Корзина
8 отзывов
E-MAIL: marketing@theseuslab.cz
+375 17 2374211
Решение Anritsu для проведения радиочастотных измерений с беспилотного летательного аппарата

Решение Anritsu для проведения радиочастотных измерений с беспилотного летательного аппарата

Решение Anritsu для проведения радиочастотных измерений с беспилотного летательного аппарата
Установка и применение анализатора спектра на беспилотном летательном аппарате для проведения измерений в диапазоне частот до 70 ГГц

10.08.17

Вначале 2017 года компания Anritsu продемонстрировала возможность установки и применения анализатора спектра на беспилотном летательном аппарате для проведения измерений в диапазоне частот до 70 ГГц. Это позволило пользователям проводить измерения мощности радиочастотного канала на частоте 24 ГГц, анализировать частотный спектр во время полета и связывать полученные результаты измерений радиочастотного спектра с местоположением летательного аппарата. Описанное решение является концепцией, а не коммерческим продуктом.

Ниже приведена информация необходимая для реализации данного проекта заинтересованными лицами. Обратите внимание, что применение беспилотных летательных аппаратов может регулироваться национальными законодательными актами.

 

Платформа

Для построения системы был выбран широкодоступный беспилотный летательный аппарат (БПЛА) DJI™ Phantom™ 2. Он не обладает избыточными функциями  автоматизации, является репрезентативным среди БПЛА и поставляется без камеры. В нашем случае отсутствие камеры снижает затраты, сокращает количество потенциальных сбоев и позволяет разместить большую полезную нагрузку.

При синхронизации с GPS Phantom 2 имеет ряд функций автоматизации, характерных для своего класса. Он имеет возможности автоматического удержания заданной высоты независимо от полезной нагрузки, автоматического выравнивания независимо от позиции центра тяжести, а также автоматического удержания положения в пространстве при изменении скорости ветра. Другие БЛПА также могут иметь функции детектирования и предотвращения столкновения с препятствиями, что еще больше упрощает управление полетом. Летательные аппараты данного класса предназначены для доставки камеры либо полезной нагрузки в заданное Вами положение.

Производитель Phantom 2 не приводит информации о полезной нагрузке, которая может быть размещена на дроне. Тем не менее, пользовательские тесты показывают, что данный беспилотный аппарат может нести до 785 грамм полезной нагрузки в течение 14 минут. Приведенная информация не является официальной спецификацией, однако пользователи Phantom 2 подтверждают, что данный БПЛА подходит для решения аналогичных задач.

 

Схема подключения летного комплекта

 

На приведенном выше рисунке показана схема подключения летного комплекта. Давайте рассмотрим каждый компонент системы, начиная с батареи беспилотного летательного аппарата до сверхпортативного анализатора спектра MS2760A.

 

