[Беспроводные технологии, Производство и разработка электроники, Робототехника] Приемник с АФАР для БЛА
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286
ЦельДля управления беспилотными объектами, типа коптер или самолётика, обычно используются узкополосные низкоскоростные модемы. Для передачи телеметрии и неспешных команд управления, вроде задания полётных точек — по быстродействию этого вполне достаточно. В этих целях важнее, скорее, обеспечить бесперебойность канала управления, нежели гнаться за быстродействием, которое может измеряться секундами.Типовым решением в данной области является использование всенаправленной антенны с интегрированного приёмо‑передатчика, типа sx1233, AX5043, на борту, и антенны с высоким коэффициентом усиления (КУ), типа волновой канал или клевер, на земле.
Пока есть прямая видимость — все должно быть хорошо.Но, как известно, не только земля не плоская, но и прямая видимость с достаточным бюджетом мощности ещё не гарантирует успешной связи. А виной тому, зачастую, бывают помехи.Когда борт пролетает мимо мощного источника радиоизлучения с совпадающей частотой канала — то на бортовую антенну оказывается воздействие, существенно превышающее сигнал от удалённого передатчика, и отфильтроваться полосовым фильтром оказывается невозможно.
Обзор электромагнитной обстановкиВ данной ситуации красивым решением выглядит изменение диаграммы направленности бортовой антенны таким образом, чтоб источник помехи оказался в её минимуме. Именно во столько раз и будет ослаблен паразитный сигнал, хотя и связь в канале управления тоже может ослабнуть.
возможная ДН с четырьмя четвертьволновыми штырямиДН можно вращать механически — типа поворотного основания, но это неудобно для борта конструктивно и много весит. Гораздо интереснее попробовать электронное вращение ДН: подключить несколько антенных элементов через управляемый фазовращатель и максимально ослабить помеху противофазным их включением.Вот это и попробуем.СредстваВ качестве антенны возьмём четыре (потому что больше трех) четвертьволновых (т. к. самое простое) штыря и разместим их на металлической пластине, по углам квадрата со стороной четверть длины волны. 
Антена АФАР. В центре - антенна передатчикаФазовращение осуществим «в лоб», на AD8340. Полученные из каналов сигналы суммируем в один и отправляем на вход уже имеющегося приёмника, развёртку ДН осуществим микроконтроллером по максимуму отношения сигнал/шум (с/ш, SNR). 
Структурна схема фазовращателя с предусилителемАлгоритм простейший: поворачиваем максимум ДН до тех пор, пока лучше становиться, если перебор — крутим в обратную сторону. Поскольку передача данных идут в пакетном режиме, то поворот делаем после каждого пакета, чтоб переходными процессами чего не испортить.Расчёт фаз для суммирования каналов проведём на основании простейшей тригонометрии: по каждому из заданных направлений радиоволны должны распространяться синфазно. Т.е. фаза — это проекция точки установки штыря на вектор направления луча. Хинт: если из всех фаз вычесть одну их них — то этот канал можно не управлять:)
График значений фаз для развёртки ДНПроверкаТо, что четыре канала приёма заведомо лучше одного ‑ фактом является очевидным. Это даёт, как минимум, разнесение антенн в пространстве (antenna diversity) и дополнительное усиление сигнала. Гораздо интереснее, получится ли режектировать точечный источник помехи.Для начала задаём в ДН одно направление и снимаем по всем углам КУ полученной фиксированной антенны тихой комнате.
ДН АФАР при угле направления 0Как видно, что-то кривенькое получилось. Попробуем теперь полетать с помехопоставителем. В этом качестве возьмём какой-нибудь передатчик, чтоб можно было в нем задать частоту, полосу и мощность. Подадим все это на сильно направленную антенну и будем пересекать полученный луч на разных расстояниях. 
