Drony DJI:K létání potřebujete tolik satelitů GPS

Od doby, kdy se do světa objevila technologie dronů, fungovala ve spojení s dalším významným technologickým počinem člověka. To je Global Positioning System nebo zkráceně GPS. GPS je to, co vzalo tuto snadno havarijní kvadrokoptéru a udělalo z ní životaschopnou sadu.

Nebyli bychom však nikde bez toho, co dělá GPS, tedy GPS a to jsou satelity. Nebýt této sítě objektů obíhajících kolem naší zeměkoule, GPS by nebylo možné a jako takové by nebylo možné ani stabilizované visení ani funkce Return to Home.

Vzhledem k tomu, že průměrný satelit je asi 1200 mil od zemského povrchu, některé jsou o něco blíže a některé dále. V současnosti je na oběžné dráze téměř 5 000 a dnes je k dispozici několik sítí pro určování polohy, jako je GLONASS nebo Global Navigation Satellite System nebo BeiDou, čínský systém určování polohy.

Kvůli vzdálenosti a umístění oběžné dráhy satelitů je k triangulaci polohy potřeba více než jeden.

Abyste jednoduše našli svou polohu, potřebujete minimálně čtyři satelity, ale Pro solidní stabilní spojení s dronem potřebujete v průměru kolem 7-12 satelitů. V závislosti na tom, s jakým dronem létáte, potřebujete také 7-12, aby Home Point přesně zaznamenal.

Řekněme, že jdete po stezce a chcete znát svou polohu. Pouhé získání čtyř satelitů vám v tomto případě poskytne dobrou představu o vaší poloze.

Naše mobilní telefony jsou skvělým příkladem zařízení, které nosíme každý den a které pomocí GPS vždy zná polohu telefonu. Nezoufejte, pokud bychom potřebovali vyrobit klobouky, je tu spousta alobalu.

Drony, i když jsou si podobné, se pohybují vyšší rychlostí a mohou měnit svou nadmořskou výšku, takže je o něco těžší zjistit polohu pouze ze 4 satelitů. A pak mít vysoce přesné umístění pro udržení visení, dobře 7 až 12 se zdá být správné.

Kolik satelitů letět?

To vyvolává otázku, kolik z těchto téměř 5 000 satelitů jich potřebuji k letu s dronem a proč tolik?

Jednou z nejlepších a nejpřínosnějších funkcí zabudovaných do všech dronů DJI je funkce Return To Home. Tato funkce vrátí plavidlo do jeho přistávací zóny, pokud dojde ke ztrátě spojení s ovladačem nebo z jiného důvodu, pro který jste dron nastavili.

GPS také poskytuje v reálném čase polohu plavidla a ovladače. Bez těchto druhů létajících pomůcek by bylo létání s dronem velmi odlišné. Něco jako zapálení žárovky bagdádskou baterií.

Nahrávání vašeho Homepointu před startem je tedy důležité. Aby mohl být Home Point zaznamenán, budete potřebovat minimální počet satelitů pro každý z těchto DJI dronů:

Důležité důvody pro používání GPS

Dnešní drony DJI jsou známé svou kvalitou a letovými schopnostmi. Od nepřeberného množství inteligentních letových režimů až po pouhé udržení stabilní polohy, je to GPS, která to všechno umožňuje.

Je to to, co udržuje Mavic 2 Pro ve stabilní poloze, takže můžete získat perfektní záběr. Bez jednotky GPS byste neznali polohu dronu na mapě vzhledem k vaší vlastní poloze.

Bez GPS by neexistovalo nic takového jako ortomosické mapování a tento úžasný Phantom 4 Pro bude mít mnohem méně práce.

Bez GPS by se drony nezformovaly do nového odvětví, jako se to stalo. Ach ne, stále bychom měli lepkavé prsty při stavbě modelů z balzámového dřeva a sledovali, jak opakovaně havarují při pokusu s nimi létat.

Lze s dronem létat bez GPS? Tak určitě. Kde je ale zábava v boji proti letu? Kdybych si měl vybrat, nechal bych si GPS.

Pozadí GPS

Stejně jako náš průmysl má GPS celosvětový dopad na téměř každý aspekt našeho života. Koneckonců, viděli jste nejnovější? Nyní existuje společnost, která nabízí reklamu na drony, jako je létající billboard. Dron je naprogramován tak, aby udržoval let a pozici v oblasti DroneZone na akcích a podobně, čímž udržuje účastníky akce a drony pohodlně od sebe.

To jen ukazuje, že existuje tolik nových a kreativních využití pro drony, o kterých jsme ještě ani neuvažovali. Bez GPS by se tento typ letu nikdy nemohl uskutečnit. Samozřejmě, druhá strana rekvizity je, kdo potřebuje reklamy létat? Mám pravdu?!

