Изменение спроса на цифровые осциллографы высокого разрешения для беспилотных летательных аппаратов, используемых в мониторинге с высоты 

Беспилотные летательные аппараты для высотного мониторинга являются основной платформой для проведения воздушных операций в области мониторинга атмосферной среды, патрулирования воздушного пространства, экологического дистанционного зондирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций, способные выполнять такие задачи, как длительное патрулирование, зависание в заданной точке и динамический отбор проб на высоте от нескольких сотен до нескольких тысяч метров. По сравнению с обычными дронами потребительского класса, высотные мониторинговые дроны оснащены высокоточными системами сбора данных, передачи изображений высокого разрешения, передачи данных в реальном времени, управления двигателем и навигации. Они работают в сложных условиях высокогорья, характеризующихся чередованием высоких и низких температур, сильными электромагнитными помехами и сильными турбулентностями. Надежность их работы в значительной степени зависит от стабильности сигналов системы управления полетом, стабильности мощности двигателя, точности сбора данных и целостности беспроводного соединения.

Основные проблемы, с которыми сталкиваются высотные мониторинговые дроны при выполнении задач:

Круизная высота высотных мониторинговых дронов обычно составляет 500–3000 м, а некоторые модели для научно-исследовательских целей могут превышать 5000 м. На протяжении всего полета они подвергаются воздействию сложных условий: нормальной температуры на земле, низких температур на высоте, низкого давления, сильных ветров и сильного электромагнитного излучения. Температура на высоте может опускаться ниже -40 °C, что приводит к постоянному дрейфу внутреннего сопротивления аккумуляторов и систем управления; атмосферная турбулентность вызывает высокочастотные микровибрации корпуса, что приводит к периодическим колебаниям сигнала датчиков и линий связи; в городских и горных районах на больших высотах присутствуют интенсивные радиочастотные помехи, которые очень легко приводят к ошибкам и кратковременным прерываниям каналов передачи изображений и данных. В то же время динамические условия эксплуатации, такие как длительное зависание, полет с изменением скорости и переключение положения, приводят к динамическим колебаниям тока двигателя и управляющих импульсов, что вызывает частые переходные аномалии, которые трудно воспроизвести.

Обычно при тестировании возникают следующие проблемы:

Слабые искажения сигналов датчиков трудно распознать: мониторинговые датчики, установленные на высотных дронах, такие как датчики температуры, влажности, атмосферного давления, PM2.5, атмосферного электрического поля и инфракрасные датчики, в большинстве случаев выдают медленно изменяющиеся сигналы уровня от микровольт до милливольт. Традиционные 8-битные осциллографы имеют только 256 уровней квантования, при этом квантовый шум перекрывает полезный сигнал, что не позволяет уловить небольшие дрейфы нуля и линейные отклонения, что напрямую приводит к сбою проверки точности мониторинговых данных.

Невозможность отслеживания источников переходных аномалий в системе управления полетом: в процессе корректировки положения дрона, компенсации воздействия ветра и корректировки курса в импульсах ШИМ системы управления полетом и сигналах обратной связи по положению могут возникать кратковременные искажения и скачки коэффициента заполнения. Обычные осциллографы имеют недостаточную точность триггера и ограниченную глубину памяти, что затрудняет регистрацию переходных сбоев в миллисекундном диапазоне, в результате чего невозможно определить причины таких проблем, как дрейф в полете, нестабильность положения и отклонение от заданной точки.

Невозможность количественной оценки стабильности питания при низких температурах на большой высоте: в условиях низких температур на большой высоте наблюдается падение напряжения литиевых батарей, увеличение пульсаций и задержка динамического отклика нагрузки. Обычное испытательное оборудование не способно точно уловить незначительные колебания напряжения при динамической нагрузке, что затрудняет оценку надежности питания в экстремальных условиях эксплуатации и может привести к рискам, таким как отключение питания на большой высоте, перезапуск груза и вынужденная посадка.

