任务规划 GPS 天线跟踪¶
本文将介绍如何构建基于 GPS 的 天线跟踪器 使用 Mission Planner地面站 GCS 为伺服驱动定向天线提供定向/跟踪信息。
备注
这种方法要求全球定位系统运行在可以访问 GPS 信息的个人电脑上。参见 天线跟踪 其他选项。
概述¶
一个 天线跟踪器 是一种跟踪载具位置的系统，并利用这一信息瞄准定向天线。
本文介绍的跟踪器使用Mission Planner地面站来确定跟踪器的瞄准方向，使用的是 GCS 的位置和载具的当前位置信息。跟踪器需要飞行器提供 GPS 遥测信息，还需要伺服控制器卡才能通过Mission Planner地面站驱动伺服系统。
部件¶
以下是构建此跟踪系统所需的主要部件清单（不包括螺丝、胶水等所有部件）
各部件的功能将在以下分节中介绍：
身体¶
您需要一个能够承受天线巨大重量的机身。4 磅是一个 "巨大 "的重量，这取决于舵机的扭矩和材料。 这就是我在本指南中选择使用的版本。 目前，它可容纳两个贴片天线，每个重约 12 盎司。你可以设计自己的机身，但你应该有一个 数控机床 作为解决方案的一部分，因为任何误差都可能使其无法正确跟踪，从而导致飞机失事。全木质结构可用于两根天线，而金属机身可用于最小结构或提高耐用性。
需要特别提及的是齿轮。我使用的机身带有齿轮。齿轮可以做几件你可能会觉得有用的事情。首先，它们可以将扭矩 "转换 "为距离（甚至改变力的作用角度）；其次，它们可以提高或降低旋转速度。有时，你可以用它们使你的身体与伺服器半分离，就像我上面举的例子一样，这非常非常有用。你也可以完全不使用它们。
在选择齿轮时，请注意以下几点。首先，从伺服器中心到 AT 旋转中心轴的距离越远，达到的扭矩就越小。所有伺服器的额定值都是 10 千克厘米或 100 盎司英寸，这意味着当您在距离伺服器中心 1 厘米处测量该力时，该伺服器具有 10 千克的力，同样，100 盎司英寸是指在距离伺服器轴中心 1 英寸处测量 100 盎司的压力。因此，距离越远，例如 2 英寸，在该距离上感受到的扭矩就会减半（因为力的作用距离增加了一倍），在我们的例子中就是 5 千克或 50 盎司。
速度的变化取决于齿轮的直径和齿数。经验法则是，齿轮越大，转动速度越慢，而齿数与齿轮的大小有关。因此，一个有 44 个齿的大齿轮与一个直径只有其一半、有 22 个齿的齿轮啮合时，小齿轮的转速是大齿轮的两倍。你刚刚将扭矩转换成了速度。
天线¶
您需要决定使用哪种天线。频率是 巨大 这一点。事实上，频率选择本身就是一种指导。有些天线声称可在一定频率范围内使用，但这并不总是合法的。915Mhz（又名 900Mhz）是非常特殊的频率，您的天线可能被工厂 "飞行稳定调整 "到 "最佳 "接收频率 912Mhz，这样您就完蛋了。请仔细阅读天线说明。在本指南中，我选择了 1280Mhz（又称 1.2 或 1.3 Ghz）和 915Mhz 的贴片天线，这些天线来自于 L-COM.您可能会想 "跳频怎么办"？您的无线电可能会尝试超出 "有效 "带宽（您的天线可以很好地使用的频率范围），但如果这样做，就会导致信号下降（又称 "跳频"）。 RSSI接收信号强度指示器），并对其进行补偿。不用担心这个问题，只需确保您的天线在正确的频率范围内即可。
伺服¶
您需要两个伺服器。一个用于俯仰动作，一个用于平移动作。倾斜只移动天线，平移可以移动整个天线，也可以只移动天线，这取决于您的设计。伺服器实际上是一种复杂的小装置。我将尽量做到精确，因为如果您愿意，可以通过互联网查找有关伺服器的更多详细信息。您需要一个能为两个贴片天线提供至少 110 盎司-英寸扭矩的伺服器，我建议至少使用 喀碳岩材料 但尼龙材质的也可以使用。
在倾斜伺服器方面，应选择可旋转 90 度的伺服器。不同的制造商对伺服器的总旋转量有不同的解释，因此您必须做足功课。总旋转 90 度是 "标准 "伺服器。
对于平底锅（特别是这种 AT，您的要求会有所不同），我建议两根天线的扭矩至少超过 150 盎司-英寸，并且使用卡硼石或更好的全金属齿轮。如果您能买到，请使用数字伺服器（强烈推荐），因为这里的 AT 能够进行微小的纠正动作，而模拟伺服器可能无法像数字伺服器那样跟上。造成这种整体性的原因是，当您的摇摄范围达到行程极限时，AT 会迅速自转 360 度，以保持天线瞄准目标。 (以 1:50 秒为例）。 它做得越快，您与飞机失去通信的时间就越短。如果使用 APM Mission Planner地面站，就无法避免这种行为，因为这种行为已嵌入软件中。制造一个不关心平移范围的 AT 需要耗费大量资金，因为它开始涉及到所谓的滑环。军方使用的滑环非常漂亮，但由于滑环的质量问题，价格也非常昂贵。如果能做到这一点，就可以避免电缆缠绕问题，伺服范围的选择也可能变得更容易。对于该构建，您需要的摇摄动作是可以 360 度旋转的伺服器。您并不需要更多。
