Оптоволоконна FPV пройшла шлях від нішевого експерименту до широко обговорюваної архітектури дронів за дуже короткий час, і більшість того, що про нього написано, пояснює літак. Дуже мало пояснює клітковину.
Це прогалина, яку заповнює цей посібник. Він охоплює те, що таке система, чому оптичний трос замінює радіозв'язок, що має зробити саме волокно, щоб витримати розмотування на швидкості, і — частина, яку зазвичай пропускають — те, що ця архітектура не може зробити.
Швидка відповідь: Що таке оптоволоконний дрон FPV
Волоконно-оптичний дрон FPV — це дрон, який надсилає відео та дані керування через тонке оптичне волокно, яке розмотується з котушки під час польоту літака., замість передачі по радіоканалу.
Його визначають чотири речі:
- Фізичний шнур, не сигнал. Сполучна ланка — це безперервна нитка скла між оператором і літальним апаратом.
- Волокно одноразове. Він виплачується, коли дрон просувається вперед і не відновлюється чи перемотується згодом.
- Діапазон визначається довжиною котушки, не за потужністю передавача чи прямою видимістю.
- Волокно нечутливе до вигину одномодове, зазвичай категорія G.657, тому що він повинен витримувати дуже малий радіус намотування на маленькій котушці.
Торгівля проста: оптичний трос стійкий до радіоперешкод і не може бути заглушений, але це витратний матеріал, крихкі певним чином, і фізично обмежений місцевістю, яку він перетинає.
Як працює волоконно-оптична система FPV
Зніміть літак і оптоволоконна система FPV складається з чотирьох компонентів.
Повітряно-десантний кінець. Камера та оптичний трансивер на дроні перетворюють відео та телеметрію на світло. Ця сторона обмежена вагою — кожен грам трансивера, шпуля та волокно виходять із корисного навантаження та бюджету польотного часу.
Клітковина. Одна нитка скла з покриттям, типово 245 мкм загального діаметра або менше, безперервно працює від дрона до землі. Стиків немає, немає роз'ємів, немає повторювачів по його довжині.
Котушка. Волокно намотується на полегшену котушку, зазвичай перевозять у літаку, і виплачується, коли дрон відлітає від точки запуску. Конструкція котушки робить більше роботи, ніж визнають більшість описів: він визначає, наскільки плавно вивільняється волокно, яку напругу відчуває волокно під час розмотування, і чи можна намотати рюкзак достатньо щільно, щоб він взагалі міг підійти до літака.
Наземний кінець. Відповідний трансивер перетворює світло назад у відеосигнал і канал керування для дисплея оператора.
Тому що ланка — це суцільний шматок скла, у ланцюзі якого немає радіоступіні, на шляху немає нічого, що можна перехопити, варення, або змагайтеся з потужністю сигналу. Посилання або існує фізично, або його немає.
Ця бінарна якість і є вся привабливість — і, як пояснюється в розділі обмежень, вся проблема.
Чому оптоволокно замість радіо
Радіо залишається типовим для більшості додатків для дронів і добре працює в більшості з них. Оптоволокно вибирається там, де конкретні радіохарактеристики стають дискваліфікаційними.
Перешкодостійкість. Оптичне волокно не несе радіовипромінювання і не реагує на нього. В електромагнітно перевантажених середовищах — у густонаселених міських районах, промислові майданчики з важкою технікою, місця з насиченим радіочастотним трафіком — на оптичне з’єднання не впливають умови, які погіршують або порушують радіозв’язок.
Пропускна здатність і затримка. Виділений оптичний тракт передає відео високої чіткості та дані датчиків із затримкою, яка залежить, головним чином, від затримки розповсюдження, а не від накладних витрат протоколу чи суперечок з іншими користувачами того самого спектру.
Відсутність викидів. Радіопередавач повідомляє про власну позицію. Оптоволоконний трос не випромінює, що має значення в контекстах, де саме випромінювання є небажаним.
Робота там, де радіо не досягає. Підземні тунелі, шахти, трубопроводи, посилені конструкції та інші екрановані середовища повністю блокують поширення радіохвиль. Перешкода не впливає на оптичний трос, оскільки він фізично проходить через нього.
Діапазон відокремлений від прямої видимості. Дальність дії залежить від потужності передавача, геометрія антени та рельєф місцевості. Діапазон дії оптичного троса залежить від кількості волокна на котушці.
Жодна з цих переваг не є безкоштовною. Кожен купується з обмеженнями, описаними далі.
