Теория FPV-пилотирования¶
Камера, установленная на борту квадрокоптера, может использоваться для решения многих задач, которые условно можно разделяются на две группы:
Фото и видео съемка
FPV управление
FPV (First Person View) – сокращенное название системы управления полетами от «первого лица». Данная технология позволяет осуществлять приём с БПЛА видео изображения по дополнительному видео-радиоканалу в режиме реального времени, то есть пилот управляющий дроном, видит изображение, получаемое с видеокамеры при помощи устройств отображения (телефонов, мониторов, видео-очков). Основное назначение технологии FPV заключается в возможности управлять беспилотником на больших расстояниях и просматривать в режиме реального времени картину, захватываемую камерой.
Технологию можно применять, как для развлечений, так и для решений задач в профессиональной сфере, например для отображения информации об окружающем поле и обеспечению ориентиров для обхода препятствий при, распылением удобрений и средств защиты растений в сельском хозяйстве, применение органами правопорядка и спасательных служб, в тех местах, где появление человека связанно с высоким риском для жизни, возможность осмотреть объект, прежде чем предпринимать меры при возникновении чрезвычайной ситуации и тд.
Устройство системы FPV¶
Система FPV многокомпонентная и реализована по средству нескольких технологий. Первая представляет собой захват изображения, вторая – обработку полученных данных, и их дополнение информацией, полученной с датчиков (скорость полета, высота, состояние аккумуляторной батареи, расстояние до препятствия и тд.) для реализации сопряженной технологии OSD, третье – беспроводная передача и прием сигнала для вывода картинки и основной информации на экран.
Бортовые видеокамеры¶
Камеры установленные на квадрокоптер могут быть различными, как по габаритам, там и по основным характеристикам. Часто используют микрокамеры с наклонно-поворотным механизмом и камеры, установленные на стабилизирующий подвес. Основными показателями для FPV камер являются разрешающая способность и время задержки матрицы.
Системы передачи и приема видеосигнала¶
Передача видеопотока выполняется по средству передатчика и приемника. Основными характеристиками являются мощность передатчика, которая на прямую влияет на максимальную дальность его сигналов, и несущая частота. Большинство передатчиков работают в диапазонах 900 МГц (0.9 ГГц), 1,2 ГГц, 2,4 ГГц, 5,8 ГГц и по технологии передачи данных Wi-Fi. Ниже будут рассмотрены основные типы передачи видеосигналов.
2,4 ГГц (аналоговое)
Среди частот подключения 2,4 ГГц наименее популярный диапазон. Главными причинами непопулярности является высокая чувствительность аналогового сигнала к помехам, подвержена размытию и шумам. Все из-за большого количества приборов, окружающих нас и работающих в данном диапазоне. Как например WiFi-устройства, Bluetooth, пульты дистанционного управления, тд. Как следствие сигнал будет неустойчивым, а передаваемое изображение, некачественным.
Wi-Fi на 2,4 ГГц (цифровое)
Наиболее универсальная технология передачи данных, в которой реализуются полеты в FPV режиме. Первой причиной является низкая стоимость Wi-Fi передатчика, которым оснащается камера беспилотника, а второе отсутствие дополнительного устройства для трансляции видеоизображения, а его роль успешно выполняет смартфон или планшет. Перед началом пилотирования устанавливается специальное приложение на гаджет и подключается к Wi-Fi точке коптера. Но есть и свои минусы:
радиус передачи сигнала ограничен Wi-Fi зоной;
задержка изображения и значение которой увеличивается с удаление коптера от пульта дистанционного управления.
5,8 ГГц (аналоговое)
Данный диапазон лучшего всего подходит для FPV-пилотирования. Частота передает видеоизображение с хорошей пропускной способностью на достаточно дальние расстояние. Задержка передачи данных практически не заметна и оптимальна для скоростных полётов. Однако различные препятствия, стены и тд., оказывают существенное влияние на дальность, как следствие дальность надежной работы видеоканала на частоте 5,8 ГГц снижается и применяется преимущественно на небольших коптерах.