伺服控制¶
您将需要一些东西来获取计算机中的信息（同样，本次构建使用 APM Mission Planner地面站来驱动 AT），并将这些信息转化为伺服器可以使用的信号（实际上是数字）。APM MP 目前有两个选项，一个用于 大师 和一个 ArduPilot.Maestro 链接到伺服控制器卡，而 ArduPilot 既是伺服控制器，也是精简版(飞行)控制器（实际上是将原始 APM 用作伺服控制器卡）。为了更清楚起见，有些文章将 ArduPilot 称为 ArduTracker。通过微型 USB 电缆提供的输入，Maestro 最多可以运行 6 个舵机，但您只能使用其中的 2 个舵机和电源引脚。ArduPilot 版本使用的是名为 ArduPilot 的 APM 早期版本之一。它的结构简单，价格便宜，您可能有一个多年前的版本，我对它了解不多，但是 这是一个构建 快乐基尔莫尔的 GCS 使用的和 她们 写了一篇关于这两部电影的文章。我经常使用它，您自己阅读也不会有错！无论您使用哪种控制器驱动舵机，都需要下载并安装固件。Maestro 已预装，而 ArduPilot 卡的固件似乎需要从其网站或本网站的软件库中查找。
为伺服控制器获取正确的数字至关重要、 以此为鉴.基本上，您需要找到两个数字，这两个数字是您的舵机所能做的总旋转量的中点，它可能小于舵机所能做的旋转量，但不会超过，然后您需要找到这两个中点的中心点，然后告诉 Maestro 应该使用的 "8 位 "范围，作为发送给舵机的指令。正确处理这些问题非常关键，我做得头发都掉光了。
电池¶
好的，舵机的运行电压为 4.8、6 或有时 7.2V 或更高。大多数舵机默认的 RC 待机电压为 "5V"。这个舵机使用的是 6V 电压。电池充满电后可输出 12.5V 电压。如果您没有找到一种方法将电池电压降到舵机的正确可用电压，您的舵机就会烧毁。您的伺服电机可能会冒烟，或者伺服电机中的电路板可能会冒烟，无论哪种情况，伺服电机的可靠性都将大打折扣，您应该更换一个新的伺服电机。如果您没有更换，而它在飞行中出现故障，您可能会因为 AT 无法正确指向而失去连接！您需要的是 BEC（电池消除电路）。该项目使用了 这个.如果您做足了功课，您可以查询所选舵机的空载和满载电流消耗，然后选择一个能够处理该负载的 BEC。如果您的 BEC 无法处理舵机可能产生的自发最高负载，那么舵机就会烧毁，您的 AT 将失去动力，飞机再见。
电池低电压警告装置¶
您不必使用它，但我会用。它很便宜，不仅可以节省电池，还能在自动变速器即将熄火时告诉您。它的声音就像烟雾探测器爆炸一样响亮！买几个用用吧，别那么小气，真的。
视频 Rx 和 Tx¶
Rx 和 Tx 分别是接收器和发射器的简称。在此，AT 制作指南不打算介绍这些内容，而只是想告诉您，无论您使用哪种系统，都要确保它适合您的 AT。您的 AT 会变得拥挤而凌乱，因此它可能会与最小的东西发生绑定。粘连是不好的，知道吗？
三脚架¶
您可以想出另一种方法，但这无异于重新发明轮子。AT 越高，信号传播就越远。尽量选择没有很多突出部分的天线。它们最终会缠住电线。注意三脚架使用的连接器类型，这样您就可以设计 AT 与之连接。要选择坚固的三脚架，因为一阵大风就可能将其吹倒，从而导致飞机无法连接。您的 AT 最大重量应在 7 磅左右，根据您的用途可能会轻一些。
图片库¶
连接部件¶
尼龙搭扣和拉链，您可以在这里大量使用它们！
1) 将伺服控制器板连接到笔记本电脑，Maestro 的微型 USB 连接到 USB。
2) 伺服器连接到伺服控制器板。对于 Maestro 来说，0 号伺服器针脚用于摇摄，1 号伺服器针脚用于俯仰。
3) 将电池连接至 BEC，BEC 设置为 5V 或 6V 或伺服器能承受的任何电压（最大值）。将 BEC 连接到伺服控制器板。对于 Maestro 而言，最外侧的针脚用于驱动舵机的电池电源（USB 电缆为电路板供电）。不要反接极性，如果要反接，就买新的。
4) 将电池（此处假设为锂聚合物电池）连接到低电压检测装置，注意观察。
5) 将天线连接到 SiK 无线电设备上（切勿在未连接天线的情况下打开无线电设备，否则请购买新设备）。将天线连接到视频 Rx。
