Замена ПАВ фильтра в видеоприемнике.

Немного своего опыта о замене ПАВ фильтра в видеоприемнике. Насколько понимаю - оригинальная идея полностью принадлежит rcexplorer.se, не буду сильно вторичен, опишу краткие минусы и плюсы.
Стоит сразу отметить - данная модификация применима только для "низкого диапазона частот", т.е. 0.9ГГц-1.3ГГц, оборудование 2.4 и 5.8 обязано иметь узкополосный фильтр.

Плюсы:
+3ДБ к чувствительности видеоприемника(аналогично существенному увеличению мощности видеопередатчика)
Лучшая селективность

Минусы:
Существенных минусов не обнаружено.


По умолчанию Китайцы умудряются использовать стандартные видеоприемники для старых спутниковых ресиверов. Молодцы, ничего не скажешь - унификация позволяет снизить стоимость стандартной видеоаппаратуры в разы. Суть проблемы - Китайцы используют ПАВ фильтр на промежуточной частоте в 480МГц на ширину полосы в 27МГц (NM-F480-2 и им подобные). Учитывая, что полоса видеотракта много уже 27МГц, то имеет смысл поставить фильтр с СУЩЕСТВЕННО более узкой полосой, это "уронит" уровень помех, и повысит чувствительность приемника. Нормальным, хорошим вариантом является использование D480A или NM-F480-1
http://www.actcrystals.com/_files/franchise/Advanced_Crystal_Technology/datasheets/ACTF480-1%20480_0,TO-39-2.pdf
http://www.ecsxtal.com/store/pdf/ecs_d480a.pdf

У меня, так получилось, с ремонта спутникового радиоприемника, как раз D480A завалялся. Замена, по сути элементарна - не забывать о том, что работаешь с СВЧ техникой, НИЧЕГО лишнего не трогать, только то, что абсолютно необходимо, т.к. без серьезных приборов настроить устройство дома практически невозможно. Потребуется нормальный, мощный паяльник с жалом нормальной теплоемкости. Mой ERSA icon nano отлично справился с 3.8мм жалом для отпайки фильтра. Хотя по хорошему жало надо было 5-6мм использовать для выпайки, т.к. чуть-чуть больше теплоемкости не помешало-бы. Выпаиваем, тщательно спиртом чистим остатки флюса, и впаиваем. Просто как азбука. Т.к. СВЧ - не забываем - пайка обязана быть "красивой", гладкой и блястящей. Даже учитывая пайку безотмывным флюсом - отмывал и после пайки. Я попутно экранирующую землю пропаивал на корпус фильтра и пропаивал землю на корпус экрана самого приемника. Мне так спокойнее, т.к. в дорогих устройствах это всегда сделано "с завода", и тут я думаю китайцы просто экономят.

Проверка показала не ухудшение параметров. На большие дистанции пока не летал - но, судя по отсутствию "шума" на картинке там где он раньше был - увеличение радиуса действия должно быть заметно.

UBLOX, конфигурация модулей под APM 2.5 и сравнение антенн.

Все описанное говорю для приемника LEA6M, на breakout плате от RCtimer. Но, на моем будущем GPS - LEA7N, как конфигурация(ГЛОНАСС только добавится), так и общие принципы - будут применимы.

1. Антенны.

Стоит вспомнить курс СВЧ, и именно подраздел "Антенны", где нам, сопливым студентам, вдалбливали, с помощью зубодробительно математики - антенна является одним из самых важных элементов приемо-передающей системы, и от правильного выбора и её эксплуатации зависит не только качество работы, но и её надёжность. Несмотря на внешнюю простоту, проектирование антенны требует не меньше сил, труда и инженерной мысли, чем создание даже самого сложного электронного устройства. Рассчитывать и создавать антенну GPS, мы конечно не будем, не из-за "невозможности", а из-за нерациональности трат времени и сил. Хороший квадрофиляр(см картинку), для GPS сделать самостоятельно вполне реально - но выигрыш в условиях полетной платформы это не даст, только лишние трудозатраты, в отличии от изначально хорошего выбора антенны.
Квадрофилярная антенна для GPS(самоделка):

