Разработка радиопередающего тракта для передачи информации с малого БПЛА на наземную станцию

СОДЕЖАНИЕ
Введение.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.8
1 Типы беспилотных летательных аппаратов и способы связи с ними	10
1.1 Классификация воздушных БПЛА по назначению.	.	.	10
1.2 Устройство «дрона». Базовые составляющие.	.	.	.	11
1.3 Стандартизация требований к системам передачи изображений для БПЛА.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	13
1.4 Помехи в канале передачи данных БПЛА	.	.	.	.	20
2 Техническое предложение.	.	.	.	.	.	.	.	24
2.1 Методы борьбы с помехами.	.	.	.	.	.	.	24
2.2 Беспроводные системы передачи данных.	.	.	.	.	26
2.3 Постановка задачи.	.	.	.	.	.	.	.	.	27
3 Расчетная часть	.	.	.	.	.	.	.	.	.	29
3.1 Расчет бюджета канала связи. Обоснование выбранного типа модуляции	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	29
3.2 Разработка принципиальной схемы  радиопередающего устройства	33
3.2.1	Описание функциональных узлов	.	.	.	.	.	33
3.2.2	Расчет каскадов умножения и усиления радиочастоты и цепей согласования.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	.	42
3.2.3	Расчёт фильтров	52
3.3 Разработка функциональной схемы радиоприемного устройства	56
3.3.1	Описание функциональных узлов	56
3.4	Перестройка частоты	62
4 Конструкторско?технологическая часть	64
5 Организационно?экономическая часть	64
5.1 Капитальные затраты	65
5.2 Производственные затраты	67
5.3 Доходы и период окупаемости	72
5	Безопасность и экологичность проекта	75
5.1 Анализ вредных и опасных факторов	75
5.1.1	Анализ вредных и опасных факторов работы оператора ПЭВМ	75
5.1.2	Анализ вредных и опасных факторов производственного процесса производства печатных плат	78
Физически опасные и вредные производственные факторы	78
Повышенная концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны	80
Неудовлетворительные параметры микроклимата	81
Пожароопасность	82
5.1 Мероприятия по снижению действий опасных факторов	83
5.2.1	Расчет искусственного освещения	83
5.2.2	Нормализация параметров микроклимата	86
5.2.3	Расчет общеобменной вентиляции при выделении вредных веществ	89
5.2.4	Расчет защиты цепи питания оборудования	92
5.2.5	Заключение по мерам, обеспечивающим безопасность разработки и эксплуатации устройства	94
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	96




Введение
     Сегодня все чаще и чаще становится необходимым применение беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в различных областях. Начиная с военных, коммерческих или спасательных целей, заканчивая простым развлечением. Благодаря ряду достоинств: легкость управления, небольшие габариты, современные технологии передачи данных ? они способны проникать в труднодоступную местность и определять расположение того или иного объекта. При этом, такое мероприятие не составит огромных затрат и не займет много времени на развёртывание комплекса. А в будущем применение беспилотных «дронов» (с англ. drone ? трутень) станет еще более значительным. Они позволят отслеживать и анализировать погодные условия с помощью специальных датчиков, и мгновенно оповещать о возможных природных катаклизмах. 
     Все это будет неосуществимо без устойчивой радиосвязи «борт-земля». Между БПЛА и наземным оборудованием осуществляется двусторонняя радиосвязь. К такому каналу предъявляется ряд жестких требований, без которых передача качественного изображения будет невозможна. А значит, запуск БПЛА станет бессмысленным. 
     Самым главным врагом передачи информации являются всевозможные помехи. В зависимости от ее вида, могут быть различные последствия. Такие как: искажение информации, потеря информации или вовсе вывод из строя приемо-передающего оборудования или тракта. Поэтому остается актуальным вопрос борьбы с помехами или защиты от них. 
     На сегодняшний день очень быстро растет число разведывательных «дронов», которые незаконно проникают на частную собственность или нарушают закон о неприкосновенности частной жизни. Вследствие этого стали изобретать всевозможные методы борьбы с «беспилотниками». Большое распространение получил метод радиоэлектронной борьбы. В данном методе генерируются преднамеренные радиопомехи, которые забивают канал управления или канал передачи данных.
     Целью дипломного проектирования является разработка радиопередающего тракта для передачи информации с малого БПЛА на наземную станцию, который будет устойчив к сосредоточенным и преднамеренным помехам. Все параметры и требования, предъявляемые к проектируемой радиолинии, отображены в техническом задании.
