航模FPV飞行低成本技术方案的摸索

谢刚

航模FPV飞行低成本技术方案的摸索

[size=+1]    航模领域的FPV是First Person View的缩写，即“主视角”，它是一种基于遥控航空模型或者车船模型的新玩法。一般的遥控模型都是由操纵者手持遥控器，目视着远处的模型控制它的姿态，完成各种动作。但是怎样才能更加刺激和真实的体验呢？
[size=+1]    近几年随着电子设备的小型化，我们有机会把无线视频传输设备装在体积和载重量都非常有限的模型上，从而实现以第一视角操纵模型的方式。所能达到的效果就是你可以身临其境的以驾驶员的视角操纵你的模型飞机或者赛车翱翔天空和在地面上狂飙而不用担心危险。这个虽然很有趣，但这并不是什么太新鲜的，因为它在高科技领域早有应用，比如无人机和计算机制导的导弹等等。但是它现在可以很便宜的用在我们DIY的休闲娱乐工具中却是令人刮目相看的事情。
[size=+1]　目前国内FPV玩家相当的多，通过简单的改装，就可以用模型飞机用于FPV，加了平板天线和遥控增程设备，加了OSD导航（显示电池的电压，电流，电量）和GPS的定位（显示起飞的座标和离起飞的距离和方向，高度和速度）和失控返航的设备，让FPV更具可玩性。
[size=+1]    FPV就像航模爱好者迈不过去的坎，既非常向往又难于逾越其中的重重障碍，一旦进入FPV领域就进入了无休止的折腾中，我们希望能摸索一条能低成本简单化的FPV之路，功能从简单到复杂，逐步进入FPV的行列。
[size=+1]FPV可以分成飞机端和地面端两部分，我们来分别探讨。
[size=+1]飞机端方案1： 超轻超小的近程FPV方案


[size=+1]哈博森/金星达/伟力V252等的电源是51005插头规格，优迪U818a等飞行器是JST插头规格的
[size=+1]    哈博森/金星达/伟力V252等迷你小四轴都非常微小，重量都在50克以内，最多能挂10克的重物，我们的FPV组件全部重量仅仅5克！工作电压3～5V，工作电流400毫安。基本不影响飞行器性能，接收端采用4.3寸5.8G接收液晶显示器，采用JST电源插头，推荐使用2S/1300毫安时左右电池供电，可以全部整合到遥控器上。

[size=+1]   这套最新方案已经成功解决图传和动力共电产生干扰的问题，所以非常轻便灵活，由微型高清彩色摄像头＋50毫瓦5.8G图传模块，和电源模块组成，我们在哈博森H107上实现了FPV飞行，实验非常成功！


[size=+1]飞机端方案2： 5.8G 200毫瓦轻量版低压图传四轴FPV方案
[size=+1]    随着城市飞场的逐渐稀少，固定翼FPV变得越来越困难，好在四轴FPV对场地要求小，飞行速度慢。这套方案选用了5.8G 200毫瓦模块配廉价的5V摄像头，使用一节560毫安时的锂电池供电，飞机端重量约38克，工作时间可以达到40分钟左右。如果去掉一切多余部分，图传带摄像头仅仅11克！

[size=+1]    我们放在朋友的六轴（哪吒飞控＋GPS）上测试距离，六轴已经尽量飞远小的快看不清了，目测距离有200米时还能接收到图像，在150米内显示效果很好，朋友说和他的500毫瓦5.8G图传（市场最常用的，12V供电的）距离和图像质量不相上下。
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[size=+1]    本人的小四轴（400轴距，玉兔飞控）用来测距离都不够用，说实话四轴的活动范围还是很有限的，很少超过200米的，毕竟四轴没滑翔能力而且重量重，飞出视线的话实在不放心，所以选200毫瓦一般够用了，如果摄像头换成上图520线高清微型摄像头的话可以大大提高视频效果，将四轴悬停在高空俯看大地的感觉还是非常爽的。
[size=+1]    我们用5.8G 200毫瓦图传设备做了实际拉距测试，发射机放置在冲浪者X8机身侧面底部，发射天线垂着向下，这样天线突出在飞机底部，确保飞机无论是出发还是返航时发射和接收天线始终能直视，两侧天线都是用原配的全向小天线，显示器放在1.5米的三脚架上，并且加装了高清录像板，所以能自动变成雪花屏不蓝屏的，测试结果还是比较理想的，飞机保持150米的高度，在500米范围内可以看清图像，再往外飞时图像时好时坏有闪烁，飞到860米时只能看清OSD信息了，图像也基本变成雪花了，有模友用同样的设备，仅仅接收换成大平板天线飞到过2.5公里的成绩。
[size=+1]飞机端方案3： 5.8G 300毫瓦商品图传＋高清微型摄像头 FPV方案
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   [size=+1]这款图传发射机体积43*28*15毫米，重量仅仅17克，含天线才30克，工作电压范围为直流7.2～14.8V（新版支持4S电池），在12V电压下工作电流实测210毫安，模块正常工作温度一般在40度左右。[size=+1]我们实际在野外进行地面拉距测试时，地面视距约300米图像依然清晰稳定，空中能传输400～500米，对于普通的固定翼和四轴FPV基本足够了。


[size=+1]飞机端方案4：台湾高清迷你录像机（带视频输出）+5.8G图传 FPV方案
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[size=+1]飞机端远程方案5： 2.4G 200/1000毫瓦图传＋摄像头＋OSD FPV方案

[size=+1]    2.4G的图传会干扰2.4G的遥控接收，会造成失控，如果客户的遥控是72M或者433数传的话(433增程设备是目前的发展趋势，采用智能跳频技术，100毫瓦的发射功率可以轻松达到6公里以上的遥控距离）选择2.4G的图传是非常不错的方案，2.4G图传技术最成熟，器材规格品种繁多还非常便宜，传输距离也很理想，我客户曾经用这款1W图传传输6.8公里，还有客户用500毫瓦设备曾经达到10公里的FPV记录，这类系统的接收为大平板天线。