GPS vznikl, když ministerstvo obrany v 70. letech hledalo robustní a spolehlivý satelitní navigační systém. Poprvé přinesli ranou verzi online v roce 1978. Tento systém byl znám jako NAVSTAR nebo Navigační systém s časováním a měřením, ale nebyl dostupný pro civilní použití.

Systém, který dnes známe jako GPS, je dostupný a využíván mnoha subjekty. Stále s těžkým pozadím kolem vojenských systémů, je také používán pro civilní, obchodní a vědecké potřeby. Dnešní systém GPS používá 24 satelitů a byl uveden do provozu v roce 1993.

Současný systém GPS poskytuje dvě úrovně služeb. Ta, kterou používáme a kterou známe nejvíce, je standardní služba určování polohy nebo zkráceně SPS. Tento systém SPS je k dispozici nepřetržitě po celém světě a je pro koncové uživatele zdarma.

Druhá strana současného systému GPS, známá jako Precise Positioning System nebo PPS, je omezena na vládní použití. GPS je ve vlastnictví Spojených států a provozováno americkým letectvem.

GLONASS

Podobně jako tomu bylo ve Spojených státech, aby takový systém vytvořily, i jiné země udělaly totéž. Rusko má svůj vlastní systém, který se nazývá GLONASS nebo Global Navigation Satellite System.

Podobně jako americký systém GPS, i GLONASS sleduje podobnou časovou linii tvorby a uvažování, přičemž jeho vytvoření jako vojenského systému se nakonec přesunulo k tomu, aby byl dostupný široké veřejnosti.

Stejně jako systém GPS je také systém GLONASS dostupný pro každého na celém světě bez nákladů pro koncového uživatele. GLONASS, stejně jako GPS, používá systém 24 satelitů.

Navigační satelitní systém BeiDou

Třetím systémem provozovaným čínskou vládou je BeiDou Navigation Satellite System, BDS pro krátkou verzi. Tento systém se stal globálně funkčním v roce 2018 a má větší pole s celkem 35 satelity v konfiguraci oproti 24 nalezeným v ostatních systémech.

S dalšími satelity se očekává, že systém BDS bude schopen přesnosti na milimetrové úrovni.

Můžete tam najít další globální systémy určování polohy, jako je systém určování polohy Galileo. Společnost DJI však tyto tři používá pro své systémy určování polohy, přičemž systém BeiDou je poprvé nalezen na novém Mavic 3.

Jak to tedy všechno funguje?

Ve vašem DJI Drone i v ovladači je jednotka GPS, vysílač. Tato jednotka neustále vysílá signál. Satelity v dosahu tohoto signálu budou reagovat. Zde se to může opravdu rychle zkomplikovat.

Můžete přijímat signál ze satelitu, který je právě mimo dosah nebo je za horizontem. Koneckonců, typický satelit se pohybuje rychlostí 17 000 mph (27 400 km/h) ve výšce 150 mil (242 km).

Aby byla známa poloha, je třeba získat minimálně 4 satelitní signály, a to kvůli umístění těchto satelitů a jejich pohybu, stejně jako pohybu plavidla. Ale možná nedosáhnete dobré přesné polohy pouze ze 4 nebo dokonce 6.

Použití více satelitů ke zvýšení přesnosti a potvrzení datových souborů poskytuje stabilní visení, které považujeme za samozřejmost.

DJI má rád redundanci a má zabudované mnoho bezpečnostních funkcí. V tomto případě naprogramovali dron tak, aby nezískal pouze základní údaj pro polohu, ale také záložní údaj, který ověří první a v některých případech i třetí.

Právě z tohoto důvodu většina dronů DJI bude vyžadovat minimální počet satelitů v rozmezí 6 až 12 . S tímto počtem satelitů poskytujících údaje o poloze je letadlo schopno mít přesné údaje o poloze.

Problémy s GPS

Zředění přesnosti (přesnost polohy)

Při používání určování polohy pomocí GPS existuje několik známých problémů. Jedním z nich je Dilution of Precision, zkráceně DOP. DOP je míra přesnosti polohy čtyř satelitů vzhledem k přijímači.

Existuje hodnotová stupnice pro DOP a váš dron DJI bude mít naprogramované algoritmy, které to vypočítají za vás. Je to kvůli tomuto problému, že společnost DJI přijala opatření a vyžadovala více než jen čtyři minimální potřebné satelity, protože čím více připojení máte, tím přesnější mohou být vaše údaje o poloze.

Níže uvedený graf pokrývá hodnoty DOP v rozsahu od 1 do 20.

DOP lze měřit několika způsoby. K dispozici je horizontální, vertikální, 3D pozice, časové ředění a geometrické. Pokud jde o měření DOP, je to všechno o geometrii. Pro nás uživatele dronů je naštěstí toto plavidlo v plném proudu. Dokážete si to představit?

