Что такое дрон? Фото и видео

Квадрокоптеры, дроны уже очень прочно вошли в нашу современную жизнь и некоторые сферы так подстроились под их использование, что без них больше нельзя будет обойтись. В этой статье рассмотрим о том, что такое дрон, квадрокоптер, как он работает и где его можно использовать.

Сергей

Пилот как съемочного, так и гоночного квадрокоптеров

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта Profpv.ru!
Сегодня я вам расскажу о том, что такое дрон, как он работает и для чего вообще нужен.
Постараюсь написать как можно более простым и интересным языком!

Терминология, что такое дрон

Что такое дрон — это беспилотный летательный аппарат, который управляется внешним пилотом или оператором. Дрон — это физическая машина, внутри которой нет никого живого, кто бы управлял ей, но управление происходит из вне, с помощью радио аппаратуры управления. В движение дрон приводится с помощью двигателей, чаще электрических, но для промышленности или армии используются дроны на двигателях внутреннего сгорания.

Аппаратура управления — это специальное радио оборудование, проще говоря — пульт, с помощью которого можно посылать команды беспилотнику по радио каналу, но сегодня это можно уже делать и по цифровому каналу. Управление обычно происходит с помощью перемещения стиков на пульте. Каждое движение стиков привязано к определенной команде для беспилотника, например, газ прибавить или газ убавить, накрениться влево или накрениться вправо, тангаж вверх или тангаж вниз.

Выглядит аппаратура управления вот так:

Аппаратура для гоночных дронов работает на частоте 2.4Ghz. Аппаратура для дронов, типа DJI — работает тоже на частотах 2.4Ghz.

Управление у военных дронов или сложных промышленных, может осуществляться с помощью сложного компьютерного управления и обычно там вносятся команды и координаты, а также нет такой аппаратуры управления, как на фото выше.

Как работает дрон?

Сфера дронов развивается ошеломительными темпами, каждый год появляется масса новых технологий и материалов, из которых создаются дроны, квадрокоптеры и другие авиа модели.

Обычный беспилотный дрон изготовлен из легких композиционных материалов для уменьшения веса и повышения маневренности. Прочность этого композитного материала позволяет военным беспилотным летательным аппаратам совершать полеты на экстремально больших высотах.

Дроны оснащены различными современными технологиями, такими как инфракрасные и лазерные камеры, GPS (бытовые, коммерческие и военные дроны). Беспилотники управляются с помощью систем дистанционного наземного управления (GSC), а также с помощью наземной кабиной экипажа:

Беспилотный летательный аппарат состоит из двух частей — самого беспилотника и системы управления, как говорилось выше.

Про военные беспилотники продолжать рассказывать не буду, так как интересны нам только гражданские.

Дрон как правило состоит из рамы, платы распределения питания, полетного контроллера, регуляторов оборотов двигателей и самих двигателей. Далее, на квадрокоптер устанавливается камера и видеопередатчик, для возможности снимать/передавать изображение на устройство приема, например, телефон или FPV шлем.

Ниже представлен набор для гоночного типа дрона (квадрокоптера):

Сигнал с аппаратуры управления передается в полетный контроллер дрона (квадрокоптера) с помощью радио связи, либо цифрового канала. Полетный контроллер — это мозг беспилотника, он обрабатывает сигнал с аппаратуры, передает обработанные данные в регуляторы оборотов на основе данных с различных датчиков.

Например, пилот дал задачу дрону удерживать позицию на одной высоте, то есть, зависнуть в воздухе: полетный контроллер опрашивает датчик барометр о текущем значении, запоминает его. Внезапно подул ветер, значение с датчикам поменялось в меньшую сторону. Алгоритмы в полетном контроллере понимают, что раз значение барометра понизилось, его нужно повысить.
Полетный контроллер командует регуляторам оборотов прибавить обороты двигателям, что он и делает — квадрокоптер поднялся выше и значение барометра стало как и прежде. Полетный контроллер командует регуляторам оборотов снизить обороты, чтобы значение не стало выше.

Все это делается очень и очень быстро в реальном времени, корректировка идет каждую миллисекунду.

Полетный контроллер может использовать и другие датчики, например, GPS, камеры или сонары.

Какие бывают дроны?

Разделить все дроны можно на военные и гражданские. Военные — это большие летательные аппараты с множеством сложного оборудования, естственно, предназначенного для военных целей и обычно это сбор различных данных, от высококачественного фото и видео, до перехвата телефонных разговоров.

Для военных целей, это огромные беспилотники, похожие на самолеты:

Для гражданских целей: это большие квадро или октокоптеры для киношников, геологов и другим, кому необходимо поднимать в воздух тяжелое съемочное оборудование:

Для фермеров, спасателей и других, используются промышленные дроны, например, такие:

Такие несут большую полезную нагрузку и могут поднять небольшие бочки с химикатами для опрыскивания от вредителей, например.