Пример формирования тестовой помехиРезультатыЕсли кратко — то режекция одиночно источника помехи удалась.Если более детально — то немного не так, как ожидалось. Предполагалось, что ДН будет иметь классический внешний вид с диаметральными минимум и максимумом. На само деле получилась достаточно кривая ДН, с паразитными минимумами. Благодаря простейшему алгоритму наведения они, рано или поздно, совпадали с помехой и существенно ослабляли её. В этот момент начиналось успешное прокидывание пакетов с данными, пока сама антенна на БЛА сравнительно медленно механически не отворачивалась (ветер, смена курса..). Если процессы наведения происходят достаточно быстро (несколько раз в секунду), то для оператора создаётся ощущение устойчивой связи с объектом.Так же оказалось, что просто антенна это только часть большой системы из кабелей, разъёмов, элементов конструкции и погоды на марсе. Реальные ДН каждый раз получались разные, но обязательно с острыми минимумами. Но благодаря простоте алгоритма — даже в таком виде это успешно работало.ВыводыДля попробовать ‑ полученного дорогого, энерго‑затратного, тяжёлого и плохо воспроизводимого решения вполне достаточно. Но надо прикинуть, что в этом направлении можно сделать дальше.Самым очевидным решением является реализация модема и фазовращателя с антеннами в виде отдельного изделия. Если в самом деле есть проблемы с помехами — то идём на все эти жертвы. А если в глухой тайге полетать надо, то можно и со штырём управиться. К тому же весь этот агрегат, собранный на одной плате вместе с подложкой штырей, имеет шанс получить воспроизводимую ДН.Так же на будущее можно подумать о замене прямого решения с микросхемами фазовращения, на изменение структуры приёмника, чтобы суммировать сигналы на промежуточной частоте. Формирование множества сдвинутых по фазе опор является стандартной задачей для современного high speed design, сами структуры гетеродинных и инфрадинных приёмников давно уже обкатаны, и более сложное по числу элементов решение может оказаться дешевле по элементной базе и энергопотреблению. Ну и в качестве высшего пилотажа уже можно начать бороться с несколькими вредителями сразу. Для этого надо увеличивать число управляемых элементов и формировать ДН с несколькими контролируемыми вырезами, что даёт подавление нескольких источников шума по разным направлениям.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:
- [Производство и разработка электроники, Транспорт] Nissan отложила выпуск электромобиля Ariya из-за глобального дефицита микросхем
- [Анализ и проектирование систем, CAD/CAM, Производство и разработка электроники, Электроника для начинающих] Ускорение проектирования РЧ-, СВЧ-устройств (3/5)
- [Программирование микроконтроллеров, Схемотехника, Производство и разработка электроники, DIY или Сделай сам, Электроника для начинающих] Разработка контроллера резервного питания. Схемотехника
- [Производство и разработка электроники, Умный дом, Интернет вещей, IT-компании] В конце этого месяца Samsung отключит хабы умного дома SmartThings первой версии
- [Производство и разработка электроники, Компьютерное железо, IT-компании] «Яндекс», «Ланит», Gigabyte и ВТБ запустят в 2022 году производство серверов в России
- [Схемотехника, Производство и разработка электроники, DIY или Сделай сам, Электроника для начинающих] Fourth Order Low-pass Filter with One Op Amp
- [Робототехника] Исследование методов SLAM для навигации мобильного робота внутри помещений. Опыт исследования R2 Robotics
- [Производство и разработка электроники, Видеокарты, IT-компании] По оценкам Intel, дефицит микросхем может продлиться несколько лет
- [Сетевые технологии, Беспроводные технологии] Wi-Fi высокой плотности не существует
- [Глобальные системы позиционирования, Робототехника, Научно-популярное, Транспорт] Снежная слепота беспилотных авто
Теги для поиска: #_besprovodnye_tehnologii (Беспроводные технологии), #_proizvodstvo_i_razrabotka_elektroniki (Производство и разработка электроники), #_robototehnika (Робототехника), #_afar (АФАР), #_pomeha (помеха), #_priemnik (приемник), #_besprovodnye_tehnologii (
Беспроводные технологии
), #_proizvodstvo_i_razrabotka_elektroniki (
Производство и разработка электроники
), #_robototehnika (
Робототехника
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 23:59
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев |
|
|
ЦельДля управления беспилотными объектами, типа коптер или самолётика, обычно используются узкополосные низкоскоростные модемы. Для передачи телеметрии и неспешных команд управления, вроде задания полётных точек — по быстродействию этого вполне достаточно. В этих целях важнее, скорее, обеспечить бесперебойность канала управления, нежели гнаться за быстродействием, которое может измеряться секундами.Типовым решением в данной области является использование всенаправленной антенны с интегрированного приёмо‑передатчика, типа sx1233, AX5043, на борту, и антенны с высоким коэффициентом усиления (КУ), типа волновой канал или клевер, на земле.  Пока есть прямая видимость — все должно быть хорошо.Но, как известно, не только земля не плоская, но и прямая видимость с достаточным бюджетом мощности ещё не гарантирует успешной связи. А виной тому, зачастую, бывают помехи.