Co to pak všechno znamená? Znamená to, že i když můžeme mít dobrá vysoká čísla v počtu satelitů, nemusíme mít tak dobrou sílu signálu v závislosti na tom, jak jsou tyto satelity seskupeny.

Je to proto, že satelity, které jsou dále od sebe, poskytují lepší údaje o poloze než satelity, které jsou blízko sebe. Triangulace, pamatuješ?

Kp-index (vliv sluneční aktivity)

Dalším známým problémem, který může nastat při určování polohy pomocí GPS, je to, co je známé jako K-index a jeho rozšíření planetární K-index. Tento systém indexování se používá k měření účinků sluneční aktivity, většině lidí známý jako jednoduše Kp-index.

Tento index je mírou magnetické interference v magnetickém poli Země. Magnetické pole Země může způsobit chyby v určování polohy GPS vašeho dronu, a jako takové události, které toto pole ovlivňují, ovlivní také tuto polohu.

Protože používáte satelity umístěné ve vesmíru, je třeba vzít v úvahu události související s vesmírem, jako jsou sluneční bouře nebo jiné události ovlivňující magnetické pole.

Možná jste si všimli tohoto indexu, pokud používáte aplikace pro počasí, jako je UAV Forecast. Obecně platí, že je v pořádku letět, pokud je index pod 5, takže jakékoli Kp mezi 1 a 4 znamená zelenou k letu. Index se zvyšuje na 9, přičemž 5 a vyšší může ovlivnit, zda jste schopni získat satelity a zda jsou tyto satelity schopny poskytnout dobrou polohu.

Polohování satelitů (ve vztahu k vám)

Jak jsme viděli výše, poloha satelitu je stejně důležitá pro dobrý signál jako pro vysoký počet satelitů, protože velký počet satelitů bude stále poskytovat slabý signál, pokud jsou seskupeny dohromady.

Získání dobrého satelitního pokrytí může být ovlivněno také terénem oblasti, ve které letíte. Pokud se nacházíte v hlubokém údolí se skalními stěnami kolem vás, může být pro satelity těžké vás najít.

Vaše poloha na této skále, která obíhá kolem ohnivé koule na obloze, je také něco, co může ovlivnit vaši GPS. Protože většina satelitů obíhá poblíž rovníku, pokud se nacházíte ve vyšších zeměpisných šířkách, jako je Aljaška nebo severní Kanada, můžete zaznamenat více dní, kdy je Kp-index vyšší.

V oblastech, jako je tato, můžete vidět jedinečný jev známý také jako Northern Lights nebo Aurora Borealis. Pokud se nacházíte v Austrálii, můžete najít podobný výskyt známý jako Aurora Australis.

Oba tyto jevy jsou pozorovány, když Země zažívá vysokou úroveň slunečního záření nebo sluneční bouře. Během těchto časů je velmi možné zažít silné elektromagnetické rušení. Toto rušení může mít vliv na váš GPS.

Co se stane, když ztratíte GPS?

Vždy se může stát, že vám během letu vypadne signál GPS. Může to být chvilková věc nebo to může trvat déle. Tato událost může vést k tomu, že budete muset buď letět v režimu ATTI (Attitude), nebo přivést plavidlo a přistát.

V rámci zabezpečení proti selhání jsou všechny drony DJI naprogramovány tak, aby se v případě ztráty signálu GPS přepnuly ​​do režimu ATTI. V zobrazení aplikace se zobrazí varování přírody, „Strong Magnetic Inference Calibrate Compass“, „GPS Loss, Switching to Atti Mode“.

Ve většině případů jde o chvilkovou ztrátu a než stačíte zareagovat, GPS se vrátila. V některých případech se můžete nacházet v blízkosti oblasti, která ovlivňuje váš signál, jako je vedení vysokého napětí, rozvodny, v hlubokém úzkém údolí atd.

Zdrojem rušení je tedy často pozemní zdroj. Jak jsme uvedli, existují také vesmírné zdroje rušení.

Bez ohledu na příčinu ztráty signálu stačí vědět, že plavidlo přejde do režimu Atti. V tomto režimu si plavidlo udrží nastavenou výšku a poletí normálně. Bez GPS však bude plavidlo vystaveno větrům, které mohou být v oblasti, a budete muset počítat s unášením během letu.

Létající drony by prostě nebyly stejné, kdyby se naši přátelé na oběžné dráze tam nahoře ujistili, že víme, kde jsme. GPS je dnes všude kolem nás, ale nebylo tomu tak vždy. Před GPS bychom vytyčili kurz na mapě a spoléhali na azimuty kompasu.

Ze všech mnoha změn v tomto moderním světě má GPS hluboký vliv na to, jak cestujeme a pohybujeme se, ať už letecky, po zemi nebo po moři. Pro nás, piloty dronů, bychom bez něj prostě nemohli dělat úžasné věci, které děláme.

Létejte bezpečně, létejte vždy, vždy létejte bezpečně!