1. Общие принципы радиосвязи
Связь — процесс обмена информацией между источником и получателем.
Информация — совокупность сведений о событии или состоянии объекта, выраженная в виде приказов, распоряжений, команд, донесений.
Сообщение — информация, предназначенная для передачи и представленная в определенной форме (речь, текст, изображение). Сообщения представляют собой последовательность или процесс во времени и могут быть непрерывными (звуковые колебания перед микрофоном) или дискретными (телеграфный текст). Поэтому для передачи по каналу связи всякое сообщение должно быть преобразовано в сигнал.
Сигнал — изменяющаяся физическая величина (ток, напряжение, электромагнитное поле), отображающая передаваемое сообщение. Первичный электрический сигнал носит низкочастотный характер. Он может быть непосредственно передан по проводным линиям связи и не может эффективно излучаться в среду распространения радиоволн. Это объясняется тем, что для эффективного излучения в пространство геометрические размеры передающих антенн должны быть соизмеримы с длиной волны сигнала. Очевидно, что для низкочастотных сигналов потребовалось бы создать антенны с геометрическими размерами в десятки километров. Следовательно, для передачи по радио первичный сигнал должен быть преобразован в высокочастотный сигнал (ВЧ). Но непрерывные ВЧ гармонические колебания (ВЧГК) с постоянной амплитудой, частотой и начальной фазой не содержат никакого сообщения, кроме указания на то, что работает передатчик. Для передачи сообщения необходимо изменять параметр ВЧГК в соответствии с передаваемым сообщением (модулировать).
В итоге принцип радиосвязи можно сформулировать следующим образом:
— в основе функционирования радиолиний любого назначения лежит свободное распространение электромагнитных волн;
— радиоволны возбуждаются в окружающем пространстве передающими антеннами, к которым от передатчика подводятся токи высокой частоты, несущие благодаря модуляции предназначенную для передачи информацию (схема а);
— распространяясь с конечной скоростью вдоль трассы, радиоволны достигают приемной антенны, в которой под их воздействием наводятся высокочастотные токи, несущие информацию;
— токи от антенны поступают на вход приемника, где после усиления и преобразования выделяется принятая информация;
— чтобы услышать модулированные сигналы, ток необходимо детектировать (демодулировать), т. е. выделить низкочастотные колебания (схема б).
Таким образом, любая радиолиния включает в себя:
— приемопередающую аппаратуру,
— приемные и передающие антенны,
— пространство между ними, называемое средой распространения радиоволн.
Передатчик и приемник — управляемые элементы радиолинии (можно увеличить мощность передатчика, подключить более эффективную антенну и увеличить чувствительность приемника).
Среда — неуправляемый элемент радиолинии.
На распространение сигнала в среде большое влияние оказывают помехи и аномалии, влажность и др.
Помехи — это природные и искусственные барьеры, а также электромагнитные поля и излучения, влияющие на прохождение сигнала от передатчика к приемнику. Любой объект между антенной ПДУ и антенной приемника БЛА является помехой. От материала объекта и его размера зависит уровень воздействия на радиосигнал. Дерево влияет слабо, кирпич сильнее, металл и железобетон — совершенно непроницаемы для радиосигнала. Мачты ЛЭП и сетка Рабица могут также зачастую оказываются непроницаемыми.
Также на сигнал влияет радиообстановка в районе полетов (т.е. интенсивность использования эфира на близко расположенных частотах) и возможные помехи, например, от сервомоторов, управляющих БЛА. Кроме того, огромное влияние оказывают природные или искусственные аномалии, например, отвалы с высоким содержанием металлических примесей.
Большое влияние на распространение сигнала оказывает и влажность воздуха. Чем выше влажность, тем хуже качество связи, соответственно меньше дальность полета БЛА. Например, деревья не создают проблем в сухую погоду, а после дождя становится серьезным препятствием для прохождения радиосигнала.
А лес или парк, по сути, препятствует радиоволнам уже сам по себе. В разных условиях влажности и температуры массив деревьев может как поглощать радиоволны, так и отражать их, причем, многократно. Т.е. условия распространения радиоволн здесь неоднородны, что приводит к потере сигнала и снижение качества видео.
Экспериментально подмечено, что вода (озеро, река), находящаяся между НПУ и БЛА при низкой влажности воздуха, отражает радиоволны, тем самым увеличивая дальность связи с БЛА. Однако при высокой влажности или тумане над водой эффект оказывается обратным и гораздо более сильным.
Мощные электромагнитные помехи, которые могут существенно влиять на стабильность радиосвязи, оказывают линии электропередач (ЛЭП), особенно высоковольтные.
Также мощные электромагнитные помехи могут быть и в крупных населенных пунктах из-за их плотной застройки, наличия различных металлоконструкций и множества источников электромагнитных излучений, что приводит к многолучевому распространению радиоволн в результате чего они достигают приемной антенны по двум или более путям (лучам). Кроме того, здания и сооружения создают физические препятствия для радиоволн, ограничивая их распространение и зону покрытия.
Зная особенности распространения радиоволн, можно использовать помехи в качестве отражателя сигнала, тем самым увеличивая дальность.
Также иногда бывает эффективно позади НПУ разместить лист металла или располагать НПУ на фоне металлического препятствия, используя отраженный от экрана сигнал.
Такой экран снижает уровень шума на 10—18 dB.
Но для уменьшения парусности лучше ставить экран из сетки, а не из жести, с размером клетки 1х1см для диапазона 5,8 GHz. Такой экран должен быть на некотором расстоянии от антенны, как сзади, так и сбоку.
