Рис. 3.3.Двухосевой подвес с собственным контроллером и бесколлекторным приводом
Они стоят заметно дороже обычных сервомашинок, хотя по цене совместимы с хорошими сервомашинками с металлическим редуктором. Некоторые владельцы коптеров изготавливают их самостоятельно, переделывая обычные бесколлекторные двигатели.
Бесколлекторные приводы нельзя подключать к выходам обычного полетного контроллера. Их используют в комплекте с независимым контроллером стабилизации подвеса или подключают к полетному контроллеру через специальный адаптер на основе микроконтроллера. Дополнительная сложность использования бесколлекторных приводов заключается в необходимости отслеживать действительный угол поворота камеры и иметь защиту от избыточного отклонения.
Видеопередатчик и видеоприемник
Передача видеосигнала в любительской практике обычно происходит в разрешенных диапазонах 2,4 и 5,8 ГГц. В последнее время оборудование видеоканала на 5,8 ГГц получает все большее распространение по причине малых габаритов и веса передающих модулей и антенн, а также снижения стоимости. Но сигнал на этой частоте сильнее подвержен затуханиям и отражениям. Как следствие, дальность надежной работы видеоканала на частоте 5,8 ГГц меньше и применяется он преимущественно на небольших коптерах и ближних дистанциях полетов (рис. 3.4). В более сложных случаях используется оборудование диапазона 2,4 ГГц и даже 900 МГц.
Рис. 3.4.Миниатюрный бортовой передатчик диапазона 5,8 ГГц
Видеопередатчик, как правило, поддерживает лишь несколько каналов (обычно восемь) в одном из частотных поддиапазонов (группе каналов). Рабочий канал устанавливается перемычкой или переключателем. Приемник в простейшем случае представляет собой готовый модуль, также работающий на одном из восьми каналов. Но рекомендуется сразу приобрести более сложный приемник, работающий на всех частотных поддиапазонах. Это обеспечит совместимость с передатчиками различных производителей. Таблица частот каналов приведена в приложении 2.
Антенна бортового передатчика всенаправленная, обычно типа "клевер" или штыревая. В миниатюрных коптерах используются четвертьволновые штыревые антенны в виде отрезка провода. Наземный приемник может быть оснащен направленной или диверсифицированной антенной и системой слежения за источником сигнала (см. разд. "Антенны" главы 2).
Если бортовая камера не оснащена функцией видеозаписи, то для записи изображения может использоваться наземный видеорекордер, подключаемый к выходу видеоприемника.
Видеомонитор и видеоочки
К мониторам, используемым для полетов по FPV, предъявляются особые требования. Очевидно, что такой монитор должен быть достаточно ярким, контрастным и с широкими углами обзора, чтобы обеспечить качественное изображение в солнечный день. Но, кроме того, монитор не должен переключаться в дежурный режим "синий экран" при кратковременной потере сигнала или срыве синхронизации. Он должен продолжать отображать помехи, полосы, "снег" - но ни в коем случае не отключаться. Дело в том, что видеосигнал подвержен кратковременным пропаданиям при воздействии случайной помехи или неудачной взаимной ориентации антенн. Если при этом монитор уходит в режим ожидания, то для обратного включения ему требуется дополнительно 1–3 с, в течение которых оператор не видит изображение. Это очень некомфортно, а в сложной ситуации такая задержка может стать критической. Поэтому монитор для FPV не должен отключаться при пропадании или сильном ухудшении видеосигнала. В описании таких мониторов обычно особо подчеркивается: "no blue screen". Обратите на это внимание при покупке.
Видеоочки при помощи двух маленьких ЖК-дисплеев и оптической системы имитируют просмотр большого монитора с расстояния полутора-двух метров. При этом оператор визуально изолирован от окружающей среды, ему не мешает солнечное освещение и окружающая обстановка, а "эффект полета" наиболее ощутим.
В простых системах используется внешний видеоприемник и недорогие бытовые видеоочки, предназначенные для просмотра фильмов и видеоигр. Этим их функциональность и ограничивается. Специализированные очки для FPV обычно содержат встроенный видеоприемник, батарею питания, антенну, слот для карты памяти и работают автономно. Дорогие модели видеоочков содержат трекер положения головы пилота (head tracking system). Сигнал с трекера подается на пульт радиоуправления, в каналы управления положением камеры. При наклоне или повороте головы соответствующим образом меняется положение камеры.