Обмеження, про які ніхто не говорить
Майже кожен опублікований опис оптоволоконного FPV є переліком переваг. Це попереджувальний знак, оскільки ця архітектура має реальні та добре зрозумілі недоліки, і кожен, хто оцінює це, заслуговує почути їх до, а не після.
Волокно ламається.
Це скло, товщиною приблизно чверть міліметра разом із покриттям. Зачепи його за гілку, дріт, кут стіни, або гострий край на самому планері, і зв’язок зникає миттєво. Немає погіршеного режиму та повторного підключення — розрив прив’язки означає припинення польоту.
Це чистий витратний матеріал.
Оптоволокно окупається в міру просування дрона і не підлягає відновленню. Кожен рейс витрачає всю свою котушку. Це матеріальні витрати на політ, яких радіосистеми просто не мають.
Місцевість задає реальну дальність, не котушка.
Прив’язка слідує траєкторії дрона. Перешкоди, різка зміна напрямку та подвоєння назад створюють зачіпки та точки стирання. Будь-яка довжина, намотана на котушку, є теоретичним максимумом, не те, що насправді дозволить захаращене середовище.
Маневр обмежений.
Круті повороти, розвороти та виведення на орбіту — це ризик того, що літак перетне або забруднить власне волокно. Прив’язка нав’язує дисципліну польоту, якої немає у вільного літаючого дрона.
Виплата має обмеження по швидкості.
Волокно може розмотуватися настільки швидко, що напруга зросте до точки розриву. Агресивне прискорення є справжнім режимом відмови, і тут якість котушки відрізняється від ціни котушки.
Вага знижує витривалість.
Котушку і волокно возять. Ця маса витісняє акумулятор або корисний вантаж, а довша шпуля означає важчий літак і менший час польоту — збільшення дальності частково самоскасовується.
Відпрацьоване волокно залишається на місці.
Кілометри скловолокна залишаються по робочій зоні після кожного польоту. Він не піддається біологічному розкладанню, і в с.-г, навколишнє середовище та населені умови, це законне занепокоєння, а не технічне.
Одноразові посилання не підходять для повторної роботи.
Для рутини, повторний огляд, радіо або дротова система багаторазового використання майже завжди є кращим інженерним та економічним рішенням.
Читайте разом, вони визначають місце архітектури: місії, де радіо справді не може працювати, де вартість одного успішного польоту перевищує вартість витраченого на нього волокна, і де операційне середовище зрозуміле заздалегідь.
Що робить волокно іншим
Оптоволоконна лінія FPV не використовує звичайне телекомунікаційне волокно. Вимоги до оптики нічим не відрізняються; механічні та геометричні – ні.
Нечутливість до вигинів.
Намотується на компактну котушку, оптоволокно розміщується в дуже малому радіусі на кожному повороті пакета — набагато щільніше, ніж будь-що у звичайній мережевій установці. Стандартне одномодове волокно втрачає світло на цих радіусах. Категорія G.657 існує спеціально для цього, з A1 і A2 пропонують різні мінімальні радіуси вигину, а B3 ще щільніше. Який сорт необхідний для програми, залежить від фактичної геометрії обмотки, і це рішення має свої власні компроміси — ми докладно розглядаємо порівняння вG.657.A1 проти G.657.A2, і основний принцип вважливі поради щодо радіуса вигину волокна.
Діаметр покриття.
Скло завжди 125 мкм, але захисне покриття навколо нього не зафіксоване. Зменшене покриття збільшує довжину тієї ж котушки та зменшує вагу пачки, за рахунок тоншого захисного шару та іншої поведінки при поводженні та зварюванні. На літаку з обмеженою вагою це реальна конструктивна змінна, не деталь.
Механічна поведінка під час виплати.
Це частина, яку найчастіше неправильно розуміють. Ступінь вигину визначає оптичні характеристики під час згинання — він не визначає, чи виживе волокно після розмотування під напругою на швидкості. Поведінка при розтягуванні, стійкість до втоми та цілісність покриття встановлюються нанесенням покриття та процесом нанесення, не за позначенням G.657. Дві котушки з ідентичним сортом волокна можуть працювати абсолютно по-різному, якщо їх намотати по-різному.
Конструкція шпулі.
Спосіб намотування (внутрішній або зовнішній), матеріал і вага котушки, і контроль натягу виплати визначають, чи чисто волокно відривається. Добре визначене волокно на погано побудованій котушці не є робочою ланкою. Саме звідси відбувається більшість польових збоїв, і це майже ніколи не те, що перевіряє порівняння специфікації.