     


1 Типы беспилотных летательных аппаратов и способы связи с ними
     При проектирования радиоканала «борт БПЛА – наземная станция» вначале необходимо собрать и проанализировать имеющуюся информацию по принципу работы и применению БПЛА. Ознакомиться с требованиями и ГОСТами предъявляемые к передачи изображения. Затем выбрать метод организации канала и подобрать необходимые характеристики, выполнить расчеты и спроектировать данный радиоканал.
 Классификация воздушных БПЛА по назначению 
     По назначению БПЛА делят на две крупные сферы применения: научные и прикладные. Прикладные, в свою очередь, делятся на военные и гражданские.
     В научной  сфере «беспилотники» в основном используют для получения новых знаний. Или в разведывательных целях того или иного неизвестного или труднодоступного объекта. А также для постановки различных опытов.
     В гражданских же целях «беспилотники» нашли более широкое применение. Они могут использоваться для:
 осуществления доставки груза;
 фото- и видео- аэросъемки;
 геологоразведки (обнаружения ресурсных местонахождений);
 нефтегазовой промышленности(исследование трубопроводов, выявление утечек, монтаж, ремонтные работы);
 сельскохозяйственной области;
 картографии(съемка объектов на местности, нанесение их на топографическую карту);
 контроля токсичных веществ в воздухе (анализ воздушной среды);
 лесного хозяйства и заповедников (обнаружения браконьеров, изменение численности популяции редких животных и птиц, выявление пожаров или задымлений);
 метеорологии (изучение природных явлений в области метеорологии) ;
 мониторинга протяженных объектов;
 осмотра наземной обстановки при чрезвычайных ситуациях, природных катаклизмах, техногенных авариях, розыске сбитых и потерпевших крушение самолетов, вертолетов и их экипажей. Для оценки результатов стихийных бедствий и ликвидации их последствий;
 патрулирования в приморских районах, контроль судоходства
В военных целях БПЛА классифицируют:
 по назначению: многоцелевые, целевые;
 по глубине решаемых задач: стратегические, оперативные, тактические;
 по кратности применения: многоразовые, одноразовые;
 по способу старта: аэродромного, с руки, с катапульты.
     Военные БЛА могут осуществлять разведку или использоваться в боевых целях (выполнять роль мишени или бомбардировать). А также использоваться для ретрансляции сигнала.
     Спектр применения «беспилотников» очень широкий. Благодаря маленьким размерам и способности мгновенно передавать данные, они стали незаменимыми помощниками человека. Они способны оперативно проникать в такие места, куда человек бы добирался приличное время или не попал вовсе. А также в места опасные для жизни. Так при чрезвычайных ситуациях возможно обнаружение людей под завалами. С помощью видеокамер высокой четкости и датчиков можно быстро найти человека и оказать скорую помощь. В нефтегазовой промышленности возможно быстрое обнаружение утечек или повреждений, что приведет к минимуму убыток. А при мониторинге охраняемых зон можно быстро выявить незаконное проникновение на территорию каких-либо объектов. Возможно и оперативное обнаружение пожара.
 Устройство «дрона». Базовые составляющие
Исходя из большого разнообразия видов и типов БПЛА, можно сказать, что все они различны по характеристикам или внешнему виду. Но в каждом есть схожесть на другой по их основным элементам. Они могут быть простой конструкции или иметь массу дополнительных деталей, с помощью которых получится более профессиональное устройство. 
В любом «дроне» можно выделить следующие части (рисунок 1.2):
 двигатели;
 регуляторы оборотов;
 пропеллеры;
 полетный контроллер, аккумулятор;
 рама.
 
Рисунок 1.2. – Базовые элементы «дрона»

     Двигатели и регуляторы оборотов отвечают за полет «беспилотника». К каждому двигателю прикрепляется пропеллер. В обычной конструкции «дрона» четыре пропеллера, но может быть и больше. Регулятор оборов задает двигателю скорость по командам полетного контроллера.
     Пропеллеры различаются по количеству и формы лопастей. В зависимости от размера «беспилотника» их может быть от двух до пяти штук. Различны и материалы изготовления. Самым дешевым является пластик, а дорогим карбон. Наиболее оптимальный вариант это ? пластиковые винты усиленные углеродным волокном.