Коммерчески доступные антенны так-же делятся на несколько подклассов:
- Пассивные патч антенны

- Активные патч антенны(на фото антенны Trimble)

- Квадрофилярные антенны(пассивные и активные)

Выбор антенны для летающего дрона - не так тривиален, как может сходу показаться. Да, можно поставить любую - и "как-то" оно работать будет. Откровенно неработающих решений на рынке нет. Но вот - достичь высокой степени точности и наименьшего дрейфа координат - надо в некоторых случаях постараться. Стоит так-же иметь ввиду - антенна собирает на себя весь "шум" в своем рабочем диапазоне(1560-1590МГц). И уменьшение шумов(особливо гармоник на данном диапазоне частот) в данном диапазоне - даст качественную прибавку к скорости acquire и качеству получаемых координат.

Пассивные антенны - просты, нечему ломаться, но уровень усиления у них недостаточен, особенно в сложных условиях(ветки деревьев/пролет под конструкциями и пр). Активные антенны - другая история, качественно исполненный низкошумящий усилитель антенны - это совсем непросто, и китайцы здесь проигрывают. На карбоновой платформе, может(я лично еще не пробовал) - показать хороший результат квадрофиляр, особенно при другой направленности круговой поляризации от видеолинка(допустим видео - "правое" по круговой поляризации, а GPS "левая", таким образом мы существенно снижаем помехи от мощного СВЧ сигнала рядом). Но... Я его еще не пробовал. А вот получив ряд непонятных(сильный "дрейф" координат) результатов - был вынужден изучить рынок антенн, и открыть для себя, эксперементально, существенную разницу между "брендом" и "китаем" в виде сильного различия итоговых результатов, от одинаковых с виду, антенн.

Ремарка*: патч антенны - а именно все, вне зависимости, активная/пассивная, в "голом" виде - ОЧЕНЬ чувствительны к статике. Быть аккуратным, и соблюдать правила антистатического обращения с чувствительными приборами.

Для сравнения - две антенны:

- Китайская "активная", керамический патч 25х25, без подложки. Вскрывал антенну(спаивал экранирующую крышку усилителя) - внутри пустота. Пара СВЧ транзисторов, и все. Спаяно "криво", даже странно что ОНО работает.

- Trimble 66801-00, активная, керамический патч 15х15, без подложки. У антенны другой "хвост" - H.FL, а не U.FL как у китайцев. Т.к. переобжать эти коннекторы нереально - я спаивал экран, и перепаивал целиком патч до антенны на шнурок с U.FL разъемом. И была возможность сравнить внутренности двух антенн, китайца и Trimble - небо и земля - Trimble имеет и встроенный SAW фильтр, и сложный механизм фильтрации питания антенны, и явно вдумчиво спроектированный малошумящий усилитель, пайка очень аккуратна, все сделано на высшем уровне.

У антенны другой "хвост" - H.FL, а не U.FL как у китайцев. Т.к. переобжать эти коннекторы нереально - я спаивал экран с задней части антенной сборки, и перепаивал целиком патч до антенны на шнурок с U.FL разъемом. И была возможность сравнить внутренности двух антенн, китайца и Trimble - небо и земля - Trimble имеет и встроенный SAW фильтр, и сложный механизм фильтрации питания антенны, и явно вдумчиво спроектированный малошумящий усилитель, пайка очень аккуратна, все сделано на высшем уровне.

У UBLOX u-center, есть отличная вещь - "график" девиаций, т.е. отклонений от рассчетной координаты/относительно времени замеров. Очень явно показывает прыжки координат. Ниже сравнение двух антенн на одинаково настроенном, и одинаковом приемнике. Место расположения, и все остальные внешние условия - идентичны(вплоть до сантиметров расположения, и времени измерений).
Найдите разницу :)

Резюмируя: Выбор антенны - для летающих дронов это ответственная процедура, из-за огромного кол-ва электромагнитных помех, и очень плотного расположения электроники на борту, я рекомендую ставить хорошую, активную антенну. Возможно, для коптеров, лучшим выбором окажется хеликс - но.. еще не тестировал.