Скрытые помехи в беспроводной связи трудно выявить: в сложных электромагнитных условиях на высоте в сигналах передачи изображения и данных часто возникают затухание амплитуды, скачки фазы и паразитные искажения. Традиционные методы тестирования не позволяют отличить собственные искажения оборудования от помех окружающей среды, что приводит к длительному существованию скрытых неисправностей, таких как потеря пакетов, задержки изображения и обрывы связи.

Невозможность калибровки отклонений динамического отклика двигателя: в условиях высокогорья при переменной нагрузке и переменной скорости ветра в отклике двигателя на скорость вращения и выходном токе наблюдаются незначительные задержки и колебания; оборудование с низким разрешением не способно количественно оценить динамические погрешности, что приводит к отсутствию точных данных для оптимизации стабильности полета и продолжительности полета.

Потребность высотных мониторинговых дронов в цифровых осциллографах высокого разрешения

Калибровка точности систем датчиков мониторинговой нагрузки

Мониторинговая нагрузка является ключевым функциональным блоком высотных дронов. Точность сигналов датчиков атмосферной среды, инфракрасных датчиков изображения и датчиков высоты и давления напрямую определяет надежность результатов мониторинга. Низкие температуры и низкое давление в высотных условиях легко приводят к дрейфу нулевой точки датчиков и смещению чувствительности, что вызывает систематические отклонения в данных мониторинга.

Осциллографы высокого разрешения используются для высокоточного сбора и калибровки аналоговых выходных сигналов датчиков. Благодаря захвату сигналов на уровне микровольт можно обнаружить дрейф нулевой точки датчиков, погрешности линейности и температурные характеристики, сравнить различия в сигналах при комнатной температуре и в условиях низких температур на больших высотах, а также количественно оценить погрешности, связанные с окружающей средой. Одновременно можно проверить согласованность усиления схем подготовки сигнала и эффективность сглаживания фильтрами, выявить скрытые проблемы, такие как колебания слабых сигналов, чрезмерный фоновый шум и перекрестные помехи между каналами, что обеспечивает достоверность, точность и прослеживаемость данных мониторинга в условиях высокогорья.

Тестирование системы управления полетом и сигналов управления ориентацией

Турбулентность и возмущения воздушных потоков на высоте вызывают частые корректировки ориентации беспилотного летательного аппарата. Система управления полетом регулирует скорость вращения двигателей и положение рулей с помощью импульсов ШИМ. Дрожание коэффициента заполнения импульсов, искажение фронта нарастания и задержка отклика приводят к нестабильности полета, смещению при зависании в одной точке и дрейфу по маршруту.

Осциллограф высокого разрешения позволяет точно регистрировать четыре и более синхронных сигналов ШИМ-управления, измерять амплитуду импульсов, коэффициент заполнения, колебания периода и фазовую синхронность, а также фиксировать переходные искажения импульсов и задержки управления при возмущениях воздушных потоков; Благодаря длительной записи сигналов можно проанализировать стабильность выходных сигналов системы управления при различных положениях и высотах полета, оптимизировать параметры ПИД-регулятора, устранить такие распространенные проблемы, как дрейф на большой высоте, колебания положения и нестабильность зависания, что значительно повысит стабильность полета и точность выполнения задач беспилотного летательного аппарата на большой высоте.

Тестирование динамических характеристик силового двигателя и регулятора скорости

На большой высоте воздух разрежен, а нагрузка постоянна, поэтому силовая система дрона длительное время находится в динамическом рабочем режиме с изменяющейся скоростью ветра и изменяющейся нагрузкой. Нестабильный выход регулятора скорости, колебания тока двигателя и запаздывание динамического отклика могут непосредственно привести к сокращению времени полета, недостаточной мощности и потере управления полетом.