     Полетный контроллер это «мозг» БПЛА. Он принимает и обрабатывает команды с пульта управления, а затем распределяет их по нужным составляющим «беспилотника». Чем больше команд в единицу времени способен принять контроллер, тем более функциональным является «дрон». Также в него встроен передатчик, за счет которого устанавливается обратная связь с оператором. К контроллеру подключаются различные датчики, которые передают ему свою информацию. Базовые элементы полетного контроллера:
 главный процессор (прием и обработка команд)
 акселерометр (датчик для измерения ускорения устройства)
 барометр (прибор для определения высоты полета «дрона»)
 гироскоп (определение устройства в пространстве)
 стрелка направления (определяет направление движения «дрона»)
 GPS-навигатор (определяет местоположение устройства)
 ОЗУ (оперативное запоминающее устройство)
 Wi-Fi (прием и передача данных оператору)
     Аккумулятор ? одна из главных составляющих «дрона». От его емкости зависит высота, дальность полета и время работы. Чем меньше «дрон», тем меньше аккумулятор, а значит меньше время работы.
     Рама «беспилотника» является основой его конструкции. К ней прикрепляются остальные электронные компоненты «дрона». Поэтому она должна быть ударопрочной и надежной, но при этом иметь достаточно небольшую массу. Изготавливают ее обычно из полимеров или из сплавов легких металлов. Популярным материалом является карбон, так как удовлетворяет основным характеристикам. 
 Стандартизация требований к системам передачи изображений для БПЛА
Основные положения  по скорости передачи данных от бортовых компьютеров БПЛА опубликованы в стандарте HАТО STАNAG 4609 Editiоn 2 и во второй публикации «Руководства по реализации» данного стандарта AЕDP-8. Предполагалось, что данный стандарт облегчит обмен цифровыми мультимедийными изображениями между системами управления НАТО, а так же с системами БПЛА. Стандарт называется STANАG 4609 (Digitаl Mоtion Imagеry с англ. «цифровые подвижные изображения»). Можно сказать, что под этим понимается не только видеоинформация. Данный стандарт основывается на коммерческих цифровых стандартах. Это является большими плюсом, так как не предполагается использование специального оборудования. А также он способен работать с различными системами, так как не имеет специального интерфейса. В нем учтены нюансы работы для военных задач.
Передача картинки хорошего качества зависит от ряда параметров:
 разрешение (это число точек на единицу площади. Чем больше точек, тем четче изображение.);
 глубина цвета (это количество бит, которое используется для получения каждого пикселя картинки);
 цветовой или тоновый диапазон (это наибольшее число цветов, которые используются для создания кадра);
 тип и степень сжатия изображения (уменьшение размера картинки при помощи определенных алгоритмов).
Платформа БПЛА находится в постоянном движении, поэтому становится более рациональным использование цифровых видеопотоков, так как их детектирование легче. Это стало основой стандарта для бортовых компьютеров БПЛА.
     Для широкого спектра выполнения задач НAТО, предполагается использование разных систем создания динамичной картинки. STАNAG 4609 разделяет подвижные изображения (Motion Imаgery) по уровням сложности. Поэтому была создана MISМ (ЕG 0220) (матрица пространственно-временных образов), которая делила Motion Imagery (MI) по уровням сложности. Она состоит из шести категорий и пятнадцати уровней (МISM-L0 – МISM-L14).
     Каждый уровень сложности соответствует качеству изображения. Чем он ниже, тем хуже качество картинки. Системы НАТО могут использовать систему любого уровня. При этом предполагается использование отдельных узлов на любых уровнях матрицы. 
     Требования к форматам видеоизображений и к каналам их передачи.
     По стандарту AЕDP-8 видеоизображения разделяют на уровни по MISM, согласно их качеству при передаче. При этом учитывается пропускная способность канала.
     Формат с прогрессивной разверткой (p) и разрешением 720 пикселей по горизонтали 480 по вертикали с числом кадров в секунду 60 (720?480?60p или 480p) или 720?576?50p (576p) является наиболее дешевым и практичным вариантом, при переходе от аналоговых систем видеопередачи к цифровым. Но такой формат неудобен в использовании для военных целей. Поскольку пиксели имеют не квадратную форму, это ведет к размытому разрешению по горизонтали. Этот формат повышенной четкости стал использоваться в системах, которые не требуют высокого качества разрешения и стандартизации отображения в формате16:9.
