Оптоволоконный FPV за очень короткое время превратился из нишевого эксперимента в широко обсуждаемую архитектуру дронов., и большая часть того, что о нем написано, объясняет самолет. Очень мало объясняет волокно.
Именно этот пробел восполняет данное руководство.. Он описывает, что представляет собой система., почему оптический привязь заменяет радиосвязь, что должно сделать само волокно, чтобы выжить при разматывании на скорости, и — та часть, которую обычно опускают, — чего эта архитектура не может сделать..
Быстрый ответ: Что такое оптоволоконный FPV-дрон
Волоконно-оптический дрон FPV — это дрон, который передает видео и управляющие данные через тонкое оптическое волокно, которое разматывается с катушки во время полета самолета., вместо передачи по радиоканалу.
Четыре вещи определяют это:
- Физический привязь, не сигнал. Связь представляет собой непрерывную полосу стекла между оператором и самолетом..
- Волокно одноразовое.. Он выплачивается по мере продвижения дрона и не восстанавливается и не перематывается впоследствии..
- Диапазон устанавливается длиной катушки., не по мощности передатчика или прямой видимости.
- Волокно нечувствительно к изгибу, одномодовое., обычно категория G.657, потому что ему приходится выдерживать очень малый радиус намотки на маленькой катушке..
Торговля проста: оптический трос невосприимчив к радиопомехам и его невозможно заклинить, но это расходный материал, хрупкий в определенных отношениях, и физически ограничен местностью, которую он пересекает.
Как работает оптоволоконная система FPV
Снимите самолет и оптоволоконную систему FPV, состоящую из четырех компонентов..
Воздушно-десантный конец. Камера и оптический приемопередатчик на дроне преобразуют видео и телеметрию в свет.. Этот конец ограничен по весу — каждый грамм трансивера, катушка и волокно выходят из бюджета полезной нагрузки и времени полета.
Волокно. Одна нить стекла с покрытием, обычно 245 мкм в общем диаметре или меньше, непрерывно работает от дрона на землю. Там нет суставов, нет разъемов, нет повторителей по всей длине.
Катушка. Волокно наматывается на легкую катушку., обычно перевозится в самолете, и выплачивается по мере отлета дрона от точки запуска. Конструкция золотника выполняет больше работы, чем признается в большинстве описаний.: он определяет, насколько плавно высвобождается волокно, какое натяжение испытывает волокно при разматывании, и можно ли намотать рюкзак достаточно туго, чтобы он вообще поместился в самолет.
Нижний конец. Соответствующий приемопередатчик преобразует свет обратно в видеопоток и канал управления для дисплея оператора..
Потому что звено — это сплошной кусок стекла, где нигде в цепочке нет радиосцены., на пути нет ничего, что можно было бы перехватить, варенье, или соревноваться с мощностью сигнала. Ссылка либо существует физически, либо ее нет..
В этом бинарном качестве и заключается вся привлекательность — и, как объясняется в разделе ограничений, вся проблема.
Почему оптоволокно вместо радио
Радио остается стандартным для большинства приложений дронов и в большинстве из них работает хорошо.. Оптоволокно выбирается там, где конкретные радиохарактеристики становятся дисквалифицирующими..
Помехоустойчивость. Оптическое волокно не несет радиоизлучения и не реагирует ни на что.. В электромагнитно перегруженных средах — в густонаселенных городских районах., промышленные площадки с тяжелой техникой, места с насыщенным радиочастотным трафиком — на оптический канал не влияют условия, которые ухудшают или нарушают радиоканал.
Пропускная способность и задержка. Выделенный оптический путь передает видео высокой четкости и данные датчиков с задержкой, которая в основном определяется задержкой распространения, а не накладными расходами протокола или конкуренцией с другими пользователями того же спектра..
Нет выбросов. Радиопередатчик объявляет свою позицию. Волоконно-оптический шнур не излучает, что имеет значение в контексте, где само излучение нежелательно.
Работа там, где радио не может достичь. Подземные туннели, мины, трубопроводы, усиленные конструкции и другие экранированные помещения полностью блокируют распространение радиосигналов.. Оптический трос не подвержен влиянию препятствия, поскольку он физически проходит через него..
Дальность отделена от прямой видимости. Радиус действия зависит от мощности передатчика, геометрия антенны и рельеф местности. Дальность действия оптического троса зависит от количества волокна на катушке..
Ни одно из этих преимуществ не является бесплатным.. Каждый приобретается с ограничениями, описанными ниже..
