光ファイバー FPV は、非常に短期間でニッチな実験から広く議論されるドローン アーキテクチャに成長しました, そしてそれについて書かれていることのほとんどは航空機について説明しています. 食物繊維についてはほとんど説明されていません.
それがこのガイドが埋めるギャップです. システムが何であるかを説明します, なぜ光テザーが無線リンクに取って代わるのか, 高速でほどかれるときに繊維自体が生き残るために何をしなければならないか, そして — 通常省略される部分 — このアーキテクチャでできないこと.
簡単な回答: 光ファイバーFPVドローンとは
光ファイバー FPV ドローンは、航空機の飛行中にスプールから巻き戻される髪の毛ほどの細い光ファイバーを通じてビデオと制御データを送信するドローンです。, 無線リンク経由で送信する代わりに.
4 つの要素がそれを定義します:
- 物理的なつなぎ目, 信号ではありません. リンクはオペレーターと航空機の間にある連続したガラスです。.
- ファイバーは使い捨てです. ドローンが前進するにつれて支払いが行われ、その後は回収されたり巻き戻されたりすることはありません.
- 範囲はスプール長によって設定されます, 送信機の電力や見通し線によるものではない.
- ファイバーは曲げの影響を受けないシングルモードです, 通常は G.657 カテゴリ, 小さなスプールで非常に狭い巻き取り半径に耐えなければならないためです。.
取引は簡単です: 光テザーは無線干渉の影響を受けず、電波妨害を受けることはありません, しかしそれは消耗品です, 特定の点で壊れやすい, そして通過する地形によって物理的に制約されます.
光ファイバー FPV システムの仕組み
航空機を取り外すと、光ファイバー FPV システムは 4 つのコンポーネントで構成されます.
空挺の終わり. ドローン上のカメラと光学トランシーバーがビデオと遠隔測定を光に変換します. この端には重量制限があり、トランシーバーの 1 グラムごとに重量が制限されます。, スプールとファイバーはペイロードと飛行時間の予算から決まる.
繊維. コーティングされたガラスの 1 本のストランド, 通常 245 全径μm以下, ドローンから地上まで継続的に走行. 関節はありません, コネクタなし, その全長にわたって中継器はありません.
スプール. ファイバーは軽量のスプールに巻かれています, 通常は航空機に持ち込まれます, ドローンが発射点から飛び立つと支払いが行われます. スプールの設計は、ほとんどの説明で認められている以上の効果を発揮します: 繊維がどれだけスムーズに放出されるかを決定します, 巻き戻す際にファイバーが受ける張力はどれくらいか, そして、パックが航空機にフィットするのに十分にしっかりと巻き付けられるかどうか.
地面の端. 適合するトランシーバーが光をビデオ フィードとオペレーターのディスプレイの制御チャネルに変換します。.
リンクは連続したガラス片であり、チェーンのどこにもラジオステージがないため, 経路上に傍受できるものは何もありません, ジャム, または信号電力と競合する. リンクは物理的に存在するか存在しません.
そのバイナリの性質が魅力のすべてです - そして, 制限事項のセクションで説明されているように、, 問題全体.
無線ではなくファイバーを使用する理由
無線はほとんどのドローン アプリケーションのデフォルトのままであり、ほとんどのアプリケーションで適切に機能します。. 特定の無線特性が不適格となる場合には、ファイバーが選択されます。.
干渉耐性. 光ファイバーは電波を発せず、何にも反応しません。. 電磁過密環境 - 密集した都市部, 重機のある工業現場, RF トラフィックが飽和している場所 - 光リンクは無線リンクの劣化や破損の影響を受けません。.
帯域幅と遅延. 専用の光パスは、プロトコルのオーバーヘッドや同じスペクトルの他のユーザーとの競合ではなく、基本的に伝播遅延によって制御される遅延で高解像度ビデオとセンサー データを伝送します。.
排出なし. 無線送信機が自身の位置を知らせる. ファイバーテザーは放射しない, これは、排出自体が望ましくない状況では重要です.
電波が届かない場所での操作. 地下トンネル, 鉱山, パイプライン, 強化された構造物やその他の遮蔽された環境は、電波伝播を完全に遮断します. 光テザーは障害物を物理的に通過するため、障害物の影響を受けません。.
視線から切り離された範囲. 無線範囲は送信機の電力に依存します, アンテナの形状と地形. 光テザーの範囲はスプール上のファイバーの量によって異なります.
これらの利点はどれも無料ではありません. それぞれは次に説明する制約付きで購入されます.