Візерунок на всіх чотирьох: клас волокна – це вхідні дані, які люди порівнюють, і рідко змінна величина вирішує результат.
Де використовується волоконно-оптичний FPV
Примітка про те, як написаний цей розділ. Поставляємо волокно; нас немає в кімнаті, коли вона розгортається, і ми не питаємо покупців, що вони з ним роблять. Далі наведено опис того, де, як повідомляється, використовується ця технологія, не претензія до наших власних клієнтів.
Реагування на надзвичайні ситуації та катастрофи. Пошкоджена інфраструктура, зруйновані структури та середовище після катастрофи часто означають відсутність придатної для використання радіоінфраструктури та ненадійний спектр. Прив’язане оптичне з’єднання забезпечує тимчасовий канал із високою пропускною здатністю, який не залежить від жодного з них.
Підземне та закрите обстеження. Тунелі, шахти, каналізація, трубопроводи та армовані промислові конструкції блокують поширення радіохвиль. Оптичний трос фізично проходить через перешкоду, і це один із найочевидніших випадків, коли клітковина не просто краща, але й необхідна.
Пошук і порятунок. Віддалена місцевість, погана видимість і відсутність покриття мережі. Прив'язка гарантує відеозв'язок протягом одного вильоту незалежно від умов навколишнього середовища.
Інспекція промисловості та інфраструктури. Котли, димарі, резервуари для зберігання, днища мосту, офшорні структури. Середовища з електричним шумом, фізично закритий, або обидва.
Тимчасове розгортання мережі та підключення на місцях. Швидке встановлення робочого зв’язку там, де немає постійної інфраструктури та неможливо покластися на спектр.
Дослідження та приладобудування. Програми, які потребують високої пропускної здатності, низька затримка, безперешкодна телеметрія з рухомої платформи.
Попит, пов'язаний з обороною. Значна частина нещодавнього зростання цієї категорії припадає на закупівлі, пов’язані з обороною, і стверджувати інше було б неточно. Причиною є та ж перешкодозахищеність, описана раніше: оптичний канал не несе радіовипромінювання і на нього не впливає електромагнітне змагання. Ми відзначаємо це, тому що це пояснює, чому попит на це волокно так швидко зріс, не тому, що ми позиціонуємо для цього матеріал. Наші опубліковані обсяги охоплюють характеристики матеріалів і сумісне з експортом промислове та польове використання зв’язку, і ми не надаємо вказівки щодо оперативного розгортання.
Якщо ви будуєте його самостійно
Значна частина людей, які досліджують цю тему, не є командами із закупівель — вони є виробниками та невеликими інтеграторами, які намагаються створити робочий зв’язок. Обговорення, доступне для них, розкидано по форумах і відео, і майже жодна з них не стосується самого волокна. Тут матеріальна сторона.
Те, що вам насправді потрібно
- Нечутливе до вигину одномодове волокно, Категорія G.657 — не стандартне телекомунікаційне оптоволокно
- Котушка для контрольованої виплати, відповідно до ваги вашого літака
- Оптичні трансивери на обох кінцях, відповідно до вашої довжини хвилі та формату відео
- Закінчення або зрощування на обох кінцях волокна, який потребує інструментів, якими не володіють більшість любителів
Три помилки, які є причиною більшості невдач
1. Вибір оцінки за назвою, а не за геометрією. Виміряйте фактичний радіус волокна на вашій котушці, потім виберіть оцінку, яка це дозволяє. Купівля доступного волокна з найщільнішим рейтингом не компенсує котушку, яка змушує волокно бути нижче його проектної межі.
2. Погляд на котушку як контейнер. Це не місце для зберігання клітковини, це механізм, який має відпустити його під контроль. Намотана вручну котушка з нерівномірним натягом або перехрещеними шарами зачепиться на виплаті, і це найпоширеніша причина того, що перший політ закінчується раніше. Те, як пачка намотана, має не менше значення, ніж те, що на неї намотано.
3. Ігнорування напруги щодо виплат. Волокно, яке розмотується швидше, ніж пачка може звільнити, порветься. Перед польотом перевірте виплату на землі на запланованому профілі швидкості. Якщо він зачепиться за лаву, він обов’язково зачепиться в повітрі.
Одне щире очікування. Складно знайти чисте волокно в невеликих кількостях — цей матеріал зазвичай виробляють і продають оптом, і мінімальна кількість замовлення відображає це. Якщо вам потрібно кілька сотень метрів для прототипу, розраховуйте працювати через дистриб’ютора або попередньо намотану збірку, а не купувати безпосередньо у виробника волокна.
