Двонаправлена ​​проти однонаправлена ​​передача безпілотників

Двонаправлена ​​проти однонаправлена ​​передача безпілотників: Глибоке занурення

Безпілотники (БПЛА / дрони) сильно покладається на бездротову передачу даних між безпілотником (у повітрі) і наземна станція (або інша контрольна точка). Вибір режиму передачі -односпрямований (симплекс / односторонній) проти двонаправлений (дуплекс / двосторонній)—С є основними наслідками для ефективності, надійність, безпеки, і які види вмісту можна обміняти.

У цій статті ми будемо порівняти:

• Методи передачі: Що фізично / Технічно визначає односпрямованість проти двонаправлених
• Який вміст передається в кожному режимі
• Переваги та недоліки кожного
• Приклад продуктів для ілюстрації компромісів

---

Що ми маємо на увазі під однонаправленою та двонаправленою передачею

• Односпрямована передача (іноді називають симплекс) означає потоки даних лише в одному напрямку. Зазвичай це від безпілотника до землі (відео, телеметрія), не підтримуйте команди управління польотом та командування місії від землі до безпілотника.

• Двонаправлена ​​передача (часто називають дуплекс, або в деяких випадках режим, який може перемикатися між симплексом & дуплекс) означає, що дані протікають в обох напрямках: Від безпілотника до землі і від землі до безпілотника. Ці передачі можуть включати відео, Керування площинами та гімбальними камерами / командні сигнали, телеметрія, аудіо, і т.д.. Контроль двонаправлених безпілотників передачі, як правило, обробляється іншими простими Бездротова передача даних системи. Оскільки вони використовують різні частоти та канали з систем завантаження бездротового відео, Вони часто можуть уникати втручання з боку контрзавурних гармат одночасно.

Існують різні тонкощі:

• Напівдуплекс проти повнодуплексний: чи можна використовувати обидва напрямки одночасно чи лише в черзі
• Домен частоти: Використання окремих каналів / частоти для / вниз посилання проти спільних (ДУПЛЕКС ДІПЛЕКСУ або ДІПЛЕКС, TDD або FDD)
• модуляція / кодування / Протоколи РФ: Який сигнал, ширина смуги, затримка, і т.д..

---

Режими передачі & Методи

Ось ключові технічні відмінності / Використовувані методи:

Аспект	Односпрямований (Симплекс)	Двонаправлений (Дуплекс / Двосторонній)
Розподіл каналу	Один канал або діапазон частот, присвячений одному напрямку (Повітря → Земля)	Або окремі канали/частоти для вгору та вниз, або використовуйте часовий дивізіон/частотний дивізіон або навіть повний дуплекс із скасуванням перешкод
Складність обладнання	Зазвичай простіше: Тільки передавач або лише приймач на одному з кінців; Менша потреба в обладнанні повернення каналу, Менш інверсія / відлуння / Управління перешкодами	Більш складний: Потрібне обладнання для відправки та отримання на обох кінцях; Можливо, екранування або ізоляція, щоб уникнути самодопомоги; Більше антени; Більше міркувань потужності
латентність & синхронізація	Може бути оптимізований для цього одного напрямку; Менше накладні витрати	Більше накладних витрат на координацію двох напрямків; Потрібні протоколи для підтвердження, мовник, Виправлення помилок; можливо більше затримки в деяких операціях
Спектр / використання пропускної здатності	Тільки вперед посилання потребує спектру; Менше пропускної здатності потрібна в цілому	Потрібно більше спектру; або потребує розумнішого спектру спектру; Іноді швидкість в одному напрямку може бути зменшена, щоб дозволити повернення трафіку
Споживання енергії	Нижній (Менш апаратне забезпечення активне, Менш безперервна передача / отримати)	Вищий (Два активних шляхів, можливо, безперервна транзійність, Більш тривалі цикли)

---

Який зміст несе

Типи вмісту відрізняються залежно від місії та режиму. Ось що зазвичай бачить:

Вміст однонаправленого режиму

• відео / Зниження навантаження: Відео високої чіткості з камери безпілотника до наземної станції
• Зниження телеметрії: Інформація про необхідну статус (GPS -координати, висота, Рівень акумулятора, орієнтація, Перевірка здоров'я)
• Дані датчика: Дані на борту датчиків (наприклад. Багатоспектральні зображення, Лідер, термічний, екологічний) Потока на землю
• Можливо, журнали або зберігаються дані корисного навантаження (Якщо не потрібно відправляти команди назад)

У багатьох простих FPV (вид від першої особи) або повітряна фотографія / Налаштування відеографії, Зниження зв'язку є найбільш критичним.

