无人机的遥控信号解析(3)

2017-1-18 11:14 512 0

前两篇我们微测了一个工作在40.68MHz的入门级的遥控器。从技术的角度,我们可以设想一下不同档次的遥控器技术的进阶情况:载波频率从低到高,单一频率,手动可选频率,有限频带跳频,宽带跳频。。。。。。怎么跳?是“傻跳”还是“聪明地跳”?不同的调制技术等。


既然是要讲跳频技术了,我们的进阶也来个跳得猛的,没有过渡,直接“由俭入了奢”,从那个入门级的直升机玩具的遥控器直接跳到专业级的遥控器 --- 带跳频的2.4GHz 的Futaba T8FG!


Futaba T8FG 是Futaba公司的一款高端产品,工作在2.4GHz的ISM频段,采用了FASST技术,(Futaba Advanced Spread Spectrum Technology),收发器配对之后,可以按同样的节奏,在很宽的频率范围内以2ms的间隔快速跳频。它还具有预先搜索是否有信道被占用等功能,遥控距离可以达到2公里以上。玩儿竞技型的高速无人机,很讲究操控的实时性和可靠性,控制信号一旦被阻断或被干扰,后果可能很严重。我所见到过的大大小小,不管是固定翼还是旋翼的无人机,凡是对可靠性和操控性要求比较高的,都在使用Futaba的遥控器。



图1:专业级航模+专业级遥控器


让我们开始微测一下这个专业级的遥控器,亲身体验一下它的技术魅力!



图2:专业级遥控器的测量设置


很好奇它发出的遥控信号又是怎样一番景象?微测一下就知道了!因为要测2.4GHz的信号,这次的微测使用了一台RIGOL的频谱分析仪DSA875,它的测量范围是9 kHz 到7.5GHz。找了一根2.4GHz的天线,工作的频率范围与遥控器的天线正好对上,测量设置如图2所示。


把频谱分析仪的频率范围设置为起始频率2.38GHz,终止频率2.5GHz,遥控器不开机,先检查一下这个频段的背景信号,看看我周围有没有其他的信号也出现在这个频段上,通过图3可以看到,的确有几个鼓包,查了一下,这几个信号应该都是我周围的WLAN信号。把这个背景信号的轨迹存起来,以便后续做比对,区分信号用。



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的信号,它是忽左忽右,跳来跳去,而且跳得还挺快!如图3所示,看来这就是传说中的跳频信号。通过峰值标尺测一下在某个时刻抓到的一个谱,它的频率是2.4644 GHz,功率是-9.62 dBm,如图4所示。



图4:遥控器的开机后的信号


浏览了一下遥控器的菜单设置,发现有个关于频率的设置,如图5,6所示,可以在“ GENERAL”和“FRANCE”之间选择。啥意思?先选“GENERAL”试试。



图5:频率设置



图6:频率设置


为了观察遥控器跳频的频率范围,采用了频谱仪的最大保持功能,由于这个信号跳得很快,如果频谱仪的扫描速度也能足够快,就不会丢信号。我把DSA875设置成扫描时间是1ms,抓这个快速跳频的信号够用了,所以没过多长时间,就能清楚地看到这个遥控器的频率变化范围:它的信号基本上以2.44GHz为中心,左右一共占用了将近74MHz的频谱宽度,如图7所示,跳得够快,也够宽的。



图7:跳频信号占用的频谱总宽度


它一共有多少个信道?从图8可以清楚地数出来,左起的第一个信道的中心频率是2.0455GHz,往右数,最右边的信道的中心频率是2.477GHz, 一共有36个信道。



图8:总共拥有36个信道



图9:最右边的信道的中心频率是2.477GHz


从图10可以看出每个信道的宽度是~2MHz,这与遥控器给的指标也一致。



图10:每个信道的宽度是2MHz


展开,看看每个信道的具体分布情况,一个个相间排列,如图11所示。汽车要变道还得一条一条地跨越,而这遥控器发出的跳频信号能在这36条道之间“随意变道”,经常是一下跳越若干条道,你想“跟车”?很难。所以,发生“撞频”的概率大大降低了。



图11:展开看每个信道的频谱


这是在“GENERAL”模式下的频谱情况,查了一下产品的指标,在这个通用模式下,它的工作频率范围是 2405.376 MHz - 2477.056 MHz。


这种遥控器信号的时域特性如何?跳频有规律吗?且听下篇分析。


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