Все остальные, например, фотографы или любители, используют более легкие и простые модели, тем не менее, способные снимать очень качественную картинку:

Квадрокоптерами это все не ограничивается, есть также монокрылья, самолеты, вертолеты, подводные лодки, катеры — это тоже все беспилотные летательные аппараты или дроны:

Функции дронов. Что умеет дрон?

В последние года дроны стали очень умными, для них придумали много интеллектуальных режимов полета, внедрили различные датчики и системы. Рассмотрим по порядку.

Спутниковое позиционирование

Сейчас дроны средней и выше ценовой категории оборудованы сразу двойной системой спутникового позиционирования. Более дешевые модели обладают обычно только GPS.

Что дает спутниковая система дрону:

• С помощью спутников работает функция «Возврат домой» при нажатии всего лишь одной кнопки;
• Ваш дрон не потеряется;
• Точное позиционирование в пространстве;
• Полностью автоматический облет заданных точек на карте без участия пилота.

Также, спутниковая навигация спасет дрон, если:

• Аккумулятор почти разрядился — дрон сам полетит на точку взлета;
• Потерян сигнал с аппаратуры управления — дрон сам полетит на точку взлета.

Перед началом полета важно, чтобы дрон «поймал» нужное количество спутников, обычно это не менее 8 спутников. В противном случае, данные функции работать не будут, что может привести к неприятностям, например, к потере дрона.

Функция обнаружения препятствий и предотвращение столкновения

Современные дроны имеют функцию предотвращение столкновения, основанную на технологии SLAM при использовании нескольких специальных датчиков, таких как:

• Объемный датчик;
• Ультразвуковой датчик;
• Инфракрасный датчик;
• Лидар;
• Лазер (ToF);
• Прибор искусственного зрения.

Используя эти датчики, алгоритмы (программное обеспечение) полетного контроллера дрона, умеет на лету создавать 3D карты, позволяя дрону «видеть» мир и препятствия.

Еще пару лет назад, дроны могли обнаруживать препятствия только спереди, но теперь они могут сканировать пространство со всех сторон. Так умеет, например, Mavic 2 PRO. Технология называется APAS и помогает пилотам управлять дроном. При виде препятствия, квадрокоптер его облетит, а если это сделать невозможно, то просто зависнет на месте.

Такую функцию имеют не только дроны от DJI. В 2019 появился дрон Skydio 2 с полным сканирование пространства со всех сторон. У него 6 камер на борту в разрешении 4К непрерывно оценивают обстановку вокруг. Видео, в котором показывается и то, как видит квадрокоптер пространство вокруг себя:

Гироскоп, IMU и полетный контроллер

Гироскоп и IMU — это система стабилизации полета дрона. Без них дрон не сможет летать, потому что полетный контроллер не сможет понять, где именно в пространстве он находится.

Гироскоп работает на очень большой частоте и очень чувствительно улавливает любые силы, которые воздействуют на дрон из вне, будь то ветер или сила притяжения. Данные гироскоп передает полетному контроллеру, который в свою очередь решает, что делать дальше.

IMU — инерциальный измерительный блок (IMU) работает путем определения текущей скорости ускорения с использованием одного или нескольких акселерометров.

IMU обнаруживает изменения атрибутов вращения, таких как тангаж, крен и рыскание, используя один или несколько гироскопов. Некоторые IMU включают в себя и магнитометр.

Телеметрия дрона

На сегодня дроны умеют передавать телеметрию, даже дешевые за 100$.

Телеметрия — это данные состояния с датчиков, которые передаются по радио каналу.

Передаются данные, такие как:

• Скорость;
• Высота;
• Сила сигнала;
• Заряд аккумулятора;
• Расстояние до дрона и другое.

Все это облегчает пилотирование и позволяет в реальном времени знать о дрон все информацию, необходимую для безопасного полета.

Функция No Fly Zone

Такая функция применяется в гражданских беспилотниках. На данный момент эта функция есть у квадрокоптеров компании DJI. Дрон не полетит туда, где FAA (американское ведомство) запретило полет по определенным причинам, например, там аэропорт или правительственные здания.

Вид от первого лица — FPV

Одной из главных функций и возможностей из-за которой дроны стали популярными — это FPV или вид от первого лица!

Что такое FPV — это First Person View или вид от первого лица.

Вся суть в том, что на дроне установлена камера, которая снимает видео и с помощью видеопередатчика транслирует видео в режиме реального времени в ваш телефон или другое устройства: экран, FPV шлем или очки. Вы видите «глазами» беспилотника, как будто вы находитесь внутри него.