Ограничения, о которых никто не говорит
Почти каждое опубликованное описание оптоволоконного FPV представляет собой список преимуществ.. Это предупреждающий знак, потому что у этой архитектуры есть реальные и вполне понятные недостатки, и любой, кто его оценивает, заслуживает услышать их до, а не после.
Волокно рвется.
Это стекло, толщиной примерно четверть миллиметра, включая покрытие. Зацепить его за ветку, провод, угол стены, или острая кромка самого планера и связь моментально пропадает. Нет деградированного режима и повторного подключения — обрыв привязки означает прекращение полета..
Это чистый расходный материал.
Волокно расходуется по мере продвижения дрона и не подлежит восстановлению.. Каждый полет тратит всю свою катушку. Это затраты на материалы за полет, которых у радиосистем просто нет..
Ландшафт задает реальный диапазон, не катушка.
Трос следует за траекторией дрона. Препятствия, резкие изменения направления и отход назад создают препятствия и точки истирания.. Какая бы длина ни была намотана на катушку, это теоретический максимум., не то, что на самом деле позволяет захламленная среда.
Маневр ограничен.
Крутые повороты, развороты и вращение по орбите могут привести к тому, что самолет пересечет или засорит собственное волокно.. Трос навязывает летную дисциплину, которой нет у свободно летающего дрона..
Выплата имеет ограничение скорости.
Волокно может разматываться очень быстро, прежде чем напряжение возрастет до точки разрыва.. Агрессивное ускорение — это настоящий режим отказа., и здесь качество катушки отличается от ее цены..
Вес влияет на выносливость.
Катушка и волокно переносятся. Эта масса вытесняет батарею или полезную нагрузку., а более длинная шпуля означает более тяжелый самолет и более короткое время полета - прирост дальности частично самоуничтожается.
Отработанное волокно остается там, где оно попало.
После каждого полета в рабочей зоне остаются километры стеклянной нити.. Это не биоразлагаемый материал, и в сельском хозяйстве, окружающая среда и населенные пункты, это вполне законное беспокойство, а не формальность..
Одноразовые ссылки не подходят для повторяющейся работы..
Для рутины, повторная проверка, многоразовая радио- или проводная система почти всегда является лучшим инженерным и экономическим решением..
Читайте вместе, они определяют, где принадлежит архитектура: миссии, где радио действительно не может работать, где стоимость одного успешного полета превышает стоимость затраченного на него волокна, и где операционная среда понятна заранее.
Чем отличается волокно
Волоконно-оптическая линия FPV не использует обычное телекоммуникационное волокно.. Оптические требования ничем не примечательны.; механические и геометрические не.
Нечувствительность к изгибу.
Намотана на компактную катушку, волокно расположено с очень малым радиусом на каждом витке пакета — гораздо плотнее, чем что-либо в традиционной сетевой установке.. Стандартное одномодовое волокно теряет свет при таких радиусах. Категория G.657 существует специально для этого., при этом A1 и A2 предлагают разные минимальные конструктивные радиусы изгиба, а B3 еще более тугой. Какой класс необходим для конкретного применения, зависит от фактической геометрии намотки., и у этого решения есть свои компромиссы — мы подробно рассмотрим сравнение вG.657.A1 против G.657.A2, и основополагающий принцип вважные советы по радиусу изгиба волокна.
Диаметр покрытия.
Стакан всегда есть 125 мкм, но защитное покрытие вокруг него не закреплено. Уменьшенное покрытие увеличивает длину одной и той же катушки и снижает вес упаковки., ценой более тонкого защитного слоя и другого поведения в обращении и сращивании. На самолете с ограниченным весом это реальная конструктивная переменная., не деталь.
Механическое поведение при выплате.
Это та часть, которую чаще всего понимают неправильно.. Степень изгиба определяет оптические характеристики при изгибе — она не определяет, выживет ли волокно при разматывании под натяжением на высокой скорости.. Растяжимое поведение, Сопротивление усталости и целостность покрытия задаются самим покрытием и процессом волочения., не по обозначению G.657. Две катушки, в которых используется один и тот же сорт волокна, могут работать совершенно по-разному, если намотаны по-разному..
Конструкция катушки.
Метод намотки (внутренний или внешний), материал и вес шпули, и контроль натяжения при выходе определяют, чисто ли отходит волокно. Правильно подобранное волокно на плохо построенной катушке не является рабочим звеном.. Именно здесь на самом деле возникает большинство сбоев в эксплуатации., и почти никогда это не то, что исследуется при сравнении спецификаций.