В зависимости от несущей частоты, сигнал принимается приемником, частота которого должна соответствовать частоте передатчика. В последствии преобразованный видеосигнал передается на экран монитора, очков. Стоить понимать, что приёмников большой дальности нет, поскольку диапазон сигнала зависит от мощности передатчика и антенны.
Телеметрия или OSD
OSD (One Screen Display - англ. «информация на экране», т.е «поверх основной картинки») – вывод телеметрической информация на видеопоток и отображающая на дисплее очков, планшета, телефона.
OSD может быть, как встроенным в оборудование квадрокоптера, так и представлять собой отдельную внешнюю плату, которая дает возможность контролировать различные параметры коптера в режиме реального времени. Применение OSD для полётов в FPV не обязательно, однако служит полезным инструментом, следить за состоянием коптера и избегать различных проблем в процессе полёта. Ниже приведена основная информация, которую получает OSD.
Основная информация OSD выводимая на дисплей пилота:
Высота полёта;
Скорость полёта;
Направление полёта;
Напряжение аккумуляторов;
Датчик тока (потребление тока от АКБ);
Предупреждения (сигнализирующее о низком заряде АКБ и тд.);
Линия горизонта (помогает выравнивать коптер, опираясь на положении линии).
Способы просмотра изображения с камеры¶
Прием видеоизображения по Wi-Fi на телефон. В этом варианте телефон обычно крепится к пульту дистанционного управления, для удобности просмотра и управления.
FPV-очки и FPV-шлем. Устройства, на которые передается видеопоток в реальном времени и отображается на встроенном экране. Создается реалистичное погружение в полёт, не сравнимое с визуальным управлением коптера. Используются в гоночных дронах.
Монитор. Простой небольшой экран с козырьком для защиты от боковых солнечных лучей. Монитор либо монтируется на пульт дистанционного управления, либо выступает в роли отдельного устройства. Не используются в гоночных дронах.
Безопасность при FPV-пилотировании¶
Следовать основным правилам техники безопасности визуального пилотирования
предполетная подготовка коптера;
обеспечение безопасности при подготовке к вылету;
подготовка зоны полётов (при FPV-пилотировании подбирается просторная зона);
чек-лист;
обеспечение безопасности перед взлетом;
обеспечение безопасности во время полёта.
Просторная зона для пилотирования
Полеты в режиме FPV, связанны с высоким риском потери представление о том, где находится ваш коптер и столкновении с другими объектами, так как ваше внимание сконцентрировано на экране (телефона, очков), а не на окружающем пространстве. Поэтому для полётов в FPV режиме необходимо подбирать просторные и открытые площадки вдали от зданий, линий электропередач, вышек сотовой связи, мест скопления людей, железнодорожных и автомобильных дорог, любых источников сигнала или электромагнитного излучения.
Расстояние
Из-за разных линз камер, а особенно если она имеет эффект рыбьего глаза, при полётах в FPV все воспринимается иначе, чем при визуальном пилотировании, необходимо привыкнуть к размерам коптера и дистанции до объекта. Может казаться, что объект еще далеко, но на самом деле он расположен близко и наоборот. Поэтому при полётах в FPV режиме летай осторожно и при низкой скорости, чтобы привыкнуть к ощущению расстояния.
Полёты за пределы видимости
Высокую опасность представляют полёты на пределы видимости, так как видеоизображение, передаваемое с камеры коптера, ограничивает представление о реальности и может давать неверное ощущение высоты, скорости, направления и тп. Так же увеличиваются риски столкнуться с объектами, не различимыми на экране, например провода. Не летайте за пределами видимости, если не уверены в полной безопасности окружения.
Скоростной режим
При полётах на высокой скорости на вашем пути могут возникнуть неожиданные препятствия, повышается риск столкновения с ними, по причине того, что вы можете не успеть остановиться. Поэтому при первых полётах, лучше держаться не высокой скорости. Так же при резком торможении необходимо помнить о тормозном пути коптера, и производить торможение заранее, не провоцируя возникновение аварии.