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无人机的遥控信号解析(1)

2017-1-16 16:17 473 0

无人机是当下的一个热词。什么是“无人机” ?什么是“遥控飞机”? 无人机通常都是遥控的,遥控的通常都是上面没有人的,载人的无人机更是离不开遥控。不管怎么叫,接下来我要陆续说说有关民用小型无人机的有关测试。


最近可能有不少人留意到一些关于民用小型无人机的新闻 --- 某品牌的无人机飞进某国的什么院子里了,落到某国的什么房顶上了。。。。。。不管是固定翼的,还是带旋翼的,各种各样的无人机不只是玩具,高端产品还可以完成表演,竞技,航拍,侦查等一些事情。甚至最近有些商家在吵吵要用无人机送货,不管空管是否允许,不管技术是否成熟,不管假设头顶上尽是吊着货物在飞来飞去的无人机,您心里会有啥感受,不管是否会被空中打劫。说不定,无人机送货还真的会成为现实。总之,各种各样的被遥控的无人机的市场似乎越来越红火。


无人机被业界分成几个类别,比如玩具级,航模级,航拍级等,但都是被遥控的,大多是视距内的,也有的加了GPS等装置,具有视距外自动返航的能力。遥控使用的频段从几十MHz到几个GHz的都有,低频的穿透障碍物的能力强,但可使用的频点少,易受干扰。高频的穿透障碍物的能力弱,但可使用的频点多,抗干扰能力强。


遥控的方法比较多,现在很多流行的多旋翼的无人机可以通过手机里装个APP, 通过WiFi来控制,如果想玩儿得更爽,还可以加个定制的遥控器来遥控。遥控飞机,是通过不同类型的遥控器来控制的。接下来,我们就找几个不同的飞机遥控器,测测它们各自的信号特性。


“由俭入奢”,先测测一个入门级的遥控直升机玩具的遥控器。这个遥控器的后面板标有“40MHz”的字样,看来它的工作频率在40MHz左右。



图1:入门级遥控直升机的遥控器


这种遥控器发出的遥控信号到底怎样?微测一下就知道了!找来一台频谱仪,RIGOL的DSA815,频率范围 9KHz到1.5GHz,和一台RIGOL的100MHz带宽的数字示波器DS1104Z,对付这个遥控器足够了。再找来2根拉杆天线,工作频率范围与遥控器的天线相仿,分别接到2台仪器上,如图2所示。



图2:测量设置


把频谱分析仪的频率范围设置为起始频率30MHz,终止频率100MHz,遥控器不开机,先检查一下在我周边的这个频段的背景信号,看看有没有其他的信号出现在这个频段,通过图3可以看到,即使可能会有些调频台落在这个区间,但幅度都低于-70dBm,可以认为 ---- 我周边的这个频段挺干净,没有什么强的其他信号。



图3:检查这个频段的背景信号


接下来,遥控器开机,这时在频谱分析仪的屏幕上马上能看到冒出来几个明显的信号,如图4所示。通过峰值标尺测一下最高的那个,在当前的设置下,它的频率是40.85MHz,功率是-24.37dBm,这应该是遥控器的主信号了。



图4:遥控器的开机信号


我们用数字示波器DS1104Z也来看看这个信号,这是个40.68MHz 的正弦信号,如图5所示。判断这应该是遥控信号的载波。



图5:遥控器发出的信号的时域载波波形


频谱仪上,在主峰的右侧还有另外3个峰,估计是产生的谐波和杂散,打开峰值列表,看看它们各自的频率,我们看到有个81.3MHz的信号,这个应该是遥控信号载波的2次谐波,另外还有一个59.28MHz 和一个62.78MHz的信号,估计是遥控器内部电路的非线性失真引起的杂散,如图6所示。



图6:各频谱的频率


动动遥控器上控制直升机升降的控制杆,遥控器开始发控制信号了,从频谱仪上能看到信号频谱发生了很大变化,如图7所示, 2次谐波依然存在,主信号的频谱明显不再是单一载波的频谱,而是一个展宽了的调制信号的频谱。



图7:频谱发生变化


把40MHz的主信号挪到屏幕中间,集中观察遥控信号的频谱,我们会看到在这个设置下,它的频谱显示乱跳,很不稳定,一会儿如图8所示,一会儿如图9所示。



图8:频谱显示不稳定



图9:频谱显示不稳定


打开DSA815的轨迹最大保持的功能,过了一段时间,我们会看到图10所示的遥控信号频谱的变化范围,这是一个典型的频谱被展宽了的调制信号的频谱轮廓。



图10:调制信号的频谱的轮廓


如果对这个信号进一步进行解调分析,会看到什么情况?篇幅有限,且听下篇分解。


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