誰も語らない限界
公開されている光ファイバー FPV のほぼすべての説明は、利点のリストです。. それは危険信号です, なぜなら、このアーキテクチャには、十分に理解されている実際の欠点があるからです。, そしてそれを評価する人は後ではなくその前に意見を聞く価値がある.
繊維が切れる.
ガラスです, コーティングを含めた厚さは約4分の1ミリメートル. 枝にひっかけて, ワイヤー, 壁の隅, または機体自体の鋭いエッジでリンクが即座に失われます. デグレードモードや再接続はありません。テザーが切れるとフライトは終了します。.
純粋な消耗品です.
ファイバーはドローンが進むにつれて払い出され、回収できません. すべてのフライトはスプール全体を費やします. これは、無線システムには単純に存在しない、フライトごとの材料費です。.
地形は実際の範囲を設定します, スプールではありません.
テザーはドローンの進路をたどります. 障害物, 急激な方向転換と倍返しはすべて引っ掛かりや摩耗点を生み出します. スプールに巻かれる長さは理論上の最大値です。, 乱雑な環境では実際に許容されるものではありません.
操縦が制限される.
タイトターン, 反転や軌道周回はすべて、航空機が自身のファイバーを横切ったり、汚したりする危険性があります。. テザーは、自由飛行するドローンにはない飛行規律を課します。.
支払いには速度制限があります.
繊維は、張力が破損点まで上昇する前に、非常に早くほどくことができます。. 積極的な加速は真の故障モードです, ここがスプールの品質とスプールの価格の分かれ目です.
体重が減ると持久力が低下する.
スプールとファイバーを搭載. その質量がバッテリーまたはペイロードを移動させます, スプールが長くなると、航空機が重くなり、飛行時間が短くなります。航続距離の増加は部分的に自動的にキャンセルされます。.
使用済みの繊維は着地した場所に留まります.
各飛行の後、数キロメートルのガラスフィラメントが飛行領域全体に残されます。. 生分解性ではありません, そして農業では, 環境や人口の多い環境を考慮すると、これは専門的な問題ではなく、正当な懸念事項です。.
1 回限りのリンクは繰り返しの作業には適していません.
ルーチン用, 繰り返し検査, ほとんどの場合、再利用可能な無線または有線システムが、工学的かつ経済的に優れた解決策となります。.
一緒に読む, これらはアーキテクチャが属する場所を定義します: 無線がまったく機能しないミッション, 1 回の成功したフライトの価値が、それに費やされる光ファイバーのコストを超える場合, 使用環境が事前にわかっている場合.
ファイバーの違いは何ですか
光ファイバー FPV リンクは通常の通信ファイバーを使用しません。. 光学要件は特筆すべきものではない; 機械的および幾何学的なものはそうではありません.
曲げに対する感度.
コンパクトなスプールに巻かれています, ファイバーはパックのあらゆる回転にわたって非常に狭い半径で配置されます。これは従来のネットワーク設置よりもはるかに狭い半径です。. 標準的なシングルモード ファイバは、これらの半径で光を失います。. G.657 カテゴリはこのために特別に存在します。, A1 と A2 は異なる最小設計曲げ半径を提供し、B3 はさらにきついです. 用途に必要なグレードは実際の巻線形状によって異なります, そして、その決定には独自のトレードオフがあります。この比較については、次の記事で詳しく説明します。G.657.A1対G.657.A2, そしてその根底にある原理は、ファイバーの曲げ半径に関する重要なヒント.
コーティング径.
グラスはいつも 125 µm, しかし、その周りの保護コーティングは固定されていません. コーティングの削減により、同じスプールの長さが長くなり、パック重量が軽減されます。, その代償として、保護層が薄くなり、取り扱いや接合動作が異なります。. 重量が制限された航空機では、これは実際の設計変数です, 詳細ではありません.
払出時の機械的動作.
ここが最も誤解されやすい部分です. 曲げグレードは、曲げ時の光学性能を決定します。これは、高速で張力がかかっている状態でファイバーが解けるかどうかを決定するものではありません。. 引張挙動, 耐疲労性とコーティングの完全性は、コーティングと絞りプロセスによって設定されます。, G.657 指定によるものではありません. 同じファイバーグレードを使用した 2 つのスプールは、巻き方が異なると完全に異なる性能を発揮する可能性があります。.
スプール構造.
