延伸阅读:如何实现远距离飞行

1.功率与距离
        信号强度随着距离的增加而减弱,它们有一个平方的关系,距离增加到原来的2倍,信号强度减弱到原来的1/4。用dB来表示的话更直观,也就是信号强度降低6dB(dB是用来表达比值的计数方式,用加减来表示大倍数的乘除关系)。同理,你要获得双倍的飞行距离,功率要达到原来的四倍;三倍的距离时,需要9倍原来的功率。所以当你使用1W的发射机取代100mW发射机时,获得的距离不是原来的十倍,而是十再开一个平方,约3.2倍。
2.无可避免的噪声
        现在无线模块的灵敏度都很高,达到约-120dBm,以100mW的功率,理论上可以达到上百km的距离,但实际上远不能达到,就是因为噪声无处不在。这里可以把无线信号想象成声音以方便理解。发射机对外广播你的控制信号,接收机负责“收听”来自发射机的声音。如果环境吵杂,接收机就没法从各种声音中有效的分辨出来自发射机的声音,导致了信号中断。
        噪声可以来自外部,例如当地的业余无线电台,工地里的对讲机等等,而且这些设备的发射功率往往很高,很容易就在某处建立起一片信号盲区。噪声更是来自系统内部的自身,你的机载相机、UBEC模块、OSD模块和大功率图传等等,也无时无刻在发射噪声。机载设备噪声从-100dBm~-80dBm不等。外部噪声具备很强的随机性和不可抗性,你只能回避;而对于内部噪声,你则有必要主动的去减少它。假设你在噪声水平-90dBm的情况下距离达到了8km的飞行距离,那么如果你把噪声减少到了-96dBm,那么飞行距离就可以翻倍达到16km。这有一个多旋翼玩家的例子,通过降低机载设备的噪声,把飞行半径从3km扩展到了8km(链接1)。
3.电磁屏蔽
        电磁屏蔽分为三种:静电屏蔽、静磁屏蔽和高频电磁场屏蔽。对于我们使用的无线信号,需要考虑的是第三种,也就是高频电磁场屏蔽。我们走进电梯手机就没有信号,在火车厢里几乎收不到电台广播,这就是金属外壳屏蔽无线信号所致。同样的方式,我们可以用金属罩包裹噪声源,达到隔离干扰的目的。对于我们使用的上百MHz的信号,对金属的入射深度很浅,使用铜箔胶带包裹若干圈就可以进行有效的屏蔽。另外从经验上,给连接这些模块的导线绕上磁环或是改用屏蔽线,也能增进噪声屏蔽的效果。
4.寻找干扰源
        如果你没有这类手持的频谱仪,没有关系,OpenLRS和ULRS都有频谱仪的功能,用来定位噪声源十分方便。这里我们使用控制变量的法则。固定天线和模块的位置不变。建议选一个干扰较少的室外进行测试。首先是设备均没有上电的情况下进行扫描,作为基准参考。然后逐步增加工作的设备,先是电调飞控,然后是相机、图传、OSD等等,一点一点的增加潜在的干扰源并一一记录。如果某一个模块一旦通电就带来严重的噪声,那么它就是需要重点看护的对象。例如在这台四旋翼上,经过多次排查,发现OSD模块是干扰的重灾区,那么就要给他多裹几层铜箔胶带,并且使用屏蔽线连接。如果干扰源实在难以压制,那么最好放弃它。
5.距离是最好的朋友
        子曰:”Distance is friend”。上面提到过,距离加倍,信号强度降低到原来1/4。这个法则同样适用于噪声。假设你的噪声源距离接收天线距离为20cm,噪声强度是-90dBm,你把其间的距离增加到80cm,该噪声将降低到-102dBm。当你把吵杂的OSD模块放到接收机的1m远处,你将发现它的干扰几乎完全消失了。所以UHF的接收机一般放在远离其他设备的地方,例如机尾或是机翼的一端。所以把UHF增程遥控系统部署在大尺寸的固定翼上效果往往更好,而机身狭小导线密布的多旋翼往往会让UHF系统的有效工作距离大打折扣。
6.飞行前的功课
        由于好几KM的飞行属于超视距飞行,你最好事先在谷歌地图上对预计的飞行路线进行简单的调研,如果决定使用MissionPlaner做全自动的航线飞行,做预习功课尤为重要。你起码要知道航线上会经过那些区域,村庄、湖泊、树林或是山丘:尽量避免飞越人口密集区域的上空,设定的飞行高度一定大于途中的障碍物,失控保护如果无法安全触发,那么请设置好沿途的迫降地点(例如Ardupilot的Rally Points),还有需要考虑如果在飞行路径上任一点坠机,在当地是否有寻回的可能。实现了解飞行路径上的地标的另一个好处就是,在GPS导航失效的情况下,你可以通过地标进行人工导航的方式回家。最后有必要关注天气预报,避免在不良天候下飞行,对于有风天更要注意,因为在高空中风速往往更强。
7.系统的可靠性
        这里将物理连接和控制系统分开来考虑。
        控制系统中,软件算法的可靠性是随着使用时间而增加的:尤其对于APM这类已经被很多玩家验证过的开源系统,算法崩溃的可能性很小。首先,根据你的载机设置合适的参数,例如APM就有自动调参的功能,能够让飞机具备最精确迅速的响应。然后就是确保所有机载设备的连线可靠,对于杜邦插口这类没有额外锁止功能的接线,务必确认连接可靠没有松动。还有重要的一点是,确保每一个模块都有可靠的电力供应。最后就是在起飞前确保GPS已经可靠确认位置,有必要的话重新加载路点文件确定飞行路线无误。(注1)
        而对于物理连接,它的可靠性往往随着使用时间慢慢恶化。拉杆和舵角的连接有可能在某次炸鸡后开始松动,使用热熔胶的结合点很容易随着时间老化脱落,震动可能会让电机的紧固螺丝慢慢松动并掉落。。。如此种种,在起飞前都要做必要的检查。
8.无法承诺的距离
        对于这种一收一发的单一链路的传输方式,没有人可以打包票能够实现多远的飞行距离。你的QQ信息很容易在瞬间送达地球的背面,但你的遥控系统不像互联网,后者有着背后庞大网络的支撑,完善的通讯协议和发送机制。UHF遥控系统受众多因素制约,需要使用者逐步积累经验,一点一点突破极限,逐步释放系统的最大潜力。
注1:对于是否使用飞控(针对固定翼),几年前尚有争议:像IBCrazy这样的早期玩家人为,飞控造成的坠机比它挽回的坠机更多,而且飞控对于机械故障这类突发状况无能为力:例如有一次他的飞翼在远距离飞行过程中,一侧的拉杆脱落,最后依靠人工操作成功迫降;而同样的情况,如果交给飞控处理,它会一直尝试加大舵面,直到螺旋炸鸡。再说另一个极端,马来西亚玩家使用Z-84飞翼进行了多次完全脱控的远距离飞行,全程不使用遥控器也不使用图传,完全依赖APM飞控进行自动航线飞行,当前最远航程达到了72km(链接2)。而今,多旋翼的兴起让飞控的使用无可避免,究竟要多大程度来依赖它,完全是你的选择。