     Более широкое применение сначала в военной области и в системах БПЛА, а затем в коммерческом использовании, получил стандарт изображения высокой четкости (НD ? Нigh Dеfinition) SMPTЕ 296M-2001 с прогрессивной разверткой и разрешением формата 1920?1080?50р (60p). А чуть позднее станет актуальным использование формата качества Full НD (Full Нigh Dеfinition) разрешение которого будет 1920?1080?24p/25p/30p.
     Самая высокая категория в MISM ? это EG 0220a (MISМ –L12–L14). Этот уровень включает в себя «продвинутое» видео (Advanced HD), где разрешение картинки не меньше 1920?1080 пикселей и с частотой развертки не 48 -120 Гц. При этом МISML14 предназначен для группы форматов несжатого видео.
     Для передачи такого видео необходима большая скорость передачи, а значит и пропускная способность канала около 3 ? 4 Гбит/ с.. Такая скорость передачи реализована в оптоволокне при синхронной цифровой иерархии SONET.
     Следует сказать, что частота кадров 120 Гц является эффективной для ряда функций. Так при ведении боя с БПЛА необходима передача до 30 команд в секунду. Для выдачи одной команды необходимо обработать четыре кадра цели, получаем 30?4=120 кадров в секунду. 
     Уровни L13 и L12 используются для передачи и обработки видеопотока с высоким разрешением. На этих уровнях проходит сжатие потока ? умеренно и сильно. 
     Категория EG 0220b включает в себя с L11 по L9 уровень. На L11 осуществляется передача видеосигналов с разрешением 1920?1080?30p (25p, 24p) и 1280?720?60p (50p, 30p, 25p, 24p).Пропускная способность для видео данной категории 1,485 Гбит/сек.. Первоначально эти уровни использовались на ранних стадиях обработки потоков. 
     МISM-L10 делится на два подуровня МISM-L10М и MISM-L10H по степени сжатия картинки. Страны НАТО используют МISM-L10М. Это крайний уровень, который удовлетворяет их требованиям и используется для совместимости интерфейсов. Пропускная способность на данном уровне составляет от 34 Мбит/с до 100 Мбит/с. Качество предаваемого изображения достигается разрешением 1920?1080?60p и глубиной пикселей 8 бит. Такие видеопотоки схожи с видеопотоками MPEG – 2. Этот уровень позволяет передавать видеоинформацию  сразу с двух камер одновременно с разрешением очень высокого качества 
     По сравнению с предыдущим подуровнем, подуровень МISM-L10H обладает способностью высокого сжатия видео (в 20раз). При таком сжатие достигается пропускная способность. 50Мбит/с. Этим условиям также может удовлетворять стандарт Н.264.
     Еще большим сжатием обладает уровень L9. Видео разрешением Full HD сжимается в 45 и 80 раз. Это позволяет понизить пропускную способность до 10 Мбит/с.. Но для применения стандарта DVB ? Т и Н.264 L.4.0. позволяется увеличить скорость передачи до 20 Мбит/с.
     Для уровня MISМ–L7M соответствует формат повышенной четкости 960?576?60p. Сжатие в десятикратном размере, позволяет использовать скорость 10-20 Мбит/с.. А вот уровень MISM–L8 использует несжатую видеоинформацию. Это приводит к увеличению пропускной способности до 135 –540 Мбит/с., что делает уровень менее практичным. 
     Далее уровни категорий ЕG 220с, ЕG 220d, ЕG 220e, ЕG 220f описывают передачу изображений низкого качества и с увеличенным сжатием. Так уровни L2 категории EG 220е имеют пропускную способность менее 1,5 Мбит/с. , так как наибольший формат на данном уровне 720?576, со степенью сжатия 110 к 1 и частотой кадров 30 Гц.
     На первом уровни модели MISM пропускная способность всего 32 Кбит/с. А разрешение картинки не превышает 176?144p., степень сжатия при этом 5200 к 1.
     На самом низком уровне L0 разрешение картинки снова 1920?1080, а представление пикселей равно двенадцати разрядам. С сжатием картинки 10:1 можно говорить о невысокой пропускной способности 56?512 Кбит/с.
     Стандарт STANAG 7023 и нормативный документ AEDP-9 описывает способ передачи информационных потоков с борта «беспилотника». При передачи информационных потоков добавляется служебная информация в виде заголовков и всевозможных меток, которые помогают разделять мультиплексированные потоки в нужный момент времени. 