地面端方案1[size=+1]：5.8G 4.3寸一体化液晶显示器


    用显示器查看飞行图像是最常用的方案，[size=+1]4.3寸的显示器体积小重量轻，将5.8G接收模块外置[size=+1]，这样可以高度集成，整体的功耗也很小，6V时500毫安，10V时400毫安，12V时380毫安。采用2S供电的话整体也很轻巧，甚至还能固定在遥控上方，这样[size=+1]您一边[size=+1]飞行一边欣赏空中的景色。
地面端方案2[size=+1]：用相机三脚架固定7寸液晶显示器
     
[size=+1]     7寸的液晶显示器底部的螺丝正好兼容相机的三脚架，相机的三脚架能方便调节高度和角度，配合较大的遮光罩在阳光下能很好的工作，可以实现真正意义的FPV飞行。我们以前也尝试过屏幕固定在遥控器上使用，但是缺点是比较重（FPV至少半小时以上）而且阳光下屏幕漏光严重，可视性差。
地面端方案3[size=+1]：5寸高亮度雪花屏 5.8G接收存储一体机
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[size=+1]    这款一体机真的非常小巧紧凑，大小和重量和智能手机差不多，它采用TF卡存储，支持原画质录像，录像重播效果非常理想，我接触过好几个厂家的视频存储模块，一般画质都有损耗，而且容易死机啥的。     

    这款屏幕是300的高亮屏，当无线视频信号弱时屏幕是雪花的，一旦信号良好立即显示图像反应很快，是航模FPV爱好者的福音。原配天线接口是TNC的，通过配套的转接线可以转成SMA的，可以和四叶草天线配套，提高图像传输画质。机器自带音频播放功能，可以同步传输声音。
[size=+1]性能参数：
[size=+1]液晶屏大小 5英寸
屏幕亮度 300cd/㎡
录像分辨率 720*576 / 640*480
视频压缩格式 MPEG-AVI 30fps
扬声器音频功率 1W
存储TF卡 1GB-32GB
无线接收频率CH1:5705 CH2:5685 CH3:5665 CH4:5645 CH5:5885 CH6:5905 CH7:5925 CH8:5945
接收灵敏度 -88dB
工作电流（录像模式） 680MA
内部锂电池容量 3600Mah
无线视频录制时间 ≥9.5小时（关屏模式） ≥5小时（屏显模式）
产品尺寸： 131mm x 86mm x 18mm
产品重量： 205克
地面端方案4[size=+1]：通过USB采集卡用笔记本电脑实时显示图像

[size=+1]    将2.4或者5.8图传的超薄型接收模块改装到视频采集卡上，再接入电脑可以全屏显示图像，画面足够大看着也很舒服，缺点是电脑可能会停顿或者死机，可靠性不如液晶显示器高，特别是如果再同步录像的话很多电脑更卡，不同的采集软件表现不同，SMART VIDEO CAPTURE 在不录像时支持全屏流畅显示，但是录像时画面会停顿，VHS to DVD 2.0不能全屏显示，而且同步录像有时启动困难，这个方案最大特点是成本低廉，很多模友用一套显示器进行FPV飞行，另外一套USB采集卡进行同步录像。
地面端方案5[size=+1]：通过5.8G视频眼镜显示图像

[size=+1]    戴上这款神奇的眼镜，你就能看到摄像头拍摄到的高空画面，显示效果和看电视差不多，接入电视信号时也能分辨出流动字幕内容，双眼看到的图像能合成一副图像。这种方案最大的优势就是体积小巧，而且耗电非常省，工作电流只有300毫安，一节500毫安时的锂电池可以工作1小时。
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[size=+1][size=+1]FPV需要注意的技术细节：
1[size=+1]、不同系统之间的相互干扰
[size=+1]    比如图传单独工作时性能很好，但是飞机一开动力上天图传就表现很差，需要注意图传要和遥控接收机保持足够的距离，否则容易失控，如果图传工作时发热严重，一定要外置最好处于桨气流中，图传和电调、电机也要保持一定距离，防止被干扰，图传部分的分布配重要合理，便于飞机保持重心稳定。
[size=+1]2、合理设计电源系统
    [size=+1]合理的电源设计可以大大减轻重量，并能确保各个系统都能正常工作。可以针对各自需要灵活设计，例如典型的FPV系统一般动力使用一组3S电池，图传、摄像头、OSD使用另一组3S电池供电。这样的好处是避免相互干扰，其实也能共用一组电池，通过自动升降压的电源模块进行隔离，这样可以减轻重量。
3[size=+1]、尽可能轻量化
[size=+1]    越是轻小的FPV系统对动力、载机的要求越小，成本也能控制很低，我们的原则是尽量少用插头、接插件，不但能减少重量还能提高可靠性，去掉一切多余的东西，系统也看上去很简洁。
4[size=+1]、摄像头避震措施
[size=+1]    如果摄像头处于大幅度高频震动时图像会模糊，视觉效果相当差，所以一定要考虑合理避震，首先摄像头太轻容易振动，和机架连接太紧也容易传导振动，我们采用一个螺丝固定，用泡沫双面胶粘贴可以一定程度减少振动，可以实践验证。
[size=+1]5、OSD系统很需要
[size=+1]    如果没有OSD再牛的设备也不敢飞到100米以外，只有装上OSD才知道原来200米高度时飞行器已经看不清姿态了，400米高度时根本看到了[size=+1]。

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zhsne

好贴。顶
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法克

很不错啊。这样是比较划算