Вміст двонаправленого режиму

Окрім усього вищезазначеного (відео, телеметрія, дані датчика), Ви також отримуєте:

• Контроль / Підключення команд: Команди пілотів або автопілотів (Шлях польоту, гімбальний контроль, швидкість, орієнтація) від землі до безпілотника
• Подяка / Звітування про помилки: Підтвердження отриманих команд; Запити на повторну передачу; Якісні звіти, і т.д..
• Повернути відео або відгук датчика: у більш просунутих безпілотниках, Земляна станція може надсилати назад оброблені зображення, Розширені накладки реальності, або запитувати модифікації
• аудіо / домофонні канали: для таких місій, як пошук & порятунок або перевірки, Двостороннє голосове спілкування може бути корисним
• конфігурація / прошивка / Оновлення програмного забезпечення: У деяких випадках завантаження змін або оновлення середнього польоту (рідкісний)

---

переваги & Недоліки

Ось порівняння плюсів і мінусів:

Критерій	Односпрямована передача	Двонаправлена ​​передача
Простота	Дуже простий у виконанні, легше обладнання, Менше моментів невдачі	Більш складний; Більше обладнання, Більше протоколу
Вартість	Нижча початкова вартість, Менше обслуговування для передачі/прийому пар	Більша вартість (Додаткові радіостанції, антени, Обробка сигналів тощо)
Споживання енергії	Нижній; Лише один напрямок активно активно	Вищий; Обидва передача & отримати (або перемикання) Збільшити використання електроенергії
латентність	Може бути нижчим для відео/телеметрії, Оскільки немає або мінімального руху вгору за течією	Деякі переваги відгуків, але також накладні витрати; потенційна затримка, якщо команди управління потребують підтвердження
Надійність	Менш надійні, якщо команди управління потребують зворотного зв'язку; Ризик втрати контролю або сліпого, якщо відео не вдається, і немає інформації про висвітлення	Більша надійність; Зворотній зв'язок дозволяє виправити помилку, повторення, адаптивний контроль
Гнучкість	Досить для простіших місій (наприклад. Захоплення відео, картографування, Фотографія)	Необхідні для передових місій (перевірка, Контроль у режимі реального часу, безпеки, самостійність)
безпеки	Потенційно менш безпечні в складних умовах, якщо немає повернення посилання для критичної інформації	Безпечніший: Можливість надсилати аварійні команди; аборти тощо.; Земля може втрутитися
ширина смуги / Ефективність спектру	Більш ефективна за потік даних, що цікавить (Вся ємність присвячена одному напрямку)	Загалом менш ефективно, якщо добре не розроблений; Половина пропускної здатності (Якщо симетрично) може бути недостатньо використаним залежно від місії

---

Використовуйте випадки та де кожен доречний

• Односпрямована передача це добре, коли:
  • Місія проста і передбачувана: наприклад. повітряна кінематографія / фото / Відео, де безпілотник летить заздалегідь заплановано, і пілоту потрібно лише відео + телеметрія
  • Вам не потрібен негайний реактивне управління або зворотній зв'язок
  • Ви хочете меншу вагу/потужність/тривалість / вартість
• Двонаправлена ​​передача потрібно, коли:
  • У вас динамічні або реактивні місії (перевірка, пошук & порятунок, спостереження) де негайний контроль / Необхідний відгук
  • Вам потрібен дистанційний контроль над корисними навантаженнями (гімбали, маніпулятори, датчики) або потрібно надсилати команди на безпілотники
  • Ви дбаєте про безпеку і хочете надійного резервного управління

---

Технологічні міркування & виклики

При впровадженні двонаправленої передачі, особливо на довгих діапазонах або через перешкоди / поза межами прямої видимості, Існує багато проблем.

• Втручання та самовдосконалення у повнодуплексних системах: Якщо пристрій передає та отримує на однакових або закривах частотах
• латентність & Тремтіти: Команди управління висхідною лініям часто потребують низької затримки; Зниження відео може мати більше толерантності, Але в поєднанні нам потрібно керувати затримками
• Обмеження пропускної здатності: Відео потоки важкі, Тож виділення достатньої пропускної здатності як для відео, так і для контролю може бути складним завданням
• Обмеження електроенергії: Більше обладнання (антени, радіостанції) передбачає більше використання потужності, вага, таким чином впливає на час польоту
• Регулювання: Ліцензування спектру, Допустима потужність, частоти, Регулюючі обмеження можуть обмежити двонаправлену здатність

---

Приклад порівняння продукту: Від IVCAN

Щоб ввести ці ідеї в конкретні терміни, Давайте подивимось на продукт з IVCAN, який підтримує як однонаправлені, так і двонаправлені режими. Це допомагає показати реальні компроміси.