  • Регулятор напряжения
    • В качестве регулятора применялась схема зарядки аккумулятора (BEC) от Castle Creations на 10 А. Данный поставщик имеет хорошую репутацию среди радиолюбителей.
    • BEC поставляется настроенной на напряжение 5,1 вольт. Это не лучшее напряжение для Intel Compute Stick. Чтобы установить выходное напряжение на уровне 5,0 вольт понадобится комплект программного обеспечения Castle Link USB Programming.
  • Кабель питания
    • Чтобы запитать Compute Stick от BEC необходимо распаять собственный кабель.
    • У кабеля USB типа C был обрезан один конец. Два провода данного кабеля имеют красный и черный цвет, что соответствует проводнику +5 вольт (Vbus) и заземляющему проводнику заземления (GND) соответственно. Цветовая схема другого кабеля может отличаться. Перед подключением Compute Stick нужно проверить напряжение с помощью вольтметра! При неправильном подключении Compute Stick может выйти из строя!
    • Для уточнения разводки выводов USB-кабеля нужно обратиться к онлайн документации.
    • Compute Stick работает при напряжении 5 В с номинальным током 1 А, в то время как MS2760A потребляет около 0,7 А при напряжении 5 В.
  • Intel Compute Stick m5
    • Для управления MS2760A требуется персональный компьютер. Был использован Intel Compute Stick, STK2mv64CC. Отсутствие дисплея обеспечивает малый вес около 59 г. Этот компьютер от Intel поставляется полностью настроенным, за исключением отсутствия операционной системы. После установки Windows можно запустить аппаратное и программное обеспечение MS2760A.
    • В качестве операционной системы была выбрана профессиональная редакция Windows 10.
      • Рекомендация: было бы полезно изучить Windows IoT, так есть информация, что данная система может обрабатывать внештатные отключения питания, но при этом отсутствует информация о совместимости с программным обеспечением анализатора спектра.
  • USB концентратор
    • В виду того, что Compute Stick имеет только один порт USB A возникает необходимость применения USB концентратора для подключения MS2760A и GPS-модуля с разъемом USB. Выбранный четырехпортовый концентратор позволяет нам также подключать мышь и клавиатуру по мере необходимости.
    • Синий цвет USB разъемов указывает на совместимость концентратора с USB версии 3.0. Интерфейс между Compute Stick и MS2760A должен быть совместим с USB 3.0.
  • USB кабель
    • Используемый USB кабель имел длину 30 см и обеспечивал совместимость с USB версии 3.0. С одной стороны кабель был оснащен USB разъемом типа С, с другой стороны разъемом типа А.
  • USB GPS
    • Для сбора данных был использован отдельный GPS приемник. В частности, это был совместимый с Windows GPS-приемник BU-353S4.
    • Для совмещения показаний GPS приемника с результатами измерения мощности радиочастотного канала посредством MS2760A применялось специальное программное обеспечение.
  • Настроенная штыревая антенна
    • Размещаемая на летательном аппарате антенна была выполнена из полужесткого коаксиального кабеля с учетом требований к минимизации веса конструкции.
    • Длина кабеля составляла около 7,6 см, резонанс антенна на частоте 24 ГГц достигался путем срезания оплетки кабеля. Для контроля параметров и настройки антенны применялся Anritsu S820E в режиме измерения обратных потерь.
    • Применяемый полужесткий коаксиальный кабель был оснащен SMA разъемом. Поэтому для подключения к разъему V-типа на 70 ГГц (папа) анализатора MS2760A нам понадобился дополнительный адаптер. В качестве адаптера был установлен переходник Anritsu V(f)-K(f) с волновым сопротивлением 50 Ом, работающий в диапазоне от постоянного тока до 40 ГГц, номер детали «34VFKF50».

 

Наземный комплект

 

Наземный комплект состоит из станции управления, дисплея и клавиатуры, дополнительных батарей и зарядных устройств, а также кейса для транспортировки.

  • Вспомогательные принадлежности Compute Stick
    • Выбранная клавиатура имеет встроенную сенсорную панель. Это устраняет необходимость в дополнительной мыши и наличии гладкой поверхности для ее работы при настройке БПЛА на земле.

Настройка системы

 

  • При подключении Compute Stick и ноутбука к одной сети можно удаленно управлять и контролировать параметры MS2760A.
    • Установите программное обеспечение MS2760A на ноутбук, и Compute Stick;
    • Откройте программное обеспечение MS2760A на ноутбуке;
    • Нажмите «Системные настройки», «Автоподключение» и отключите данный параметр.
    • Нажмите «Хост» (Host) и введите IP-адрес Compute Stick.
    • IP-адрес Compute Stick Вы можете узнать посредством ввода в командной строке команды «ipconfig».
    • Нажмите «Подключить» после ввода IP-адреса.
    • Теперь Вы можете управлять физически подключенным к Compute Stick анализатором MS2760A через установленное на ноутбуке программное обеспечение.
    • Карманный маршрутизатор ZyTEL обеспечил управление и контроль MS2760A на расстоянии до 100 метров. Другие маршрутизаторы могут иметь более широкий рабочий диапазон.
  • Полетные батареи
    • Рекомендуется приобрести 3 либо 4 аккумулятора с зарядным устройством. Данного количества батарей должно хватить для обеспечения непрерывных полетов при условии зарядки одной батареи в течение 30 – 45 минут.
    • Если в зоне полетов недоступна сеть питания переменного тока, можно осуществлять зарядку аккумуляторов от бортовой сети автомобиля, либо приобрести достаточное количество батарей для решения разных задач.
  • Кейс для транспортировки
    • o   Для широко распространённых беспилотных летательных аппаратов существует широкий выбор кейсов и чехлов для транспортировки. Был использован чемодан, предназначенный для Phantom 3, который отлично подошел к дрону Phantom 2.