     Данный стандарт разделяет данные на две группы: сенсорные и вспомогательные. Сенсорные данные предаются от сенсоров, которые собирают видеоинформацию и формируют ее. По нормативной документации одновременно передача может осуществляться с 64 сенсоров, не более. Вспомогательные же данные передают информацию о способе кодирования, формате или алгоритме сжатия. Они добавляются к сенсорным потокам. БПЛА оснащены множеством датчиков, с которых также может передаваться информация. 
     Вся информация передается в виде отдельных файлов, которые состоят из: заголовка (содержит адрес источника, и тип передаваемой информации) ? 1 байт; адреса получателя ? 4 байта. 
     Затем файлы упаковываются в пакеты. Пакет включает в себя: синхронную последовательность ? 10 байт; заголовок ? 32 байта; файл данных ? 5 байт. Пакет закрывается контрольной суммой CRC. Далее пакеты собираются в сегменты, а сегменты в записи (Records). Сегмент может также иметь маркеры, преамбулы. 
     Запись получается из ряда сегментов. В терминологии стандарта STANAG 7023 запись ? это последовательность сегментов по ходу выполнения миссии [1]. В рисунке 1.2 представлена структура записи.

     Рисунок 1.2 ? Структура записи
     Преамбула помогает обработать запись, разделить их на сегменты и пакеты. Ставится она перед первым сегментом. Обычно в преамбуле указывается какая-то дополнительная информация о выполняемом задании. В конце структуры записи следует постамбула. В ней присутствует вспомогательная информация. Если в такой информации нет необходимости, то постамбулы может быть.  Также она может повторять преамбулу.
     Можно сказать, что по этим стандартам для передачи видеопотоков высокого разрешения достаточно наличие на борту «беспилотника» запоминающего устройства на 4 Гигабайта. Это позволит эффективно передавать полезную информацию и вспомогательную. При этом передача дополнительной информации практически не влияет на пропускную способность тракта передачи. 
     Но остается актуальным снижение помех, которые искажают полезную информацию. При этом также могут изменяться параметры структуры элементов. В связи с этим возможно увеличение вспомогательной информации из-за дополнительных алгоритмов, которые позволят защитить данные от помех. 
     Еще один стандарт STANAG 4607/ AEDP-7 описывает нормы именно для передачи собранной информации с БПЛА. Данные полученные с радаров обнаружения движущихся целей на фоне земной поверхности (GMTI – Ground Moving Target Indicator) регламентируются именно этим документом.
     Благодаря формату  GMTI  «беспилотник» способен передавать изображения и видео высокого разрешения, которые он получает в период слежения за объектом. Это все возможно из-за достаточной пропускной способности канала, о которой говорило раннее. Полученная информация собирается в пакеты размером 65535 байт.
     Существует и засекреченный стандарт STANAG 7085,в котором указаны стандарты радиолиний БПЛА, совместимых с тактическими средствами Common Data Link (CDL)/Tactical Common Data Link (TCDL). Также немаловажный стандарт STANAG 4660 стандартизирует высокозащищенные каналы. По таким каналам осуществляется передача информации реального времени на землю и передача команд управления на БПЛА. В стандарте регламентируются частоты передачи, расстояние приемопередающего тракта, а также скорость передачи. 
     С появлением новых технологий и нового оборудования, в стандарт вносят корректировки и изменения. Так как качество передаваемой информации становится все лучше, появляются новые алгоритмы сжатия. При этом растут потребности в увеличение пропускной способности канала передачи.
     Еще одним нормативным документом является STANAG 4586.  Он предполагает совместимость между «беспилотником» и командным пунктом. Такая совместимость облегчает управление БПЛА разного типа. Это связано с выпуском большого числа различных, все более усовершенствованных «дронов». С экономической точки зрения нашлись и свои плюсы, так как нет необходимости покупать различные модули для разных «беспилотников». Также позднее были внесены поправки. Они коснулись уменьшения полосы используемых частот, поскольку частотный ресурс ограничен. И были усовершенствованы стандарты для интерфейсов передачи информации.
     При использовании БПЛА дальнего действия (десятки километров), рекомендуется опираться на нормы предъявляемые на радиорелейных линиях связи. Использовать связь в диапазоне дециметровых волн и ставить среднаправленные антенны в сторону траектории полета БПЛА. На случай, если прямая видимость отсутствует, становится целесообразным использование спутниковой связи. Такой метод эффективно использовать для стратегических целей. Минусом является размещение на «беспилотнике» антенн декаметрового диапазона. 