Осциллограф высокого разрешения позволяет синхронно регистрировать входное напряжение, выходной ток и форму импульсов сигнала управления регулятора, точно фиксируя перепады напряжения, пики тока, высокочастотные пульсации и искажения при переключении полярности под динамической нагрузкой на большой высоте; количественно оценивать отклонения в временных характеристиках силовой реакции при ускорении, замедлении и смене ориентации, выявлять такие скрытые проблемы, как сбой фильтрации ESC, аномалии в работе силовых транзисторов и динамический резонанс двигателя, обеспечивая точную информационную поддержку для настройки параметров силовой системы, оптимизации автономности и проектирования резервирования силовой системы на больших высотах.

Тестирование надежности системы питания при низких температурах на больших высотах

Литиевые батареи являются единственным источником питания для беспилотных летательных аппаратов, работающих на больших высотах. Низкие температуры на больших высотах усиливают увеличение внутреннего сопротивления батареи и падение напряжения; при резких изменениях нагрузки очень легко возникают кратковременные падения напряжения и резкий рост пульсаций, что приводит к сбоям, таким как перезапуск нагрузки, сброс системы управления полетом и аварийный возврат. Амплитуда таких аномальных колебаний невелика, а продолжительность коротка, поэтому обычное оборудование не может их уловить.

Благодаря сверхвысокой способности к разрешению слабых сигналов осциллографа высокого разрешения можно точно измерить формы напряжения батареи при холостом ходу, малой и большой нагрузке, а также при переходных нагрузках в условиях моделирования низких температур на больших высотах, улавливая пульсации уровня милливольт и мгновенные скачки напряжения, оценить стабильность схем стабилизации напряжения, фильтрующие характеристики и резервирование питания при низких температурах, а также заблаговременно выявить риски, такие как старение батарей, дрейф модулей стабилизации напряжения и недостаточная нагрузочная способность при низких температурах, что обеспечивает безопасность электропитания при длительных полетах на больших высотах.

Тестирование целостности бортовых каналов передачи изображений и данных

Передача высококачественных изображений с высотных наблюдательных дронов и передача данных мониторинга в реальном времени зависят от радиочастотных каналов связи. Электромагнитные помехи на высоте, высокочастотные шумы силовой установки аппарата и паразитные помехи в источнике питания очень легко приводят к искажению модулированных сигналов, вызывая ошибки в данных, задержки в отображении изображения и обрывы связи, что напрямую влияет на непрерывность мониторинга.

Осциллограф высокого разрешения позволяет регистрировать сигналы радиочастотной модуляции и сигналы последовательной связи, сравнивать стандартные сигналы с сигналами, измеренными в высотных условиях, и выявлять затухание амплитуды, скачки фазы, импульсные помехи и искажения сигнала; в сочетании с FFT-анализом спектра они позволяют определять частоту и источник помех, различать шумы силовых систем, электромагнитные помехи окружающей среды и неисправности самого оборудования, что служит основой для оптимизации фильтрации канала связи, модернизации экранирования и оптимизации диапазона частот связи, повышая стабильность передачи данных в сложных условиях электромагнитной среды на больших высотах.

Например:

Серия DHO1000

Серия RIGOL DHO1000 (включая модели DHO1072, DHO1104, DHO1204) представляет собой высокопроизводительные настольные цифровые осциллографы с высоким разрешением. Это настольные усовершенствованные версии портативных серий DHO800/DHO900.

Аналоговая полоса пропускания: доступны три основных варианта полосы пропускания для настольных моделей: 70 МГц, 100 МГц и 200 МГц

Конфигурация каналов: модели с 2 или 4 аналоговыми каналами

Аппаратное разрешение: вертикальное разрешение (RS) 12 бит. Количество уровней квантования достигает 4096, что в 16 раз превышает показатели традиционных 8-разрядных осциллографов. В сочетании со сверхнизким уровнем шума это позволяет идеально отображать мельчайшие помехи и детали сигнала на осциллограмме

Частота дискретизации в реальном времени: до 2 ГГц (в одноканальном режиме), обеспечивающая превосходную точность восстановления сигналов при передискретизации.

Сверхбольшой объем памяти: стандартная конфигурация с объемом памяти до 50 Мточек (в одноканальном режиме), с возможностью расширения до 100 Мточек, что позволяет стабильно поддерживать высокую частоту дискретизации даже при сканировании с большим временным масштабом.