 

Сборка полезной нагрузки

 

Полезная нагрузка состоит из MS2760A, Compute Stick, USB концентратора и GPS приемника. Первые три элемента могут быть сгруппированы с помощью крепления распечатанного на 3D принтере. Файл с 3D моделью для печати в формате STL Вы можете скачать по следующей ссылке.

 

Монтаж полезной нагрузки

При монтаже полезной нагрузки (MS2760A, Compute Stick и USB-концентратора) на беспилотный летательный аппарат необходимо предусмотреть защиту на случай аварийной ситуации. Для этого будет полезным разработать и установить крепление, поглощающее удары при столкновении. Была изготовлена алюминиевая пластина, которую закрепили на Phantom 2, используя отверстия для болтов, предназначенные для установки камеры. Диаметр отверстия в алюминиевой пластине для крепления MS2760A составлял 1/4 дюйма, в качестве крепежа применялся нейлоновый болт с диаметром 1/4 дюйма и шагом резьбы 20 витков на дюйм. Нейлоновый болт фиксирует полезную нагрузку на летательном аппарате, а также действует как механический предохранитель или точка разрыва для полезной нагрузки в случае жесткой незапланированной посадки. Крепеж «Hook and Loop», разработанный Velcro®, также стабилизирует полезную нагрузку и дает некоторые преимущества в случае аварийной ситуации.

 

Крепление кабелей

Нужно тщательно закрепить все кабели, чтобы они не перемещались во время полета

 

Важно убедиться, что все кабели надежно закреплены на беспилотном аппарате, поскольку некачественный монтаж может привести к внештатному отключению либо их потере во время полета. Комплект оборудования в полете может подвергаться воздействию влаги, вибрации и ударов.

Другой серьёзной проблемой является возможность попадания кабелей в рабочую область пропеллеров, что приводит к мгновенному падению беспилотника и может повлечь за собой порчу частной собственности, потерю летательного аппарата и/или MS2760A. Уделите особое внимание расположению кабелей относительно лопастей пропеллеров.

 

Включение питания

Во время настройки системы Вам придется часто включать и выключать оборудование. Поскольку Compute Stick работает под управлением Windows, убедитесь, что процесс отключения проходит корректно. Внезапное отключение питания может привести к сбою и выходу из строя оборудования.

В описываемой концепции в качестве источника питания полезной нагрузки применяется батарея беспилотного летательного аппарата. Это означает, что нам нужно было установить связь с Compute Stick и отключать его каждый раз, перед заменой батареи.  

Compute Stick достаточно хорошо показал себя при внештатных отключениях питания, однако, нет никаких гарантий того, что данный ПК не выйдет из строя при нестабильном питании. Поэтому, если позволяют характеристики БПЛА, для питания полезной нагрузки рекомендуется использовать отдельную аккумуляторную батарею. Двухэлементный литий-полимерный (LiPo) аккумулятор на 1300 мАч обеспечит работу полезной нагрузки в течение 40 минут при снижении заряда до 80 % от его емкости. Данные аккумуляторы широкодоступны и имеют вес около 100 г. Однако для этих батарей требуется специальное зарядное устройство (LiPo).

 

Заключение

Проведенная работа показала, что сверхпортативный анализатор спектра Anritsu MS2760A может быть установлен на большинство коммерчески доступных беспилотных летательных аппаратов. Движение в сторону развития сетей пятого поколения (5G), а также значительное количество разработок для передачи информации в высокочастотном диапазоне являются источником множества задач по спектральному мониторингу с воздуха в диапазоне частот до 70 ГГц. Некоторые из задач уже сегодня являются критическими и требуют их решения, другие могут возникнуть в перспективе. 

Предыдущие статьи
Контакты
  • Телефон:
    +375 (29) 640-41-26
    +375 (17) 237-42-11 доб. 418,
  • Контактное лицо:
    Дежурный специалист
  • Адрес:
    ул. Кропоткина, 91 а, Минск, 220020, Беларусь
Карта
social-icon
Loading...