     В итоге, можно сказать, что для эффективной работы БПЛА следует использовать камеры высокого разрешения Full HD 1920?1080?(50p) 60p или 1920?1080?(24p) 30p (MISM-L10M – MISM-L9H). Для передачи таких видеопотоков необходимо всего 20 Мбит/с, но с увеличением качества картинки пропускная способность может быть увеличена, согласно вышеперечисленным стандартам. 
     Для более простых  целей становится целесообразным использование канала с низкой пропускной способностью 5 Мбит/с и соответственно с низким разрешением кадра 1280?720?(50p) 60p (согласно уровню MISML9H). 
     Не следует забывать и про вероятность безошибочного приема. Оптимальной вероятностью ошибки является уровень  10-7–10-6.
 Помехи в канале передачи данных БПЛА
В любом радиоканале передачи сигнала присутствуют помехи различного рода происхождения. Канал передачи данных БПЛА не является исключением. Даже при очень хорошем планировании радиоканала найдется что-то, что будет создавать помехи. 
Помехи могут создаваться различными источниками. Поэтому можно выделить три основные группы радиопомех: атмосферные, индустриальные, помехи от прочих радиоустройств. 
Атмосферные помехи появляются в результате движения электрических зарядов в атмосфере. Такие помехи создаются в основном грозами. 
Индустриальные помехи исходят от машин и механизмов, когда рабочие токи или напряжение испытывают резкие скачки. Например, при запуске двигателя автомобиля, от генератора тока могут выдаваться импульсные помехи, которые так же распространяются, как и радиоволны. 
И самые распространённые на сегодняшний день это помехи от радиоустройств. В повседневной жизни человек окружен такими устройствами. Можно сказать, что эфир «засорен» радиосигналами. Почти у каждого дома установлен роутер Wi-Fi, по которому осуществляется передача данных. Это удобное и недорогое решение как для «домашнего» интернета, так и для офисной связи. В качестве примера можно рассмотреть результат сканирования эфира в Уфе (рисунок 1.3). Для беспроводной передачи телематических данных зачастую используется технология ZigBee. А в каждом смартфоне есть функция передачи мобильных данных. Это беспроводные технологии широкополосного доступа (БШПД). Все эти стандарты использую полосу частот от 2400 МГц до 10 ГГц. Для передачи данных они пользуются одними частотами. Тем самым создают друг другу помехи. 

Рисунок 1.3. – Сканирование эфира в г. Уфа

Если БПЛА использует стандарт Wi-Fi для передачи данных, значит, все эти помехи могут значительно повлиять на передачу. Это может привести или к искажению информации или к ее потере. Возможны случаи, когда потеря информации может привести к значительным убыткам. Так, например, выявление повреждения трубопровода на нефтегазовом предприятии с помощью БПЛА может быть затруднительным из-за помех от работающих вокруг устройств. Это может быть какая-нибудь электрическая установка или радиоволновая система охраны периметра, использующая близкий диапазон частот [https://www.radio-vision.ru/products/psm-rk-30].
На сегодняшний день вопрос борьбы с БПЛА путём создания преднамеренных помех является крайне актуальным [ССЫЛКИ]. В случае создания широкополосной помехи во всем спектре частот канала [Калашников], БПЛА оказывается лишен канала управления и дальше может действовать по заранее заданной программе, как правило, предусматривающей, в зависимости от назначения и степени сложности аппарата, несколько вариантов:
 Возвращение на точку запуска по сигналам спутниковой навигации;
 Возвращение в точку запуска по записанному треку (аппараты высокого класса);
 Посадку в точке потери сигнала (наиболее простые и дешёвые аппараты).
Единственным способом борьбы с широкополосными помехами, таким образом, является значительное изменение диапазона частот при воздействии помехи, либо создание резервного канала в существенно отличной полосе частот (например, основной канал – в диапазоне 2,4 ГГц, резервный – 5 ГГц).
