Курсовая работа
по дисциплине «Системы
и сети связи с подвижными объектами».
Тема:
«Радиосистема управления беспилотным аппаратом»
Часть 1.
Выполнил:
студент
гр. 4110
Макаркин
И.И.
Проверил:
Бакке
А.В.
Краткое описание темы
Система
предназначается для обеспечения радиоуправления беспилотным аппаратом и получения
от него видеопотока. В прямом направлении на подвижный аппарат поступают команды
управления движением, в обратном – поток видеоданных и
телеметрические сообщения. Требования к системе:
-
шифрование команд управления и трафика.
Исходные данные к проекту
Радиус
зоны обслуживания: 6000 м (PR=90% покрытие
на границе обслуживания)
Тип
местности:
пригород, сельская местность
Вероятность
ошибки на бит Pb
: 10-6
Мощность
излучения подвижной станции Ризл: < 2 Вт
Радиоинтерфейс
: OFDM
Диапазон
частот , вид модуляции выбирается самостоятельно.
1. Постановка задачи и формулирование
технических условий функционирования сети.
1.1. В рамках курсовой работы предлагается
разработать и исследовать радиосистему управления беспилотным аппаратом и
получения от него видеоданных (далее беспилотный аппарат будем называть
аббревиатурой БПЛА (беспилотный
летательный аппарат)). Кроме видеопотока сеть предоставляет пользователю точные
географические координаты БПЛА .
В качестве управляемого объекта будем использовать
мультикоптер, а именно его разновидность -квадрокоптер. Мультикоптер — это винтокрылый летательный
аппарат с несколькими роторами (винтами). В зависимости
от количества роторов, их можно подразделить на квадрокоптеры
(четыре винта, самая распространенная схема), гексокоптеры и октокоптеры (шесть и восемь винтов соответственно). Основная задача,
возлагаемая на БПЛА, – проведение разведки труднодоступных районов, в которых
получение информации обычными средствами, включая авиаразведку, затруднено или
же подвергает опасности здоровье и даже жизнь людей. Помимо военного
использования применение БПЛА открывает возможность оперативного и недорогого
способа обследования труднодоступных участков местности, периодического
наблюдения заданных районов, цифрового фотографирования для использования в
геодезических работах и в случаях чрезвычайных ситуаций.
Отдельное
внимание стоит уделить особенностям управления квадрокоптером. В данной работе
будем рассматривать устройство с четырьмя несущими винтами, два из которых вращаются в одну
сторону, а два других-в противоположную. Такой способ ориентирования винтов
предназначен для баланса БПЛА. Особенность движения винтов можно наблюдать на
рисунке 1,представленном ниже.
Рис.1
Необходимо и наличие аккумуляторной батареи,
обеспечивающей вращение винтам и функционирование всех блоков БПЛА в целом. Если
требуется изменить положение квадрокоптера, то оператор подает специальные
команды, требующие изменить мощность вращения отдельной группы винтов. Так,
например, для осуществления движения вбок необходимо увеличить или уменьшить скорость вращения одной из пар
винтов. Из этого следует вывод о том, что оператор должен в режиме реального времени получать служебную
информацию от терминала о состоянии винтов, скорости их вращения ,заряде
аккумулятора ,для чего на квадрокоптере присутствуют специальные датчики,
фиксирующие информацию о данных параметрах. К тому же, согласно заданию, на
квадрокоптере должна присутствовать
функция видеозаписи, которая так же предоставляется оператору в режиме
реального времени. Все выше перечисленные особенности приводят к следующему: необходима
непрерывная связь терминал-оператор, что говорит о непрерывном трафике. Для
решения этой задачи наиболее разумным выглядит использование структуры сети
вида «точка-точка» ,где к одному физическому каналу имеет доступ только один
оператор и управляемый им посредством ретрансляции через АР терминал.
1.2. Рассмотрим предполагаемую архитектуру сети. Для этого на рисунке 2 представлена
схема взаимодействия сетевых объектов.
Рис.2
Имеется один БПЛА
,который управляются с помощью команд, поступающих от одного оператора. Задачей
данной сети является обеспечение радиосвязи между оператором и терминалом БПЛА
в условиях пригорода, сельской местности. Команды формируются оператором на ПК
с клавиатуры или со специального пульта управления. После этого они передаются
на АР ,которая ретранслирует их терминалу, находящемуся на беспилотном объекте. В данной системе хорошо прослеживается двунаправленный
характер информационного потока : кроме управляющих команд, поступающих от
оператора, к нему приходят служебные сообщения от БПЛА (телеметрия). К ним
можно отнести оповещение о принятии команды, уведомление о текущем заряде
батареи квадрокоптера ,скорости ,высоте и так далее. Все эти данные хранятся на
сервере хранения данных.
Таким образом, на
основании изложенного выше материла необходимо выделить следующие задачи и цели
: проработка и анализ поведения терминалов, операторов и связанной с ними АР;
составление структуры канального ресурса ; проработка передачи и приема
сообщений службами различных уровней; обеспечение синхронизации на физическом
уровне .
1.3.Рассмотрим схему
пользовательского интерфейса- систему устройств ввода ,обработки и последующей
передачи по радиоканалу команд оператором и принятия сообщений от терминала. Для этого обратимся к рисунку 3.
Рис.3
·
Пользователь:
как видно из рис.3 ,стоит в «основании» схемы ,его задача-ввод с помощью последующего
блока нужных ему команд ,направленных на решение главной задачи сети.
·
Блок ввода команд-
устройство, предназначенное для осуществления
задачи пользователя, описанной выше. Обычно это клавиатура или специальный
пульт управления.
·
Электронно-вычислительная машина- это устройство
формирования сигналов управления, включающее программный блок, устройство
обмена информацией и вычислительные блоки. ЭВМ содержит в своем составе
дисплей, на который с помощью определенного программного обеспечения выводится
вся необходимая информация о текущем состоянии системы и управляемого объекта в
особенности, а также отображается видеоинформация ,приходящая с борта БПЛА.
·
Устройство обработки сигналов :
предназначено для преобразования команд ,поступающих от ЭВМ, в форму, пригодную
для передачи по физическому каналу в рамках физического интерфейса.
Список используемой литературы
1. Бакке А.В. "Лекции по курсу: Системы и сети связи с
подвижными объектами".
2. http://omoled.ru/publications/view/563
3. https://mirznanii.com/a/158/opisanie-sistem-upravleniya-bespilotnymi-letatelnymi-apparatami
4. http://omoled.ru/publications/view/807