2. Приемники GPS/ГЛОНАСС/позиционных данных

В предыдущем посте - я дал достаточно обширное(хоть и краткое по сути) сравнение приемников. И в реальной жизни - альтернативы новым UBLOX просто нет. Жду недождусь свой 7N, т.к. в нем и "композит" GPS+ГЛОНАСС есть, и точность повыше(чуть - но все-же повыше). Breakout плата от RCtimer меня полностью устраивает для тестов, хотя и будет переделана впоследствии, с целью вынести GPS и магнетометр повыше от электроники.

3. Yастройки UBLOX NEO-6M для APM 2.5

Я прилагаю свой конфигурационный файл для настройки NEO-6M для работы с APM/AIO pro. Штатный NEO-6M от хоббикинг или рцтаймера будет работать с ними. В принципе конфигурации самого NEO-6M нет ничего сложного, но быстрее и удобнее загрузить готовый файл, через утилиту U-CENTER от UBLOX, чем сидеть и разбираться в настройках. У меня заняло ~4дня полностью изучить и разобраться варианты конфигурации через U-Center, надеюсь кому-то это сможет сэкономить время.

https://sites.google.com/site/uavdroneru/files/NEO-6M%20configuration%20for%20APM2.5%20by%20OLAF.txt

Особенности:
Протокол выбран только UBX(с целью минимизации мусора на порту APM)
Активная антенна включена
NMEA сообщения отключены
Включено Jamming detection, threshold 3dB и CW 16dB, под активную антенну
SBAS выключен
Увеличен интервал опроса, что дает "разгон" и реальные 10ГЦ для данных координат
POLLH, STATUS, VELNED, SOL включены (SOL был добавлен в более поздних ревизиях arducopter, он актуален)
Все навигационные фильтры калмана выставлены в один из пресетов "пешеход", что дает выше точность, и устраняет еще больше "всплесков" и "прыжков" навигационных данных
Включена принудительная 3D фиксация перед включением фильтров.
Режимы питания - отключено энергосбережение, максимальная производительность
Скорость порта - 38400

C данной конфигурацией, и активной антенной Trimble, из окна - я получаю 3D фиксацию, с девиацией в пределах 3метров, что значительно лучше предложенного конфигурационного файла от 3DRobotics.

Есть небольшое заблуждение "сделаем частоту обновления не 10Гц и даже не 5Гц, а 1Гц! И все у меня будет работать стабильно". Это распостраненная ошибка, причем культивируемая на формах. Ublox сборки, и другие производители - используют фильтрацию (Sin|Kalman|прочие), чем меньше время обновления - тем больше фильтр "сглаживает" относительно единицы времени результат координатной привязки. Ни к чему хорошему это не приведет, т.к. резкие перемещения - останутся незаметными, а это прямой путь к катастрофе/крешу.


Заключение:
Используйте хорошую активную антенну, используйте проверенный чипсет.
Как прийдет 7е поколение, я немного его опишу и сравню с предыдущим. Ну а следующей публикацией уже будет видеоантенны, и все связанные с ними сложности, для организации видеолинка.

Немного о GPS приемниках, и сверхкраткое сравнение нескольких моделей.

Начну немного издалека - в Москве, есть небольшая проблема(ну насчет небольшой, это мягко сказанно) - точность GPS приемников недостаточна(!) на высоких широтах. Недостаточно спутников в зоне небосвода, высокие углы наклонения, что ведет к накоплению ошибки за счет большого пути прохождения сигнала сквозь атомосферу. Москва находится в граничной зоне, т.е. еще использовать можно - но реально - точность падает. К примеру, средняя точность PDOP и HDOP для Мск типична ~2.5 и ~1.5 соответственно, в то время как для г.Сочи 1.5 и 0.5, почувствуйте, как говорится, разницу.
ГЛОНАСС - соответственно решает проблему навигации, вообще изначально создаваемый именно для высоких широт, (нужды локальной и северо-атлантической навигации), ну и с последующим глобальным покрытием. Система достаточно грамотно спроектирована, и, на мой неискушенный взгляд, топологически более удобна для высоких широт, в отличии от GPS,  очень интересно, кстати - GPS более новая(!) система чем ГЛОНАСС, последний вообще-то на десяток лет старше, т.к. развивался и строился намного раньше GPS. Правда ориентация сугубо на военные и спец цели - не дали-бы ему такую-же популярность как у GPS, это очевидно.

