия направляется в антенну, которая преобразовывает ее в очень «яркие» радиоволны 5,8 GHz. При правильной настройке и позиционировании эти волны подхватываются второй антенной, установленной на ваших очках или шлеме FPV. В зависимости от того, насколько удален ваш квадрокоптер, эти волны будут значительно «тусклее» или «ярче».

Антенна преобразует волны обратно в электрические колебания, а затем плата управления переходит к преобразованию этой энергии обратно в аналоговый видеосигнал —  противоположный процесс, который происходил в передатчике квадрокоптера — после этого вы видите видео на экране шлема.

Антенна для fpv

Как увеличить радиус действия таких квадрокоптеров

Все очень просто, не нужно ничего делать с дроном, разбирать его, крепить на него внешние антенны или усилители сигнала.

Вам понадобится лишь вот такой гаджет:

Это усилитель сигнала Wi-Fi, который работает в режиме ретранслятора, увеличивая зону покрытия сети.

Его можно включить в квартире и разместить у окна, если летать возле дома либо взять с собой. Штука компактная и работает от любого PowerBank, например от такого:

Можно взять с собой и летать в любом месте.

Работает все следующим образом:

1.
Собираем квадрокоптер, устанавливаем аккумулятор и включаем его.

2.
После того, как дрон создал сеть Wi-Fi, подключаемся к ней со смартфона.

3.
В приложении Mi Home, через которое осуществляется настройка Mi Amplifier, выбираем усилитель Wi-Fi и активируем функцию ретранслятора.

Теперь «стик» Xiaomi будет усиливать сеть, раздаваемую квадрокоптером.

Имейте ввиду, что держать усилитель рядом с собой будет бессмысленно. Если дрон не достанет сигналом до смартфона, то и до репитера вряд ли добьет.

PowerBank с подключенным Mi Amplifier нужно расположить между пилотом и предполагаемой зоной полетов.

Работать все это будет при условии, что квадрокоптер управляется со смартфона. Радиус работы радиопульта не увеличится.

Некоторые модели управляются при помощи пульта ДУ, но для вывода картинки для FPV используется Wi-Fi сеть. Смартфон подключается к ней и выводит изображение с камеры дрона.

Операторов радиоуправляемых устройств интересует, как увеличить время полета квадрокоптера, поскольку эта характеристика напрямую влияет на качество пилотирования. В настоящем существует несколько эффективных методов, которые существенно увеличат длительность рабочего режима девайса, повысив его производительность.

Многие коптероводы мечтают о том, чтобы их квадрокоптер имел длительное время полета. Главной причиной является нежелание постоянно менять аккумуляторы и тратить много времени на бесконечные зарядки батарей. Ниже мы рассмотрим способы для увеличения длительности работы аккумулятора беспилотника, чтобы квадролеты дольше проводили времени в полете.

Длительность полета дрона – неоднозначный параметр, поскольку он может определяться как временем «зависания» в пространстве, так и моментом, в течение которого беспилотник активно маневрирует, выполняет флипы, перевороты и т.д. Основными факторами, которые будут влиять на увеличение данного параметра, являются:

• стиль и техника самого полета;
• коэффициент полезной нагрузки дрона;
• аккумуляторы и их емкость;
• тип двигателя и роторов;
• торможение мотора с помощью опции Damped Light.

Разработчики новых профессиональных моделей уделяют немало внимания продлению полета. Об этом свидетельствует новая версия — PHANTOM 4, обзор ее читайте .

Беспилотники, особенно высокой ценовой категории, способны осуществлять полеты в нескольких режимах. Выбор конкретного режима будет приводить к увеличению или сокращению времени, проведенного дроном в воздухе. К максимальному увеличению этого параметра приводит управление коптером в режиме стабилизации. При стабилизации модель, как правило, поддерживает одинаковую скорость и высоту.

Выполнение флипов, переворотов в 360 градусов, съемка видео/фото – факторы, которые увеличивают расход заряда батареи. Обычно эти опции используют в экспертном режиме управления.

Большое значение при расходе заряда аккумуляторов играет коэффициент полезной нагрузки. Чем большей грузоподъемностью обладает модель, тем более емкими будут ее аккумуляторы. При сбросе лишнего веса сократится расход заряда батарей. Для облегчения квадрокоптера можно:

• Укоротить провода двигателей, питания, ESC.
• Отказаться от применения цилиндрических коннекторов с позолотой.
• Снять устройство для съемки видеороликов/фото (например, камеру Mobius или GoPro).
• Использовать легкие элементы при оснащении дрона (карбоновую раму, ESC и т.д.).

Ключевыми факторами, которые определяют длительность полета девайса, являются качество и емкость аккумулятора. Многие операторы полагают, что батареи максимальной емкости автоматически повышают длительность рабочего режима, однако это не совсем так. При подборе батареи нужно учесть значение тока C у литиевых аккумуляторов – данный параметр влияет на время полета.