IVCAN / «Передавач відеоказів Duplex-Simplex за допомогою RJ45 Ethernet (170-860 МГц)”

Vcan 1886 це пристрій для безпілотників, який підтримує обидва режими: симплекс (односторонній) і дуплекс (двосторонній) спосіб передавання. Ключові характеристики / особливості:

• Діапазон частот: 170-860 МГц, який досить широкий. Це дозволяє наземно-станції ↔ зв'язок безпілотників у багатьох смугах.
• Перемикач режиму: Його можна переключити між режимом Simplex та Duplex.
• Інтерфейси: RJ45 Ethernet, RS232, УАПП, TTL, Можливо, SBU для сумісності польоту. Це дає гнучкість у тому, як контроль / відео / Телеметрія переплітається.
• Довжини/діапазони: Претензії на сторінці продукту > 75 км Для деяких конфігурацій. Це дуже дальність, імовірно в сприятливих умовах (прямої видимості, висока потужність, Хороші антени).
• Параметри посилення потужності: Необов’язково ні (підсилювачі потужності) До високої потужності (залежно від конфігурації).
• Окремо: антени: Пристрій використовує дві антени RF: один для передачі, один для отримання. Це допомагає ізолювати перешкоди та покращувати дуплексні показники.

Компроміси в цьому продукті

• розмір / вага / потужність: Пристрій, здатний> 75 км діапазон, з високою потужністю, дві антени, і т.д., ймовірно, великий і голодний силою. Це впливає на те, на які безпілотники його можна встановити, і як довго вони можуть літати.
• латентність: В той час як дуплекс дозволяє зворотній зв'язок та управління командами, Посилання на великі відстані (особливо з великою потужністю та довгою частотою) Може додати затримку; Відео може погіршитися або потребувати стиснення, що додає затримку.
• Вартість & складність: Такі гнучкі пристрої, як правило, дорожчі, більш складний для налаштування (Ліцензування частоти, Конфігурація інтерфейсу, Вибір правильного підсилювача, Забезпечення вирівнювання антени, і т.д.).
• Регуляторні обмеження: Працюючи на високій потужності, Широкий діапазон частот, Довгий діапазон - це може вимагати ліцензування або падіння в рамках радіорегулювання у багатьох юрисдикціях. Також безпека / Проблеми втручання.

Порівняння з чистим однонаправленим передавачем

Якщо замість цього ви використовували однонаправлений передавач відео (Повітря → Земля) тільки (Скажи для кінематографічних зйомок):

• Апаратне забезпечення було б простішим (Просто передавач на безпілотнику, приймач на землі)
• Використання електроенергії було б нижчим
• Можливо легший і менш дорогий
• Але ви втрачаєте здатність надсилати команди / Отримайте відгук про це посилання (Якщо не використовується окрема контрольна посилання)

---

продуктивність & Показники: Що вимірювати

При виборі між UNI- проти двонаправленого, або оцінка продуктів, Ключові показники включають:

• діапазон (лінія огляду проти не-LOS)
• ширина смуги / швидкість передачі даних (Особливо для відео: дозвіл, частота кадрів, стиснення)
• латентність (Затримка командування, Затримка відео)
• Надійність / Втрата пакету / Швидкість помилок
• Споживання енергії і вага додано
• Перевезення стійкості / самовіддування / Ефективність спектру
• Масштабованість (кілька безпілотників, або частота комутації / канал)

---

Тематичне дослідження: Використання двонаправлених на практиці

Розглянемо безпілотну місію промислового інспекції: безпілотники мухи навколо великої структури (Скажіть вежу), Відсилає відео високої чіткості, виявляє дефекти, а наземний оператор повинен відправити команди для регулювання гімбалу, збільшити, або навіть перестановка.

• в однонаправлений режим, безпілотник надсилає відео + телеметрія. Але будь -яка команда (наприклад. “Перейдіть до x Місцезнаходження”, “Збільшити”) Потрібно надіслати через окреме посилання на управління. Якщо ця керована посилання не вдається (або немає відгуків), Ризики збільшуються. Також на будь -яку динамічну перешкоду чи проблему не можна відповісти через відеоканал.
• в двонаправлений режим, як відео/телеметрія, так і командування/команди протікають через одну і ту ж систему. Оператор бачить відео та надсилає команди, можливо, отримує підтвердження або навіть оброблений відгук. Краще для безпеки, точність.

Але вартість більше обладнання, Більше потенційних балів з ладу, Можливо, більше енергоспоживання, Більше вага; можливо більше затримки, якщо система не оптимізована.

---

Резюме: Який вибрати?

Ось вказівки:

• Якщо ваша місія проста, звичайний, не потребує швидкої або динамічної взаємодії, може бути достатньо однонаправленого зв’язку, і є більш ефективним (вартість, вага, потужність).
• Якщо вам потрібен контроль в режимі реального часу, ситуаційна обізнаність, безпеки, або динамічні операції, Двонаправлена ​​передача майже необхідна.
• Багато сучасних систем пропонують гібрид: насамперед однонаправлений для відео, але з окремим, Легка навіження для контролю / телеметрія; або двонаправлені системи, які можна переключити в режим простогоексу, щоб зберегти живлення, коли взаємодія є мінімальною (Як і продукт IVCAN вище).
• Завжди розглядайте регулювання: Багато частотних смуг, Рівні потужності, Особливо для дальньої двонаправленої, регулюються; Забезпечити дотримання.