Когда борт пролетает мимо мощного источника радиоизлучения с совпадающей частотой канала — то на бортовую антенну оказывается воздействие, существенно превышающее сигнал от удалённого передатчика, и отфильтроваться полосовым фильтром оказывается невозможно.  Обзор электромагнитной обстановкиВ данной ситуации красивым решением выглядит изменение диаграммы направленности бортовой антенны таким образом, чтоб источник помехи оказался в её минимуме. Именно во столько раз и будет ослаблен паразитный сигнал, хотя и связь в канале управления тоже может ослабнуть.  возможная ДН с четырьмя четвертьволновыми штырямиДН можно вращать механически — типа поворотного основания, но это неудобно для борта конструктивно и много весит. Гораздо интереснее попробовать электронное вращение ДН: подключить несколько антенных элементов через управляемый фазовращатель и максимально ослабить помеху противофазным их включением.Вот это и попробуем.СредстваВ качестве антенны возьмём четыре (потому что больше трех) четвертьволновых (т. к. самое простое) штыря и разместим их на металлической пластине, по углам квадрата со стороной четверть длины волны.  Антена АФАР. В центре - антенна передатчикаФазовращение осуществим «в лоб», на AD8340. Полученные из каналов сигналы суммируем в один и отправляем на вход уже имеющегося приёмника, развёртку ДН осуществим микроконтроллером по максимуму отношения сигнал/шум (с/ш, SNR).  Структурна схема фазовращателя с предусилителемАлгоритм простейший: поворачиваем максимум ДН до тех пор, пока лучше становиться, если перебор — крутим в обратную сторону. Поскольку передача данных идут в пакетном режиме, то поворот делаем после каждого пакета, чтоб переходными процессами чего не испортить.Расчёт фаз для суммирования каналов проведём на основании простейшей тригонометрии: по каждому из заданных направлений радиоволны должны распространяться синфазно. Т.е. фаза — это проекция точки установки штыря на вектор направления луча. Хинт: если из всех фаз вычесть одну их них — то этот канал можно не управлять:)  График значений фаз для развёртки ДНПроверкаТо, что четыре канала приёма заведомо лучше одного ‑ фактом является очевидным. Это даёт, как минимум, разнесение антенн в пространстве (antenna diversity) и дополнительное усиление сигнала. Гораздо интереснее, получится ли режектировать точечный источник помехи.Для начала задаём в ДН одно направление и снимаем по всем углам КУ полученной фиксированной антенны тихой комнате.  ДН АФАР при угле направления 0Как видно, что-то кривенькое получилось. Попробуем теперь полетать с помехопоставителем. В этом качестве возьмём какой-нибудь передатчик, чтоб можно было в нем задать частоту, полосу и мощность. Подадим все это на сильно направленную антенну и будем пересекать полученный луч на разных расстояниях.  Пример формирования тестовой помехиРезультатыЕсли кратко — то режекция одиночно источника помехи удалась.Если более детально — то немного не так, как ожидалось. Предполагалось, что ДН будет иметь классический внешний вид с диаметральными минимум и максимумом. На само деле получилась достаточно кривая ДН, с паразитными минимумами. Благодаря простейшему алгоритму наведения они, рано или поздно, совпадали с помехой и существенно ослабляли её. В этот момент начиналось успешное прокидывание пакетов с данными, пока сама антенна на БЛА сравнительно медленно механически не отворачивалась (ветер, смена курса..). Если процессы наведения происходят достаточно быстро (несколько раз в секунду), то для оператора создаётся ощущение устойчивой связи с объектом.Так же оказалось, что просто антенна это только часть большой системы из кабелей, разъёмов, элементов конструкции и погоды на марсе. Реальные ДН каждый раз получались разные, но обязательно с острыми минимумами. Но благодаря простоте алгоритма — даже в таком виде это успешно работало.ВыводыДля попробовать ‑ полученного дорогого, энерго‑затратного, тяжёлого и плохо воспроизводимого решения вполне достаточно. Но надо прикинуть, что в этом направлении можно сделать дальше.Самым очевидным решением является реализация модема и фазовращателя с антеннами в виде отдельного изделия. Если в самом деле есть проблемы с помехами — то идём на все эти жертвы. А если в глухой тайге полетать надо, то можно и со штырём управиться. К тому же весь этот агрегат, собранный на одной плате вместе с подложкой штырей, имеет шанс получить воспроизводимую ДН.Так же на будущее можно подумать о замене прямого решения с микросхемами фазовращения, на изменение структуры приёмника, чтобы суммировать сигналы на промежуточной частоте. Формирование множества сдвинутых по фазе опор является стандартной задачей для современного high speed design, сами структуры гетеродинных и инфрадинных приёмников давно уже обкатаны, и более сложное по числу элементов решение может оказаться дешевле по элементной базе и энергопотреблению. Ну и в качестве высшего пилотажа уже можно начать бороться с несколькими вредителями сразу. Для этого надо увеличивать число управляемых элементов и формировать ДН с несколькими контролируемыми вырезами, что даёт подавление нескольких источников шума по разным направлениям. =========== Источник: habr.com =========== Похожие новости:
Беспроводные технологии ), #_proizvodstvo_i_razrabotka_elektroniki ( Производство и разработка электроники ), #_robototehnika ( Робототехника ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 23:59
Часовой пояс: UTC + 5