Спорить о GPS vs ГЛОНАСС бессмыслено, т.к. первый очень давно летает и имеет очень развитую орбитальную групировку, а второй вошел в период взросления, с более чем достаточной орбитальной группировкой(по крайней мере в России), и с точностью чуть выше чем GPS на сравнимых широтах использования(для России).

Перейду к своему рассказу, и сравнению разных GPS приемников:
Приемники которые я пробовал лично, в разных условиях применения:
MTK3329

MTK3339 (в виде модуля, а не breakout платы)

Sirf Star IV в виде Maestro Wireless SiRFstar IV GPS Receiver Module A2035-H

UBLOX NEO-5Q

UBLOX NEO-6M

Я не буду подробно сравнивать софт для настройки, обновления, разные типы модулей, но типовые "баги" я опишу:
Модули МТК:
1) На китайских модулях накосячена схема зарядки встроенного аккумулятора, небольшое ковыряние, и легко добавляется зарядка модуля. Имеет так-же смысл ставить ионистр на питание самого модуля, в таком случае ты не теряешь 3D FIX при смене аккумуляторов дрона/беспилотника/FPV платформы
2) Штатная 15мм антенна - редкое "Г". Замена антенны на 25ММ керамику - дает существенный выигрышь, и существенно меньше "плывут" координаты.
   2.a Замена антенн на активную качественную(! это важно!) даст потенциальный, сильный выигрыш.
3) Достаточно долгий Cold-start от момента собственно старта до 3D фиксации.
4) Есть поддержка 10Гц выборки, и она реально работает. "плаванье" координат сводит все удовольствие на "нет".
Резюмирую: Использовать можно, если есть необходимость в экономии бюджета, и/или, когда не требуется высокая точность. Модуль мне понравился, как general-purpose GPS, очень простая счемотехника включения непосредственно самого модуля, очень простые datasheets, очень легкий софт.

Модуль Sirf Star IV:
1) Достаточно сложный софт для конфигурации
2) Штатная антенна - тоже неудовлетворительна, опять-же замена на 25мм антенну дает преимущество.
3) Быстро стартует
4) Нет поддержки 10Гц выборки. Т.е. реально ты ее можешь включить - но координаты "дублируются", т.е. реальная выборка с чипа - 5Гц.
5) Странный способ сохранения конфигурации, иногда "слетает" в настройки по умолчанию.
Резюмирую: Самый неоднозначный модуль, я, в принципе, не исключаю что я не до конца разобрался с тем, как его конфигурировать, и я полностью забросил его т.к. ковырять невероятно мутный софт для конфигурации и настройки откровенно достало.

Модули UBLOX (5Q; 6M; 7N(едет ко мне..)):
1) На rctimer модулях 6M накосячена пайка резервной батарейки. Требует чтобы была убрана "сопля", иначе батарейка разряжается, и все время происхожит cold-start
2) Модули 5Q сильно устарели, старайтесь не использовать, и смотрите в сторону 7N, тем более, что 7N pin-to-pin совместим с предыдущими поколениями модулей(банально перепаять можно один на другой)
3) ОЧЕНЬ, ОЧЕНЬ хороший софт для настройки, u-center, внятный, понятный, с хорошим GUI, с нормальными конфигурационными вкладками. Из минусов - скудное описание некоторых настроек.
4) Пожалуй самая высокая точность позиционирования из всего что я доселе видел. Считаю что по приезду 7N, я получу дрифт +- 1-1.5м координат.
5) 6M поддерживает разгон модуля до 10Гц, при этом(в случае выключенного SBAS(что мною рекомендовано) - пропусков координат не должно быть в принципе), 7е поколение поддерживает частоту 10ГЦ нативно
6) Хорошая поддержка антенн, включая активные.
7) На всех модулях - штатные, китайские керамические патч антенны - дрянь. Замена на хорошу антенну(Trimble), дает в некотором роде невроятный выигрышь.
Резюмирую: самый удачный производитель. Высокопроизводительные модули, которые мало того, что легко настроить, так еще и работают предсказуемее всех. ОЧЕНЬ удобный софт для настройки модулей. Вплоть до удобства при мелокосерийной-серийной сборке в использовании софта.