Серия MSO5000
Серия MSO5000 от RIGOL (MSO5074, MSO5104, MSO5204) представляет собой высокоинтегрированные универсальные настольные осциллографы смешанного сигнала массового производства.
Аналоговая полоса пропускания: 70 МГц / 100 МГц / 200 МГц (возможность онлайн-обновления до 350 МГц с помощью программного опциона без замены аппаратного обеспечения)
Конфигурация каналов: 2 или 4 аналоговых канала + 16 цифровых логических каналов
Аппаратное разрешение: вертикальное разрешение (поддержка режима повышенного разрешения с динамическим диапазоном до 12 бит)
Частота дискретизации в реальном времени: до 8 ГГц на один канал. Высокая частота дискретизации гарантирует отсутствие наложения при захвате фронтов высокочастотных импульсов.
Сверхбольшая глубина памяти: стандартная сверхбольшая глубина памяти до 100 Мточек (на один канал), с возможностью расширения до 200 Мточек.

Вывод:

Основная ценность беспилотных летательных аппаратов для мониторинга на большой высоте заключается в стабильности полета, точности данных и надежности работы, однако слабые колебания сигнала, вызванные сложными условиями на большой высоте, переходные электрические аномалии, отклонения в динамической характеристике и искажения, вызванные помехами в канале связи, являются ключевыми факторами, ограничивающими точность мониторинга и безопасность полета беспилотных аппаратов. Цифровые осциллографы высокого разрешения, благодаря своим ключевым характеристикам — сверхвысокой точности квантования, сверхнизкому уровню шума, точному захвату переходных процессов и стабильной работе в широком диапазоне температур — эффективно решают такие отраслевые проблемы, как недостаточная точность традиционного испытательного оборудования, невозможность отслеживания скрытых неисправностей и плохая адаптивность к условиям окружающей среды.

По мере развития беспилотных летательных аппаратов для интеллектуального мониторинга на больших высотах в направлении увеличения продолжительности полета, повышения точности, полной автоматизации и кластерного взаимодействия, реализуется полностью автоматическая калибровка электрических характеристик БПЛА, интеллектуальное распознавание неисправностей и автоматическая коррекция погрешностей. Это позволяет еще больше повысить эффективность исследований и разработок в области мониторинга на больших высотах, а также надежность полевых операций, обеспечивая прочную техническую поддержку для таких областей, как мониторинг атмосферной среды, патрулирование воздушного пространства и мониторинг чрезвычайных ситуаций и стихийных бедствий.

О компании:
О компании Xi’an Mingxi Taida Information Technology Co., Ltd
Компания Xi’an Mingxi Taida Information Technology Co., Ltd была основана в 2014 году и расположена в городе Сиань, провинция Шэньси. Компания занимает площадь более 1000 квадратных метров и насчитывает 24 сотрудника. Это профессиональное технологическое предприятие, объединяющее в себе разработку, продажу и обслуживание продукции. Благодаря более чем десятилетнему опыту в области НИОКР, производства и продаж, компания самостоятельно разрабатывает и производит испытательное оборудование и модули плат PCIE/PXIE, а также специализируется на продаже роботов, мультиметров, осциллографов, спектральных анализаторов, тепловизоров, инфракрасных термометров, приборов для испытаний окружающей среды, тестеров сопротивления изоляции, тестеров кабелей, лазерных дальномеров, оборудования для обнаружения утечек, а также различных круглых разъемов и других приборов и электронных компонентов.

Региональный официальный сайт: https://www.mxtd.ru/
Официальный сайт на английском языке: https://www.mxtdtest.com/
Электронная почта: manager03@mxtdinfo.com (Annie Guo)
manager02@mxtdinfo.com (Fiona Liu)
Телефон: +86 15809285650 (Annie Guo)
+86 17791566458 (Fiona Liu)
WhatsApp: +86 15809285650 (Annie Guo)
+86 17791566458 (Fiona Liu)