Бесплатный фрагмент - Информационные аспекты изучения современных БПЛА. Часть 2

Информационные аспекты изучения современных БПЛА. Часть 2.

Прежде, чем проектировать и изучать БПЛА (дроны), необходимо определить предметное поле его информационных аспектов. В него, в серии этих книг, включены:

Раздел 1.Программное обеспечение:

Глава 1.1.Наземные станции управления

Глава 2.1.Среды разработки

Глава 3.1. Симуляторы

Раздел 2.Протоколы и телеметрия:

Глава 2.1.Частоты и каналы связи

Глава 2.2.Приём/передача телеметрических пакетов,

Глава 2.3.Логирование

Раздел 3.Программирование полётных контроллеров:

Глава 3.1.Прошивки

Глава 3.2.Параметры PID-регуляторов

Глава 3.3.Написание миссий (waypoint-навигация, полигональные задания)

Глава 3.4.Скрипты автоматизации

Раздел 4.Обработка данных:

Глава 4.1.Анализ логов

Глава 4.2.Компьютерное зрение

Глава 4.3.Фотограмметрия

Глава 4.4.GIS-интеграция

Раздел 5.Кибербезопасность:

Глава 5.1.Шифрование каналов

Глава 5.2.Защита от спуфинга

Глава 5.3.Целостность прошивок

Раздел 6.Нормативно-правовая база

Глава 6.1.Регистрация БПЛА

Глава 6.2.Сертификация ПО

Глава 6.3.Регламенты использования воздушного пространства

Первый раздел — «Программное обеспечение» рассматривался в первой части книги.

Эта книга рассматривает информационные аспекты БПЛА, связанные со вторым разделом — «Протоколы и телеметрия».

Ниже — подробный разбор протоколов и телеметрии БПЛА с примерами.

Разбираться в этих темах необходимо и полезно, особенно если вы настраиваете систему управления БПЛА или анализируете их полёты.

Основные понятия и определения (к разделу 2).

Частота — диапазон радиоволн, в котором работает связь между БПЛА и наземной станцией (в общем случае, ее удаленным органом управления). Для разных задач и регионов могут быть разрешены различные диапазоны.

Канал связи — выделенная полоса частот для передачи данных. В сложных системах часто (для повышения надёжности связи), используют несколько каналов (основной и резервные).

Двунаправленная (Двухсторонняя) связь — когда по одному радиоканалу идут и команды от пульта к дрону (uplink), и телеметрия от дрона к пульту (downlink). Часто для этого применяют систему временного разделения (например, TDMA).Эта система, которая чередует слоты: в одном передается команда, в другом — телеметрия.

Протоколы связи — правила, по которым формируется обмен.

Примеры:

— MAVLink — широко используется в автопилотах вроде PX4, ArduPilot, передаёт телеметрию и команды),

— ELRS — популярен в FPV — дронах, сочетает управление и телеметрию, поддерживает псевдослучайную перестройку рабочей частоты для устойчивости к помехам (ППРЧ).

Параметры качества связи

— уровень принимаемого сигнала (RSSI),

— качество связи (LQI).

При анализе работы канала обращают внимание на уровень принимаемого сигнала и качество связи: какой процент пакетов доходит без ошибок.

Телеметрия — данные, которые дрон передаёт на землю: координаты, высота, скорость, состояние батарей, температура модулей, статус сенсоров, ошибки.

Пакет телеметрии — структурированный блок данных. В нём обычно есть: маркер начала, длина полезной нагрузки, порядковый номер (чтобы ловить потери), ID системы и компонента-отправителя, ID типа сообщения, сами данные и контрольная сумма (CRC) для проверки целостности.

Сериализация — процесс преобразования данных датчиков в формат, пригодный для передачи.

Механизмы надёжности — при передаче возможны потери (или провалы связи), которые необходимо избегать или минимизировать.

Для этого, система может использовать:

— повторные попытки (ретрансмиссию),

— помехоустойчивое кодирование (коды Рида-Соломона, LDPC)

— механизмы восстановления синхронизации (детектирование кадров по синхропосылке).

Приоритезация — иногда критические данные (например, аварийный флаг) передаются с более высоким приоритетом, чем фоновая телеметрия.

Логирование — запись данных (в том числе телеметрии) в файл для последующего анализа.

Бортовое логирование — запись в энергонезависимую память самого БПЛА (например, в Blackbox полётного контроллера).

Наземное логирование — запись данных прямо в наземной станции управления (многие пульты с OpenTX/EdgeTX умеют сохранять телеметрию в CSV-файлы).

Логированию подлежат (кроме, телеметрии) следующие события:

— взлёт/посадка,

— смена режимов,

— предупреждения,

— ошибки,

— параметры связи (RSSI, LQI в динамике).

Если при настройке или отладке что-то идёт не так (пропадают пакеты, падает LQI), имеет смысл заглянуть в логи — там часто кроется причина.

После полёта логи открывают в специализированном ПО (например, Mission Planner) или других сервисах для того, чтобы:

визуализировать траекторию,

отследить аномалии,

понять причину сбоя.

Как это всё связано друг с другом?

Представьте цепочку:

1) датчики на БПЛА формируют данные,

2) полётный контроллер оформляет их в пакет,

3) пакет отправляется по радиоканалу,

4) наземная станция принимает этот пакет, проверяет его целостность, декодирует и либо отображает на экране, либо сохраняет в лог-файле для дальнейшего анализа.

1. Частоты и каналы связи