Твой первый квадрокоптер: теория и практика

В стандартный сигнал РРМ с фреймом длительностью 20 мс можно упаковать не более восьми каналов (обычно шесть-семь). Проблема в ограничении минимальной длительности синхропаузы. Давайте посчитаем вместе. Представьте ситуацию, когда по восьми каналам надо передать импульсы максимальной длительности t₁…t₈ = 2000 мкс. Тогда суммарная длительность канальных импульсов составит 8·2000 = 16 000 мкс, а для синхропаузы останется 20 000-16 000 = 4000 мкс. Этого более чем достаточно для надежной работы приемника. Но если добавить девятый канал, то на долю синхропаузы останется 20 000 — 9·2000 = 2000 мкс. С такой синхропаузой декодер стандартного приемника не сможет опознавать начало фрейма и разделять каналы. Если же передатчик формирует канальные импульсы с максимальной длительностью 2200 мкс, то в стандартный фрейм не поместятся даже восемь каналов. Поэтому производители аппаратуры идут на ухищрения и увеличивают длину фрейма. Таким способом удается уместить в сигнал РРМ до 14 каналов. Благо, в большинстве современных пультов можно настраивать длину фрейма, длину строба и количество каналов. Чтобы приемник распознавал такой, не вполне стандартный, сигнал, его приходится прошивать соответствующей прошивкой. Недостатком этого подхода является проблема совместимости приемников и передатчиков.

Существенным недостатком формата РРМ является отсутствие контроля над качеством принимаемых данных. Если помеха исказила импульсы внутри фрейма, то они в искаженном виде попадут на выход приемника. Некоторые современные приемники РРМ, оснащенные микроконтроллерами, могут отфильтровывать заведомо ошибочные импульсы в каждом канале управления по отдельности. Алгоритм фильтрации частично похож на алгоритм цифрового подавления помех в звуке или изображении. Приемник сохраняет в памяти параметры импульсов в каждом канале и сравнивает их с вновь поступившими. Считается, что в нормальной ситуации длительности импульсов от фрейма к фрейму могут измениться лишь в определенных разумных пределах. Если приемник обнаруживает аномально изменившиеся импульсы, он считает их недостоверными и заменяет их длительность значениями из предыдущего фрейма. Таким образом происходит отработку укороченной функции Failsafe по каждому каналу в отдельности. Попутно приемник копит информацию о количестве "испорченных" импульсов, и когда оно превышает критический порог в единицу времени, приемник уходит в глубокий Failsafe, как описано в предыдущем разделе.

Формат сигналов РСМ

Импульсно-кодовая модуляция PCM (Pulse Code Modulation) применяется для повышения помехоустойчивости канала управления. Единого стандарта РСМ не существует, производители используют собственные несовместимые протоколы. В итоге аппаратура РСМ разных производителей взаимно несовместима, а соревнование протоколов по сути сводится к борьбе за кошельки покупателей, которых каждый производитель привязывает к своему оборудованию.

В протоколах РСМ данные также передаются стандартными блоками, или пакетами. Пакет состоит из цифровых значений для каждого канала управления, служебной информации, контрольной суммы и синхроблока. Избыточность данных не предусмотрена. Если контрольная сумма не сходится, пакет отбрасывается, а на выходах приемника сохраняется предыдущее состояние (быстрый Failsafe). При накоплении количества ошибок выше критического предела или при полном пропадании пакетов включается глубокий Failsafe.

Количество импульсов в пакете РСМ существенно больше, чем во фрейме РРМ. Но импульсы нельзя чрезмерно укорачивать, т. к. при этом увеличивается ширина спектра излучаемого радиосигнала, жестко ограниченная нормами. Поэтому в общем случае пакет данных РСМ получается длиннее, а скорость по протоколу РСМ ниже. Применяя оптимизацию протокола, удается сократить длительность пакета до 20 мс и меньше. Например, в каждом пакете можно передавать информацию только о быстро меняющихся каналах или чередовать каналы, для которых передается информация.

В массовой современной аппаратуре применяется широкополосный сигнал и импульсно-кодовая модуляция. Иными словами, с переходом на аппаратуру диапазона 2,4 ГГц рядовому потребителю следует больше беспокоиться о совместимости приемников и передатчиков разных производителей, а также о соотношении цены и качества аппаратуры, чем о тонкостях кодирования сигнала в радиотракте, поскольку на выходе любого приемника все равно будут одни и те же сигналы, подаваемые на полетный контроллер или исполнительные устройства.

Совместимость аппаратуры стандартов DSM2/DSMX

О совместимости оборудования, использующего протоколы модуляции эфирного сигнала DSM2 и DSMX, следует поговорить особо, т. к. эти протоколы чрезвычайно популярны у производителей аппаратуры среднего и низкого ценового сегмента. И, соответственно, пользуются широким спросом у авиамоделистов.