К примеру, если оператор израсходовал 80% заряда батареи при падении напряжения к 3.5 V на 1 ячейку, то при маленьком значении C дрон будет работать от большего тока, нежели сможет дать аккумулятор. Это приведет к быстрому падению напряжения, увеличит время полета.

Мощная антенна на пульт управления

Следующее решение требует умения “ткнуть паяльником” и “разобрать пульт управления дроном”. Вместо штатной антенны устанавливается антенна от WiFi роутера с большим коэффициентом усиления (dBi).

Фактически, необходимо отпаять штатную антенну и на ее место впаять провод от разъема, а к нему можно крепить уже любую антенну.

Вот вариант использования самодельной Vee антенны вместе с внешним ВЧ блоком. 

Так как аппаратура радиоуправления авиамоделями и дронами работает на частоте 2.4 ГГц, то к ней прекрасно подходят антенны от WiFi, которые работают на той же частоте.

На квадрокоптере, для увеличения дальности полета, тоже не лишним будет заменить штатную антенну на имеющую большее усиление. 

Вот варианты готовых антенн и разъемов для них.

2.4GHz RP-SMA Male 16dBi
Купить: Cewaal Новый 2.4 ГГц
Купить: 2.4GHz 5dBi Wireless Wifi
Купить: Бесплатная доставка 2,4 ГГц
Купить: Mini RP-SMA to IPX
Купить: Удлинитель UFL на RP
Купить:

Патч антенна на 5.8 ггц своими руками – сделай сам

Сборка

Получив все детали я подключил всё оборудование, чтобы проверить его работоспособность. Напомню, что я вывел два разъёма от батареи для питания FPV-оборудования и “фар”. Кстати, ни в коем случае не включайте видеопередатчик без антенны – может сгореть. По проводке выходила такая схема:

Позднее, когда я заменил видеопередатчик и мне пришлось запитывать камеру от батареи, она изменилась на такую:

На этом же этапе разумно настроить расположение OSD на экране (возможные варианты переключаются нажатием на единственную кнопку на OSD) и пареметры камеры. Рекомендуются следующие установки (источник), в скобках даны значения для камер без ИК-фильтра (IR sensrtive):

• Lens: Manual
• Exposure
  • Shutter: AUTO
  • Brightness: 042 (065)
  • ACG: OFF
  • DWDR: ON – очень важно, включает цифровое расширение динамического диапазона D-WDR
  • Return
• Backlight: OFF
• White Bal: ATW1
• Day & Night: Color
• Special
  • Cam Title: ON
  • Motion: OFF – детектора движения, нужен для охранных камер
  • Privacy: OFF
  • Park. Line: OFF – отображение парковочных линий, нужны, если использовать камеру в качестве авторегистратора
  • Comm Adj
  • Version
  • Return
• Image Adj
  • Lens Shad: ON
    • Level: 080
    • 2DNR: ON – включает цифровое подавление шума 2 DNR
    • Mirror: OFF – зеркальное отражение картинки
    • Font color
    • Contrast: 105
    • Sharpness: 23 (28)
    • Display: LCD
    • Gamma: 0.45
    • Ped level: 026 (050)
    • Color gain: 200 (250)
    • Neg. Image: OFF
    • Return
• DPC
• Language: ENGLISH
• RESET
• EXIT

После этого желательно проверить фокусировку камеры. Если что-то с ней не в порядке, можно подстроить повращав объектив.

Установку оборудования на квадрокоптер я начал с камеры. Первым делом я обработал её плату диэлектрелизующим лаком, а затем подклеил термоклеем все более-менее крупные детали (а их там целая одна), чтобы они не отвалились при аварии. Для крепления камеры я заказал 3D-печать этих деталей (деталь из файла washer.stl я не печатал).

Именно этот набор понравился возможностью менять угол камеры, а так же дугами, защищающими камеру при фронтальном столкновении. Далее выяснилось несколько не очень приятных вещей. Во-первых, моя камера не влезает в крепление, причём не влезает “конкретно”. Самое умное, что я придумал – совсем отпилить заднюю стенку крепления и закрепить камеру на нём термоклеем.

Во-вторых, выяснилось, что боковые детали одеваются не на алюминиевые стойки рамы, а вместо них. Вкручивать болтики в пластик показалось мне сомнительной затеей, поэтому я купил металлический прут с резьбой M3 и пропустил его отрезки через всю раму насквозь и закрутил гайками с нейлоновыми уплотнителями.

Вообще, часто рекомендуют крепить камеру через резиновые/силиконовые демпферы, как показано здесь.

На этом же этапе я стяжками и термоклеем закрепил “фары”. К слову сказать, они оказались очень мощными (3Вт вместе) и, как следствие, прожорливыми, так что лучше поставить на них какой-нибудь тумблер, чтобы можно было включать перед полётом только по необходимости.