6) 您需要从电池连接的 12V 侧接上电源，为视频信号接收器提供 12V 电源。将电源连接到视频信号接收器。
7) 将 3DR 900Mhz 无线电设备连接到笔记本电脑（连接天线后）。
8) 用拉链将所有电线捆绑固定。这一点很重要。如果你在这里做得不好，你的自动变速器就会在跟踪和下降过程中绑住飞机。
添加尼龙搭扣和拉链，将所有物品固定在一起
10)切记在Mission Planner地面站中手动设置用于控制摇摄和俯仰的通道的终点，使用 1100µs 和 1900µs 这样的 PWM 值，以中间点 1500µs 开始。一些 180 度的伺服器可以承受 600-2400µs 的时间，但你可能会损坏一些伺服器，所以开始时要保守一些。
基本用途¶
1) 到达机场后，将反坦克导弹指向北方，用眼球尽量靠近。
2) AT 的正常可接受校准是，指向时应在北纬 10 度以内。
3) 这种特殊的机身可以抬起，从而将伺服齿轮与机身的小齿轮分开。这样就可以非常容易地调整方向。如果您没有这种功能，只需在它完成启动（因此指向您在伺服控制器编程时指定的默认 PWM 编号）后将其拿起即可。
4) 您希望将倾斜默认为倾斜伺服器行程范围的中间值，因此对于 90 度伺服器，将其默认为 45 度。当您第一次实际使用天线时，请注意倾斜的行为，并通过Mission Planner地面站中的滑动条进行手动调整。如果您对倾斜的位置很有把握，可以手动调整伺服器角。两种方法都可以，但如果使用滑动条，当伺服器试图超出其自然允许的行进范围时，就不会对其造成过大压力。
在飞行过程中，您可以使用滑杆微调天线跟踪器的指向。
5) 如果舵机的运行方向错误。请尝试单击 Rev 复选框来反转行进方向。在连接伺服控制器之前，您可能需要选中 Rev 复选框。
高级用途¶
备注
本节节选自 Scott Fuller 的一篇文章。原文请点击此处： 昂贵但引人注目的天线跟踪器)
通常，我做的第一件事就是启动所有设备，并在 APM 上获得稳定的 GPS 锁定。之后，我会将飞机设置在天线跟踪器前方，并在飞行计划器窗口下的Mission Planner地面站中非常紧凑地放大。然后点击右键，说 Tracker Home -> Set here。
然后，我将天线跟踪器引脚拖到主页的正上方，并将其放下。这样应该就很接近天线跟踪器的位置了。
之后，我会翻到天线跟踪器下的初始设置选项卡，下拉 Pololu 伺服控制器的 COM 端口，选择 9600 波特。设置完成后，我点击连接。此时，跟踪器应开始运行。
您应该可以将飞机在天线跟踪器前方几米处移动，跟踪器也会随之移动。如果需要改变方向，也不难理解。通过滑块可以调整天线的朝向。启动时，系统会认为您朝北。如果您朝东或朝西，则必须相应地瞄准。
您可以使用 Pololu Maestro Control Center 来计算 PWM 设置以及舵机的行程。通常 PWM 设置为（大数 - 小数）= PWM。在我的例子中，摇摄为 2000 - 960 = 1040，俯仰为 1904 - 1456 = 448。这样就可以得到 45 度的倾斜角和 360 度的水平角。您可以在 Maestro CC 的状态选项卡上获得这些数字。注意不要超出建议的行程！在 Servo City 齿轮箱上，你会听到 POT 开始发出咔嗒声，然后伺服器就开始旋转。这时您就可以玩舵机定心游戏了。
使用 Pololu 板需要注意的一点是，您可能需要在串行设置下将其设置为 USB 双端口。这样就可以连接到 COM 端口。
杂项说明¶
我附上了我的 AT（第 2 版）各个角度的照片。这里有几个要点。尽可能轻地制造您的 AT。在您的经济承受能力范围内，尽可能多地安装舵机。如果您有遥测无线电设备，例如 3DR 或 Xbee 套件。我不知道怎么做，但不会比我在这里展示的更复杂，只是更贵而已。
测试有两种方法，首先在室外设置好 AT，并在启动前将其指向北方。然后带着您的飞机在 AT 周围走一圈，把所有东西都连接起来，就像飞机在飞行一样。您至少需要走 60 英尺远，为确保万无一失，可尝试走 100 英尺远。另一种方法是从 APM2 日志中加载之前记录的飞行，设置您的原点位置，然后看着您的 AT 像在那里一样飞行。
尽量测试这个东西，它现在是整个系统的关键故障点。我不建议您连接用于手动控制飞机的遥控信号（通常是 2.4Ghz）无线电。请不要对它进行修改，这样您就有了一个可以依靠的备份。
其他小玩意儿可能包括风向标、气压计、风速计、啤酒罐架、照相机等！