Однако, помимо широкополосных преднамеренных помех, при использовании БПЛА можно столкнуться с узкополосными преднамеренными и непреднамеренными помехами. Непреднамеренными помехами являются описанные выше системы передачи данных или контроля периметра, работающие в той же полосе частот. Узкополосные преднамернные помехи могут генерироваться специализированным оборудованием с целью сохранить работоспособность «хороших» беспроводных систем, например, при съёмке мест массового скопления людей необходимо сохранить информационным агентствам возможность осуществлять её с дронов, но при этом необходимо сократить количество БПЛА в зоне в целях безопасности [https://vk.com/away.php?to=https%3A%2F%2F3dnews.ru%2F969966%2F%235b02721db4182e5f408b4573&cc_key=]. 
Для обеспечения стабильной передачи информации в процессе эксплуатации БПЛА, таким образом, необходимо бороться с узкополосными помехами. Вопросы противодействия средствам радиоэлектронной борьбы и подавления в рамках работы не рассматриваются.


Техническое предложение
В этом разделе будет произведено сравнение вариантов борьбы с помехами. Представлены различные технологии беспроводной связи БПЛА. По наилучшим характеристикам будет выбран метод борьбы с помехами, а также технология переда данных между БПЛА и наземным командным пунктом. 
 Методы борьбы с помехами
Существует множество методов повышения помехоустойчивости канала радиосвязи. В зависимости от требований к системам связи используют тот или иной метод. Но при использовании сразу нескольких методов достигается наибольшая помехозащищенность.
Все методы можно разделить на несколько групп:
 энергетические (изменяется мощность излучения);
 пространственные (использование узконаправленных антенн);
 временные (увеличение периода передачи, сокращение длительности сообщения);
 частотные (смена рабочей частоты, частотная адаптация, частотна маскировка сигнала);
 сигнальные (формирование кодовых групп, применение шумоподобных или квазислучайных сигналов).
     Более простой способ противодействия помехи это увеличение мощности передатчика. На первый взгляд кажется, что все просто. Но с увеличением мощности, при использовании общей полосы частот, может увеличиться и мощность помехи, которые действуют на вход других приемников. Это может привести к «зашумлению» канала связи, так как остальные передатчики тоже могут повысить энергию сигнала.
     На сегодняшний день считается наиболее эффективным применение шумоподобных сигналов (ШПС). Это сигналы, у которых ширина спектра больше ширины спектра передаваемого сигнала. Благодаря своему собственному псевдослучайному закону свертке частот, помехи расползаются по спектру частот и практически не влияют на прием полезного сигнала. Они обеспечивают высокую помехоустойчивость, даже в условиях многолучевого распространения радиоволн. При этом не допускают замираний и позволяют усилить сигнал за счет сложения лучей. С увеличением полезного сигнала увеличивается полоса частот. Но при этом может работать большое число абонентов в одной полосе. Минусом является дороговизна применяемого оборудования и сложность реализации, поскольку необходимо реализовывать алгоритмы, которые способны выделять полезный сигнал. Поэтому такие системы в основном применяются в военной отрасли, и очень медленно проникают в гражданскую область.
     Еще одним методом защиты от помех является применение узконаправленных антенн. У таких антенн в диапазоне применения декаметровых и более длинных длин волн возможен низкий уровень КПД ( коэффициент полезного действия), но при этом хорошие направленные свойства. Это ведет к снижению затрат на оборудование. Либо возможно применение сложной и дорогостоящей антенны с высоким уровнем КПД. Узконаправленная антенна позволяет принимать сигнал на главный лепесток своей ДН (диаграмма направленности), а помеху на боковой, где минимум приема. 
     Изменение несущей частоты ? это простой и оптимальный вариант защиты от помех, не требующий капитальных вложений и особых условий реализации. Существует несколько способов изменения рабочей частоты. 
     Первый ? использование двух приемо-передающих тракта. Каналы имеют различные несущие частоты. При наличии помехи в том или ином тракте происходит переключение вручную или автоматически. Второй ? медленное непрерывное изменение частоты по определенному закону. Третий ? значение несущей частоты изменяется импульсно от одного значения к другому. Четвертый ? частота изменяется быстро по случайному закону. Этот способ наиболее популярный. Эффективно защищает от прицельных шумовых помех.
     Смена выбора новой частоты происходит в случае:
 превышения уровня сигнала над уровнем помех больше допустимого значения (смена на первую доступную частоту);
 превышение уровня сигнала над уровнем помех максимально и больше допустимого значения (выбор экстремальной частоты).
     При этом если на допустимых частотах сигнал превышен выше нормы, выбирается та частота, на которой уровень помех меньше.