К встроенному в очки приемнику обычно подключается простая штыревая антенна.
Для увеличения дальности приема приходится использовать выносной приемник с более сложной антенной системой и подавать видеосигнал на очки по кабелю.
На сегодняшний день наиболее недорогим решением являются видеоочки Quanum, представляющие собой пенопластовый корпус^ в который вмонтирован один жидкокристаллический дисплей формата 16:9, а перед ним размешается линза Френеля, позволяющая смотреть на дисплей с расстояния в несколько сантиметров. Перемещая линзу, можно настроить очки под свою остроту зрения. В таких очках используются внешний приемник и батарея питания.
Приемники GPS
Приемник спутниковой навигации в оборудовании квадрокоптера нужен для того, чтобы:
• выполнять автоматический полет по заранее заданному маршруту;
• при полетах по FPV определять текущее расстояние до точки взлета, скорость и высоту полета;
• при потере сигнала управления обеспечить автоматический возврат к точке взлета.
Приемник GPS следует приобрести даже ради одной лишь функции автовозврата, которая спасает коптер при потере сигнала управления.
Аббревиатура GPS (Global Positioning System) стала нарицательной и в быту обозначает как любые пользовательские приемники сигналов, так и американскую навигационную систему, которая официально называется NAVSTAR. Соответственно, российская навигационная система называется ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система), объединенная европейская система - GALILEO, китайская - KOMPASS и т. д. Иными словами, сокращение GPS относится к любой из существующих систем спутниковой навигации, хотя среди специалистов популярна также обобщающая аббревиатура GNSS (Global Navigation Satellite System - глобальная система спутниковой навигации). Поэтому наименование "двухсистемный приемник GPS/ГЛОНАСС", строго говоря, неправильное. На самом деле это "двухсистемный приемник NAVSTAR/ГЛОНАСС". Впрочем, американцы собственную навигационную систему уже давно называют просто GPS, так же, как Библию называют просто "Книга". И всем понятно, о чем речь. Мы далее тоже будем именовать американскую систему просто GPS.
Развертывание американской системы было завершено в 1996 году. Российская система по причине известных внутренних проблем тех лет существенно отстала в развитии, вследствие чего GPS NAVSTAR стала почти монополистом и мировым лидером. Но сейчас развитию российской системы уделяется большое внимание, ее орбитальная группировка и наземная инфраструктура близки к завершению. Поэтому в продаже все чаще появляются двухсистемные приемники. Остальные системы существенно отстают в глобальном охвате и находят применение в отдельных государствах и специфических областях типа судовождения, управления полетами гражданской авиации, геодезии и т. д.
Описанию принципов работы GPS посвящено большое количество подробных и познавательных статей и книг, поэтому мы рассмотрим лишь общие понятия, а также базовые различия между GPS и ГЛОНАСС. Система спутниковой навигации состоит из орбитальной группировки (спутники), наземного (центры управления и слежения) и абонентского (приемники потребителей) сегментов.
Изначально планировалось, что спутниковая группировка GPS будет состоять из 24 спутников, распределенных по 4 на шести орбитах. Однако этого оказалось недостаточно для надежного покрытия критически важных регионов Земли. Кроме того, надо иметь спутники в резерве. Поэтому общее количество спутников увеличено до 32, и на некоторых орбитах вращается до 6 спутников. Спутники движутся на высоте около 20 000 км со скоростью 3000 м/с и совершают два оборота вокруг Земли за сутки.
Спутники ГЛОНАСС располагаются на трех орбитальных плоскостях, по 8 спутников в каждой, и теоретически орбитальная структура ГЛОНАСС обеспечивает более полное и надежное покрытие. К сожалению, на момент написания книги формирование орбитальной группировки ГЛОНАСС не было завершено и на орбите находилось 25 спутников, не все из которых введены в эксплуатацию. К тому же, четыре новых спутника были утрачены при неудачном запуске ракеты-носителя. Но работы по завершению группировки ведутся очень интенсивно, и есть надежда, что в ближайшие два-три года система будет полностью развернута.