Схема во всех четырех: сорт волокна — это данные, которые люди сравнивают, и редко переменная решает результат.
Где используется оптоволоконный FPV
Примечание о том, как написан этот раздел. Мы поставляем волокно; нас нет в комнате, когда она развернута, и мы не спрашиваем покупателей, что они с этим делают. Далее следует описание того, где, как сообщается, будет использоваться эта технология., не претензия к нашим собственным клиентам.
Реагирование на чрезвычайные ситуации и стихийные бедствия. Поврежденная инфраструктура, разрушенные конструкции и обстановка после стихийного бедствия часто означают отсутствие пригодной для использования радиоинфраструктуры и ненадежный спектр. Привязанный оптический канал обеспечивает временный канал с высокой пропускной способностью, который ни от чего не зависит..
Инспекция подземных площадей и закрытых помещений. Туннели, мины, канализация, трубопроводы и усиленные промышленные конструкции блокируют распространение радиосигналов. Оптический трос физически проходит через препятствие., и это один из самых ярких случаев, когда оптоволокно не просто лучше, но и необходимо..
Поиск и спасение. Удаленная местность, плохая видимость и отсутствие покрытия сети. Трос гарантирует видеосвязь на протяжении всего одного вылета независимо от условий окружающей среды..
Инспекция промышленности и инфраструктуры. Котлы, дымоходы, резервуары для хранения, нижняя часть моста, морские структуры. Среды с электрическим шумом, физически закрытый, или оба.
Временное развертывание сети и подключение на местах. Быстрое установление рабочей линии там, где нет постоянной инфраструктуры и нельзя полагаться на спектр.
Исследования и приборостроение. Приложения, которым требуется высокая пропускная способность, с низкой задержкой, помехозащищенная телеметрия с движущейся платформы.
Оборонный спрос. Значительная часть недавнего роста в этой категории приходится на закупки, связанные с обороной., и утверждать обратное было бы неточно. Причина – та же помехоустойчивость, описанная ранее.: оптическая линия связи не несет радиоизлучения и не подвержена влиянию электромагнитных помех. Мы отмечаем это, потому что это объясняет, почему спрос на это волокно рос так быстро., не потому, что мы позиционируем для этого материал. Наш опубликованный объем охватывает характеристики материалов и экспортно-совместимое использование в промышленных и полевых условиях связи., и мы не даем рекомендаций по оперативному развертыванию.
Если вы строите его самостоятельно
Значительная часть людей, исследующих эту тему, не являются отделами закупок — это производители и мелкие интеграторы, пытающиеся построить рабочую связь.. Доступное им обсуждение разбросано по форумам и видео, и почти ничего из этого не касается самого волокна. Вот материальная сторона.
Что вам действительно нужно
- Нечувствительное к изгибу одномодовое волокно, Категория G.657 — не стандартное телекоммуникационное патч-волокно
- Намотка катушки для контролируемой выплаты, соответствует весовому балансу вашего самолета
- Оптические приемопередатчики на обоих концах, соответствует вашей длине волны и формату видео
- Заделка или сращивание на обоих концах волокна, который требует инструментов, которых нет у большинства любителей
Три ошибки, которые являются причиной большинства неудач
1. Выбор класса по названию, а не по геометрии. Измерьте фактический радиус, под которым волокно будет располагаться на катушке., затем выберите класс, который позволяет это сделать. Покупка волокна с самым плотным номиналом не компенсирует катушку, которая выталкивает волокно ниже расчетного предела..
2. Обращение с катушкой как с контейнером. Это не место для хранения волокна, это механизм, который должен поставить его под контроль. Катушка с ручной намоткой с неравномерным натяжением или перекрещивающимися слоями будет застревать при выплате., и это единственная наиболее распространенная причина преждевременного завершения первого полета.. То, как намотана упаковка, имеет такое же значение, как и то, что на нее намотано..
3. Игнорирование напряженности по выплатам. Волокно, которое разматывается быстрее, чем упаковка успевает выпустить, оно порвется.. Перед полетом проверьте выплату на земле при заданном профиле скорости.. Если он зацепится за скамейку, то обязательно зацепится в воздухе..
Одно честное ожидание. Добыть голое волокно в небольших количествах сложно — этот материал обычно производится и продается оптом., и минимальный объем заказа отражают это. Если вам нужно несколько сотен метров для прототипа, ожидайте, что будете работать через дистрибьютора или предварительно намотанную сборку, а не покупать напрямую у производителя волокна.