FPV позволяет управлять самолетом, квадрокоптером или другим дроном на дальних расстояниях, в отличие от визуального полета. Также это дает гораздо большую свободу полета. Именно эта технология дала толчок к развитию беспилотников.

Видео передается по радио связи (аналоговый сигнал), либо через цифровой канал. У аналогового канала задержки минимальные, у «цифры» они выше, но сейчас разработки не стоят на месте и задержки становятся минимальными.

Например, DJI Mavic 2 может передавать цифровое видео в ваш телефон на расстоянии до 8 км при разрешении 1080р!

Живое видео в реальном времени — это захватывающая технология беспилотников.

Обновление программного обеспечения (прошивки) через порт USB

Это тоже своего рода функция. У всех дронов выше средней ценовой категории есть microUSB порт. Он нужен для того, чтобы обновлять программное обеспечение (прошивку) вашего квадрокоптера или другой модели.

Дрон это по сути мини компьютер с пропеллерами и камерой и он нуждается в обновлении. Производители периодически исправляют ошибки в ПО или добавляют новые функции. Как обновлять беспилотник — обычно такая информация есть в инструкции к вашему дрону.

Приложение для управления дроном

У каждого съемочного дрона есть свое приложение (либо стороннее у бюджетных моделей), с помощью которого можно управлять беспилотником. Там содержится много информации и настроек, а также транслируется видео.

Камера: видео и фотосъемка

Еще один пункт, который подтолкнул сферу дронов к очень быстрому развитию — камера. Изначально камеры на квадрокоптерах были низкого качества, а еще у всех была линза с эффектом «рыбий глаз», из-за чего качество видео было посредственным. Производители быстро поняли, что люди хотят использовать дрон для качественной съемки видео, красивых мест, а также делать фотографии, поэтому поменяли вектор на нормальные линзы без всяких эффектов и искажений.

Такие гиганты как DJI, Yuneec, Xiaomi и другие, начали ставить качественные камеры с разрешением съемки 4К и большим битрейтом записи. Это позволило запуститься новому витку развития аэросъемки. Для записи доступны качественные и тяжелые форматы, такие как CinemaDNG и RAW.

Кроме просто качественной картинки, производители начали устанавливать в камеру оптический и цифровой зум. Например, камера Zenmuse Z30 от DJI имеет оптический 3,5 кратный зум, а также 2-кратный цифровой без потерь качества. А у Walkera Voyager 5 оптический зум составляет невероятные 30 крат!

Для того, чтобы видео было плавным, используются специальные механические подвесы камер, которые крепятся на резиновые демпферы к днищу дрона, либо крепятся к передней части, как у DJI Mavic. Да, сегодня много говорится об этой фирме, потому что они являются законодателями мира дронов и качественной беспилотной продукции.

Чаще всего, это 3-осевые подвесы, такого вида:

Функция Sensor Fusion для создания 3D-карт местности и зданий

Функция, которая используя несколько датчиков (лидар, мультиспектральная камера и обычная камера) может создавать 3D-модели местности, ландшафтов и зданий, очень здорово помогли архитекторам и проектировщикам в их работе. Все это происходит быстро и качественно, нужно лишь тщательно облететь здание со всех сторон, затем перенести отснятый материал в компьютер и с помощью специальной программы обработать данные.

Вот так это происходит:

Интеллектуальные режимы полета

Сейчас у многих дронов большой список интеллектуальных режимов полета.

Например, у Phantom 4 Pro список режимов такой:

• Активный трек;
• Следуй за мной;
• TapFly (нажимается точка на экране, куда нужно будет полететь квадрокоптеру);
• Режим штатива;
• Режим жестов;
• S-Mode (Sport);
• P-Mode (Position);
• A-Mode (Attitude);
• Режим новичка;
• Блокировка курса;
• Возврат домой;
• Предотвращение препятствий.

Самая интересная функция, на мой взгляд, это «следуй за мной», ее еще называют функцией ведения. Получаются потрясающие кадры, особенно у тех, кто едет на велосипеде, бегает или катается на сноуборде. Выглядит это так:

О дронах по научному, но понятным языком

Есть замечательный ученый, Раффаэлло Д’Андреа. Он изучает робототехнику, а в частности беспилотники и находит и исследует различное применение дронам в нашей с вами жизни. Это один из тех людей, кто двигает развитие этой отрасли.

Сайт Раффаэлло: https://raffaello.name/

Видео с его рассказом о беспилотниках и технологиях, на которых это все работает. Русской озвучки нет, но есть русские субтитры, которые очень качественно переведены:

Сергей

Пилот как съемочного, так и гоночного квадрокоптеров

Задать вопрос

На этом все! Надеюсь вам было интересно читать и узнавать много нового о дронах!
Если у вас остались вопросы, я с радостью дам на них ответ. Жмите кнопку "Задать вопрос"