Для всех модулей:
Крайне рекомендуется ставить "Groundplane", очень подробно описано здесь: http://hobby.msdatabase.ru/project-updates/theresultsofoursurvey/ardupilot-gps/studygps , т.е. земляной полигон под антенной. 66мм х 66мм


Заключение:
- UBLOX оставил самое лучшее впечатление. Очень хорошо документированы модули для Hardware design плат под них, очень хороший(и открытый) объем документации по ним.
- Использование ХОРОШИХ(trimble и т.п.) активных антенн - дает существенный выигрышь по точности координат. Китайские "активные" антенны - редкий шлак. Жалею, что не сделал фоток trimble антенны внутри. Там и SAW фильтры, и LNA, и даже линии задержки есть. В китайской-же - пара ВЧ транзисторов, и все.
- Подложка(groundplane), дает еще ~10-15% точности координат. Умнеьшает "дрейф".
- Тратить деньги на дешевые модули - не имеет смысла. Точность дорогих им недоступна, а точности для реальной работы "Position hold" им не хватает категорически. Скупой платит дважды - и здесь это как нигде актуально

Новый сонар MB1260

Последнии штрихи до первого тепла, и долгожданных полетов.

Вчера прикрутил сонар, установил MaxBotix 1260 сонар, разрешаюшая способность до 1см, и при High питании 10м дистанция. http://www.maxbotix.com/Ultrasonic_Sensors/MB1260.htm

Достаточно приличный сонар оказался, в отличии от широко распостраненных(у нас в России)   HC-SR04 и их многочисленных китайских клонов. Надо так-же отметить - на удивление он оказался меньше чем я ожидал. Намного меньше ожидаемого габарита. Чашечка пъезоизлучателя и приемника по габаритам один-в-один как чашки того самого SR04.

Работает достаточно прикольно - разницу между домашними покрытиями(штора/ковер/паркет/стена) вообще не чувствует, и выдает относительное значение. И полностью отсутствуют мнимые и ложные значения.

Оговорюсь - сразу, не задумываясь, я реализовал простенький RC фильтр(кстати как и рекомендованно самим производителем), 10ом и два конденсатора, керамика и электролит на 100мкФ, ну и экранированный сигнальный кабель(экранированный МГТФ), т.к. все эти "нежные" устройства помех нелюбят. Вчера при тестах, при выключенной силовой электронике - не видел аномалий. Надо будет еще тестировать с работающими передатчиками, и с работающими двигателями, но, мне кажется, я проблем не увижу.

Итого: 13DOF
3х осевой гироскоп
3х осевой акселерометр
3х осевой компасс
барометр
GPS + Glonass(правда тестить буду для начала на простом GPS приемнике, потом сменю на гибрид)
сонар
камера оптической стабилизации (optical flow)


По большому счету - все собрано, надо только настроить окончательно, и можно летать.

Из того что надо сделать, чтобы выйти на предпродажный образец:
- единую несущую плату, пусть сначала в виде "шилда", но в любом случае единая печатка на котору распаиваются и крепятся нейлоном все доп модули и платы. Т.к. текущая реализация (миллион проводов) - это "disaster waiting to happen". Интегрированные фильтры питания, интегрированные мониторы питания и тока, интегрированные контроллеры светодиодов и преобразования mavlink в frsky телеметрию. Плата shield будет open-source. Для меня это даст электронную надежность, и уберет лишние пару-тройку десятков проводов. Существенно упростит создание нормального корпуса для герметичности конструкции
- Несущая карбоновая пластина должна быть взаимноинтегрированна с платой shield, даст уменьшение веса и увеличение общей виброразвязки системы.
- Вынесение GPS антенны и компаса - это просто ОБЯЗАТЕЛЬНО потребуется.
- Создание герметичного, "брызгозащищенного" корпуса, голая электроника откровенно надоела.