巻き方 (内部または外部), スプールの材質と重量, ファイバがきれいに抜けるかどうかを判断する繰り出しテンション制御. 適切に仕様化されたファイバーを不適切に構築されたスプールに接続してもリンクが機能しない. 現場での失敗のほとんどは実際にここから発生します, そして、それが仕様書比較で調べられることはほとんどありません。.
4 つすべてのパターン: ファイバーグレードは人々が比較するインプットです, そしてそれが結果を決定する変数であることはめったにありません.
光ファイバーFPVが使用される場所
このセクションの書き方に関するメモ. 繊維を供給します; それが展開されているとき、私たちは部屋にいません, そして私たちは購入者にそれをどうするか尋ねません. 以下は、このテクノロジーが使用されていると報告されている場所についての説明です。, 当社自身の顧客に関する主張ではありません.
緊急・災害対応. 損傷したインフラストラクチャ, 倒壊した構造物や災害後の環境は、多くの場合、使用可能な無線インフラストラクチャがなく、スペクトルの信頼性が低いことを意味します。. テザー光リンクは、どのリンクにも依存しない一時的な高帯域幅チャネルを提供します。.
地下および密閉空間の検査. トンネル, 鉱山, 下水道, パイプラインと強化された産業構造が電波伝播を遮断する. 光テザーは障害物を物理的に通過します, これは、繊維が単に優れているだけでなく、必要であることを示す最も明白なケースの 1 つです。.
捜索と救出. 遠隔地, 視界が悪く、ネットワークがカバーされていない. テザーは、周囲の状況に関係なく、1 回の出撃の間ビデオ リンクを保証します。.
産業およびインフラの検査. ボイラー, 煙突, 貯蔵タンク, 橋の下面, 海洋構造物. 電気的なノイズが多い環境, 物理的に囲まれた, または両方.
一時的なネットワークの展開とフィールド接続. 永続的なインフラストラクチャが存在せず、スペクトルに依存できない場所で、動作するリンクを迅速に確立する.
研究と機器類. 高帯域幅を必要とするアプリケーション, 低遅延, 移動プラットフォームからの干渉のないテレメトリー.
防衛関連の需要. このカテゴリーの最近の成長のかなりの部分は防衛関連の調達によるものです, そうでないと言うのは不正確です. その理由は、前述したのと同じ干渉耐性です。: 光リンクは無線放射を行わず、電磁競合の影響を受けません。. 私たちがこれに注目するのは、この繊維の需要がこれほど急速に増加した理由を説明するためです。, 私たちがそのために素材を配置しているからではありません. 当社の公開範囲は、材料性能と輸出準拠の産業およびフィールド通信用途をカバーします。, また、運用展開に関するガイダンスは提供しません。.
自分で構築する場合
このトピックを研究している人々のかなりの部分は調達チームではありません。彼らは機能するリンクを構築しようとしているメーカーや小規模のインテグレーターです。. 利用できるディスカッションはフォーラムやビデオに分散されています, そしてそのどれも繊維自体に言及したものはほとんどありません. 素材面はこちら.
実際に必要なもの
- 曲げの影響を受けないシングルモードファイバー, G.657 カテゴリ - 標準の通信パッチ ファイバーではありません
- 制御された払出のためのスプール巻き, 航空機の重量予算に合わせて
- 両端の光学トランシーバー, 波長とビデオフォーマットに合わせて
- ファイバーの両端での終端または接続, ほとんどの愛好家が所有していない工具が必要です
ほとんどの失敗の原因となる 3 つの間違い
1. 形状ではなく名前でグレードを選択する. ファイバーがスプールに装着される実際の半径を測定します。, それを許可するグレードを選択してください. 入手可能な最も厳しい定格のファイバーを購入しても、ファイバーを設計限界以下に押し込むスプールを補償することはできません。.
2. スプールをコンテナとして扱う. 繊維を蓄える場所ではない, それは制御下で解放しなければならないメカニズムです. 手巻きスプールの張力が不均一だったり、層が交差していたり
3. ペイアウトテンションを無視する. パックが解放されるよりも早く繊維がほどけると破損します。. 飛行前に、意図した速度プロファイルで地上でペイアウトをテストしてください。. ベンチに引っかかれば必ず空中に引っかかる.
一つの正直な期待. 裸の繊維を少量調達することは困難です。この材料は通常、大量に生産され、販売されます。, 最小注文数量はそれを反映します. 試作に数百メートルが必要な場合, 繊維メーカーから直接購入するのではなく、販売代理店または事前に巻かれたアセンブリを通じて作業することを期待します。.