  Беспроводные системы передачи данных
Системы связи комплексов БПЛА различают на: связь «борт-земля», спутниковую связь и на прочие виды связи. С борта БПЛА организуется полудуплексный и дуплексный канал передачи данных. По дуплексу осуществляется переча телеметрической информации (низкоскоростной поток), а по полудуплексу идет полезная нагрузка (высокоскоростной поток). Обычно для передачи полезной нагрузки используют связь «борт-земля». При этом может использоваться как коротковолновая связь, так и ультрокоротволновая ( до 1ГГц), связь в диапазонах СВЧ (2,4; 5,8; 14; 28 ГГц), оптическая связь. Выбор вида зависит от расстояния передачи информации и преград на пути распространения сигнала. Для передачи телеметрической информации на большие расстояния могут использоваться спутниковые системы связи.
Сегодня чаще находят применение прочие виды связи. Беспроводные технологии способные осуществлять передачу данных с высокой скоростью и с высоким качеством. 
При проектировании «беспилотника» выбирается модуль беспроводной связи. В зависимости от целей использования БПЛА подбираются нужные характеристики как самого «дрона», так и модуля передачи. Наиболее популярными являются устройства поддерживающие стандарты Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee и APC220. Стандарты Bluetooth и Wi-Fi обычно применяются в каждом портативном устройстве (ноутбук, планшет, сотовый телефон). Это является большим плюсом, поскольку эти устройства могу выступать в качестве наземного командного устройства для БПЛА. При этом только необходима установка программного обеспечения. А установленные на борт радио модули будут выполнять роль радиопередатчика. Если сравнивать эти четыре технологии, то можно сказать, что каждая имеет свои плюсы. Так по технологии Wi-Fi можно организовать более высокие скорости передачи данных. А с помощью технологии ZigBee можно с легкостью  объединить множество устройств в одну сеть. При этом сохранить достаточно широкий радиус действия. Про Bluetooth можно сказать, что  из всех у него самое малое энергопотребление, а это значит заряда аккумуляторной батареи хватит на длительное время. Беспроводные модули APC220 пока уступают по всем параметрам предыдущим технологиям. Но можно отметить, что это быстрый и экономичный способ организации канала.
Таблица 1.4 ? Основные характеристики 
Категория
ZigBee
Bluetooth
Wi-Fi
APC-220

XBee
XBeePro



Дистанция (в помещении), м
40
120
20
45
40-100
Дистанция (прямая видимость), м
120
1600
(6-40 км)
100
90-300
1200
Потребляемый ток
Передача/Прием, мА
50/45
215-270/
26-140
18-215/
3-30
210-300/
40-300
35-65/
25-30
Выходная мощность, мВт
1- 6.3
63-315
1 (III)
2.5 (II)
100 (I)
40-200
20
Скорость передачи, Кбит/с
до 250
до 250
до 2150
до 1·1020
до 40
Ведомые устройства
<300
<300
7
<30
1
Время установки соединения, мс
30
30
6000
3000
70
Стоимость устройства, руб.
296-824
1252-2537
198-1987
494-2800
988-1581
Рабочая частота, ГГц
2.405-2.485
2.405-2.485
2.4-2.524
2.4-2.4835
0.418-0.478
Безопасность
AES
AES
AES+CCM
WPA(2),WEP
Нет

Постановка задачи
В дипломном проектировании будет спроектирован канал передачи данных «борт-земля», способный устойчиво работать в условиях сосредоточенных и преднамеренных помех. Для этого будет разработана система передачи данных с перестройкой частоты. Поскольку этот метод является наиболее оптимальным и недорогим из всех перечисленных выше методов. 
Для передачи видеопотока с БПЛА будут использовать видеокамеры высокой четкости с прогрессивной разверткой и квадратными пикселями. Это камеры с разрешением Full HD 1920х1080х(50p) 60p или 1920х1080х(24p) 30p. Передача видеоинформации будет осуществлять по каналу Wi-Fi, выбор был сделан исходя из пункта 2.2. Для уменьшения пропускной способности канала передачи следует сжимать изображения и видео. Соответственно, для передачи таких видеопотоков понадобится минимальная пропускная способность 30 Мбит/с для одного источника сигнала, при коэффициенте сжатия 8:1. Необходимая ширина канала предварительно задается равной 20 МГц. Передача видео должна осуществляться на частоте 2350 МГц на расстояние до 4 км, в условиях прямой видимости. Передатч.......................