Итого - такими темпами, еще 3-4 месяца в лучшем случае, к которым можно смело прибавлять еще столько-же, т.к. мне начинает быть необходимым 3D принтер, без которого чем дальше тем сложнее.

В новый год, с новыми силами.

Давно я здесь не писал, постараюсь убрать это недопущение. Во первых, хотелось-бы отметить достаточно серьезный прогресс в дроностроении, который мы все увидели за этот год, во первых наконец начинают появляться хорошие, и достаточно отлаженные, куски кода, которые хорошо работают в режиме hardware in loop симуляции для группы аппаратов, конечно до такой красивой демонстрации как на видео ниже, еще очень далеко, но все равно, это уже большой прогресс.

Стоит отметить, что для данного применения очень хорошо видна коммерческая перспектива, причем вне военных и околовоенных применений. Да и потенциал здесь огромен. Стоимость платформы для таких применений будет копеечна, особенно при околомассовых применений, учитывая  что уже сейчас у китайцев нано-платформы(весом <50гр) стоят $50-60. Три-четыре сотни устройств, с RGB светодиодом, и можно делать очень зрелищные перформансы, которые переплюнут салюты, да и по деньгам выйдет дешевле для конечного потребителя. Уверен, что на базе mesh топологии можно, и достаточно легко, запустить подобное в коммерческую эксплуатацию.

Достаточно интересно наблюдать законодательную инициативу из-за океана, все идет к тому, что Р/У и компьютерно оперируемые летающие устройства, будут законодательно ограничены, причем достаточно сильно. Стоит отметить, с сожалением, что наши законотворцы, будут пытаться копировать все эти начинания, но, и это очень беспокоит, не под кальку, а с своими "особенностями". Т.е. если за океаном это будет ряд, вполне разумных, ограничений, по полетам в жилой местности, над людьми и т.п., у нас это сделают, в лучших традициях, запретительными мерами на все, строго лицензируемым, что убъет любительскую инициативу на корню. Зато разговоров о "развитии высоких технологий"... Ладно, это о наболевшем, пройдет время - будет видно.

Из приятного - за год платформа АРМ достигла своего потолка, переходят на 32бита(УРА!), пытаюсь войти в workgroup, но пока из моего сабмишенна - только чуть измененный гироскопно-акселерометорный узел.

Что у меня:
Китайские платформы были испробованы, но, я упорно иду своим путем. Очень удачный узел для поворотного узла трикоптера от ХК, слизал подчистую, и использую - нареканий ноль, жесткий, очень грамотно спроектированный, слизал, и использую, о чем ни разу не жалею.
Последняя платформа, которая сейчас на этапе сборки, выглядит очень удачной, и первая которая обретет свой собственный кожух. Искренне надеюсь, что смогу окончить сборку к первым теплым и сухим дням. Больше всего тормозит работу нехватка времени, и недостаточность своего финансирования.
Параллельно занимаюсь наземной станцией, спроектировал все узловые элементы, как только прийдет чемодан - можно будет собирать. Планирую сделать как минимум влагостойкой, и полностью энергонезависимой. Трекинг антенн пока еще, даже в зачатке, не реализован,  не продуман на бумаге.
Повторил в Hardware in loop симуляции работу swarm ботов из 5ти элементов. Но, для проверки в реальности - как до луны, ни времени, ни свободных денег. Если не отстану от локомотива прогресса - повторю осенью. С ядром в виде большого бота как основным летающим узлом системы. Для разведки и построения топографии - это должно быть удобным.
Из достижений - зимой поднялся на FPV до высоты 5км. Вроде и немного, но, и это требует отдельной гордости - на моторизированном планере размером с пачку бумаги(!), поднялся-бы выше, но не хватало мощности двигателя для борьбы с ветром, и аппарат начало сильно сносить.

Обещаю делать посты отныне более регулярно, с видео и фото, в конце этой недели - апдейт.