最近可能有不少人留意到一些關于民用小型無人機的新聞 --- 某品牌的無人機飛進某國的什么院子里了,落到某國的什么房頂上了。。。。。。不管是固定翼的,還是帶旋翼的,各種各樣的無人機不只是玩具,高端產品還可以完成表演,競技,航拍,偵查等一些事情。甚至最近有些商家在吵吵要用無人機送貨,不管空管是否允許,不管技術是否成熟,不管假設頭頂上盡是吊著貨物在飛來飛去的無人機,您心里會有啥感受,不管是否會被空中打劫。。。。。。總之,各種各樣的被遙控的無人機的市場似乎越來越紅火。
無人機是被遙控的,大多是視距內的,也有的加了GPS等裝置,具有可以視距外能力。遙控的方法比較多,現在很多流行的多旋翼的無人機可以通過手機里裝個APP, 通過WiFi來控制,如果想玩兒得更爽,還可以加個定制的遙控器來遙控。遙控飛機,是通過不同類型的遙控器來控制的。接下來,我們就找幾個不同的飛機遙控器,測測它們各自的信號特性。
“由儉入奢”,先測測一個入門級的遙控直升機玩具的遙控器。這個遙控器的后面板標有“40MHz”的字樣,看來它的工作頻率在40MHz左右。
圖1:入門級遙控直升機的遙控器
這種遙控器發出的遙控信號到底怎樣?微測一下就知道了!找來一臺頻譜儀,RIGOL的DSA815,頻率范圍 9KHz到1.5GHz,和一臺RIGOL的100MHz帶寬的數字示波器DS1104Z,對付這個遙控器足夠了。再找來2根拉桿天線,工作頻率范圍與遙控器的天線相仿,分別接到2臺儀器上,如圖2所示。
圖2:測量設置
把頻譜分析儀的頻率范圍設置為起始頻率30MHz,終止頻率100MHz,遙控器不開機,先檢查一下在我周邊的這個頻段的背景信號,看看有沒有其他的信號出現在這個頻段,通過圖3可以看到,即使可能會有些調頻臺落在這個區間,但幅度都低于-70dBm,可以認為 ---- 我周邊的這個頻段挺干凈,沒有什么強的其他信號。
圖3:檢查這個頻段的背景信號
接下來,遙控器開機,這時在頻譜分析儀的屏幕上馬上能看到冒出來幾個明顯的信號,如圖4所示。通過峰值標尺測一下最高的那個,在當前的設置下,它的頻率是40.85MHz,功率是-24.37dBm,這應該是遙控器的主信號了。
圖4:遙控器的開機信號
我們用數字示波器DS1104Z也來看看這個信號,這是個40.68MHz的正弦信號,如圖5所示。判斷這應該是遙控信號的載波。
圖5:遙控器發出的信號的時域波形
頻譜儀上,在主峰的右側還有另外3個峰,估計是產生的諧波和雜散,打開峰值列表,看看它們各自的頻率,我們看到有個81.3MHz的信號,這個應該是遙控信號載波的2次諧波,另外還有一個59.28MHz和一個62.78MHz的信號,估計是遙控器內部電路的非線性失真引起的雜散,如圖6所示。
圖6:各頻譜的頻率
動動遙控器上控制直升機升降的控制桿,遙控器開始發控制信號了,從頻譜儀上能看到信號頻譜發生了很大變化,如圖7所示, 2次諧波依然存在,主信號的頻譜明顯不再是單一載波的頻譜,而是一個展寬了的調制信號的頻譜。
圖7:頻譜發生變化
把40MHz的主信號挪到屏幕中間,集中觀察遙控信號的頻譜,我們會看到在這個設置下,它的頻譜顯示亂跳,很不穩定,一會兒如圖8所示,一會兒如圖9所示。
圖8:頻譜顯示不穩定
圖9:頻譜顯示不穩定
打開DSA815的軌跡最大保持的功能,過了一段時間,我們會看到圖10所示的遙控信號頻譜的變化范圍,這是一個典型的頻譜被展寬了的調制信號的頻譜輪廓。
圖10:調制信號的頻譜的輪廓
通過DS1104Z數字示波器也來看看這時的遙控器發出的信號,已不再是正弦波,變成了一個如圖11所示的幅度發生了不等間隔變化的波形,其實是幅度被一不等間隔的數字信號調制了。
圖11:調制信號的時域波形
進一步調整頻譜儀的設置,這時我們能看到如圖12所示的穩定的頻譜顯示,這是一個典型的數字調制信號的頻譜,很像是幅移鍵控ASK調制信號的頻譜。當然,也可以認為是調制信號是數字串的調幅AM信號的頻譜。
圖12:數字調制信號的頻譜
解調一下,看看基帶調制信號的大概模樣,我們看到如圖13所示的情況,有一簇簇的由0和1組成的數字串,這很可能就是遙控器發出的控制信號的數字編碼。展開更清楚地看看,果然是由0和1組成的數字串,如圖14所示。我們把圖14與圖11做個對比,發現信號的包絡很像。其實,這就是ASK的調制信號,載波被間隔不等的0和1組成的數字編碼串調制成具有0和1對應的兩個幅度的信號模樣,調制速率是1KHz。
圖13:數字調制的基帶調制信號
圖14:數字調制的基帶調制信號展開
通過以上的微測和分析可以看出,這個入門級的直升機玩具遙控器采用的載波頻率是40.68MHz,遙控編碼通過ASK調制技術進行調制并發射。不同的動作操作會有不同的編碼。它用的是固定頻率,ASK調制,相比FSK調制,易受干擾,如果在同一區域有多人在用同樣的遙控器玩兒,“撞頻”的概率會很高。
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