Теперь надо было разобраться с креплением антенны к видеопередатчику, а это, пожалуй, самый замысловатый момент во всей установке FPV. Во-первых, антенну ни в коем случае не стоит крепить непосредственно к передатчику. Получается своего рода рычаг, где одним плечом служит антенна, другим – сам передатчик со всеми проводами, а место крепления разъёма будет точкой опоры, на которую придётся максимум нагрузки.

Таким образом, в случае аварии почти со 100% вероятностью разъём на плате передатчика отломается. Поэтому крепить антенну надо через какой-то переходник. Во-вторых, любой переходник сильно снижает мощность передатчика (пример). И в-третьих, антенна должна быть расположена вертикально или под очень небольшим углом.

Чаще всего передатчик крепят горизонтально снизу пластины рамы, а антенну выводят наверх через Г-образный переходник. Это вариант плох по двум причинам: 1) такой переходник сильнее всего снижает сигнал передатчика (на форумах пишут, что аж на 19%) и 2) соединение между антенной и передатчиком всё равно остаётся жёстким и опасность поломки разъёма при сильном ударе сохраняется.

Гораздо предпочтительнее использовать вместо такого переходника гибкий SMA/RP-SMA удлинитель вроде того, что купил я. Оптимальная длина удлинителя для 250-го квадрокоптера – 5-8см, хотя зависит от конкретной компоновки. Мне, например, впритык хватило 15см.

Кстати, короткие кабеля в продаже есть не всегда, но можно самостоятельно укоротить более длинный. Как это сделать, можно узнать тут, но следует учитывать, что на дешёвых китайских кабелях разъёмы одноразовые и если будете укорачивать такой кабель, лучше заранее купить новый SMA или RP-SMA разъём.

Второй момент, надо, чтобы сама антенна (речь идёт о “клевере”, а не о штатной “сосиске”), точнее её кабель, был достаточно мягким, либо крепить её так, чтобы при аварии антенна могла подогнуться и смягчить удар. Это минимизирует её повреждение при падении.

Кстати, у моей антенны AOMWAY кабель очень жёсткий. Чтобы нивелировать это, я закрепил её на кусочке пластика, гибкого, но достаточно жёсткого, чтобы антенну не мотыляло от собственного веса. Оптимальным был баллон от строительного герметика, из которого я вырезал подходящий кусочек. Я немного сместил антенну относительно продольной оси квадрокоптера, чтобы она не мешала засовывать/доставать батарею.

Последний момент, касающийся антенны – защита лепестков от повреждения. У AOMWAY это сомнительные фиксаторы снизу лепестков, но чаще используются кожухи на всю конструкцию. Такой кожух можно изготовить и самостоятельно, например, из скорлупки от “киндер-сюрприза” или половинки теннисного мячика, только очень желательно, чтобы сам кожух не косался лепестков антенны.

Последнее, что осталось – закрепить внутри корпуса видеопередатчик, OSD и LC-фильтр. Сначала я припаял провода к LC-фильтру и заплавил его в термоусадку. Плата OSD и видеопередатчик были запаяны производителями. Правда, на каждом из них есть по одной кнопке и я вырезал для них отверстия.

Теперь можно было крепить его внутри рамы. В этом мне очень помогла клейкая швейная липучка. Один небольшой кусочек я приклеил на раму, второй – на LC-фильтр. Затем я скрепил вместе LC-фильтр и OSD и приклеил их липучкой к раме. Чтобы липучка не мешала правильно разместить детали, постоянно сцепляясь, я прикрыл её кусочком бумаги, который потом вытащил.

Не буду подробно останавливаться на сборке шлема Quanum Goggle V2, так как в богато иллюстрированной инструкции, идущей к нему в комплекте, этот процес исчерпывающе показан. Упомяну лишь пару моментов, которые могут быть полезными. Иногда владельцы этого шлема жалуются на то, что при включении моторов или вскоре после начала полёта (3-5 сек) отключается видеоприёмник.

Проблема в том, что с монитора выходят два RCA-разъёма (они же “тюльпанчики”) и на обоих видеосигнал, а на некоторых приёмниках по двум таким же разъёмам подается картинка и звук. Получается, что звуковой канал подключается к видеоканалу монитора и при небольшом нагреве приёмник отключается.

Вторая “полезность” заключается в том, что при наличии свободной камеры, можно закрепить её на передней части шлема и при посадке квадрокоптера переключаться с FPV-камеры на неё и визуально сажать модель, что значительно удобнее. Как это сделать, показано на этом видео. Плата для переключения между двумя источниками видео идёт в комплекте со шлемом.

Квадрокоптер готов к полётам, причём теперь уже по FPV. Его вес с батареей составил 580 г, без батареи – 460 г. Приятных полётов и мягких посадок.