DJI-drones:je hebt zoveel GPS-satellieten nodig om te vliegen

Sinds de komst van drone-technologie die op de wereld werd uitgebracht, heeft het samengewerkt met een ander belangrijk technologisch hoogstandje van de mens. Dat is het Global Positioning System of kortweg GPS. GPS is wat die gemakkelijk crashbare speelgoedquadcopter heeft gemaakt en er een levensvatbaar stuk uitrusting van heeft gemaakt.

We zouden echter nergens zijn zonder wat GPS maakt, nou ja, GPS en dat zijn satellieten. Zonder dat netwerk van objecten die om onze aardbol draaien, zou GPS niet mogelijk zijn en als zodanig zou een gestabiliseerde hover ook niet mogelijk zijn, noch de functie Return to Home.

Met de gemiddelde satelliet die zich op ongeveer 1200 mijl van het aardoppervlak bevindt, zijn sommige wat dichterbij en sommige verder. Er zijn momenteel bijna 5.000 in een baan om de aarde en er zijn tegenwoordig meerdere netwerken beschikbaar voor positionering, zoals GLONASS of Global Navigation Satellite System of BeiDou, het Chinese positioneringssysteem.

Vanwege de afstand en de locatie van de baan van de satellieten, is er meer dan één nodig om een ​​positie te trianguleren.

Om eenvoudig uw positie te vinden, heeft u minimaal vier satellieten nodig, maar gemiddeld heb je zo'n 7-12 satellieten nodig voor een solide stabiele verbinding met een drone. Afhankelijk van met welke drone je vliegt, heb je ook 7-12 nodig om de Home Point nauwkeurig op te nemen.

Stel dat u een pad bewandelt en uw locatie wilt weten. Als u in dit geval slechts vier satellieten ontvangt, krijgt u een goed idee van uw locatie.

Onze mobiele telefoons zijn een goed voorbeeld van een apparaat dat we elke dag bij ons hebben en dat GPS gebruikt om altijd de locatie van de telefoon te weten. Maak je geen zorgen, er is genoeg aluminiumfolie om rond te gaan als we hoeden moeten maken.

Drones, hoewel vergelijkbaar, bewegen met hogere snelheden en kunnen hun hoogte veranderen, waardoor het een beetje moeilijker wordt om een ​​positie te kennen van slechts 4 satellieten. En dan om de zeer nauwkeurige positionering te hebben om een ​​hover te behouden, lijkt 7 tot 12 ongeveer goed.

Hoeveel satellieten vliegen?

Dit roept de vraag op, hoeveel heb ik van die bijna 5.000 satellieten nodig om met mijn drone te vliegen en waarom zo veel?

Een van de beste en meest voordelige functies die in alle DJI-drones zijn ingebouwd, is de Return To Home-functie. Met deze functie keert het vaartuig terug naar de landingszone als de verbinding met de controller wordt verbroken of om een ​​andere reden waarvoor je de drone hebt ingesteld.

GPS biedt ook de realtime locatie van het vaartuig en de controller. Zonder dit soort vlieghulpmiddelen zou het vliegen met een drone heel anders zijn. Een beetje zoals het aansteken van een gloeilamp met een Bagdad-batterij.

Het is dus belangrijk om je Homepoint op te nemen voorafgaand aan de lancering. Om het Homepoint te kunnen opnemen, heb je een minimumaantal satellieten nodig voor elk van deze DJI-drones:

Belangrijke redenen om GPS te hebben

De huidige DJI-drones staan ​​bekend om hun kwaliteit en hun vliegcapaciteiten. Van een overvloed aan Intelligent Flight Modes tot het vasthouden van een rotsvaste positie, het is GPS die het allemaal mogelijk maakt.

Het is wat die Mavic 2 Pro in die stabiele positie houdt, zodat je de perfecte foto kunt maken. Zonder de GPS-eenheid zou je de locatie van de drone op een kaart niet weten ten opzichte van je eigen positie.

Zonder GPS zou er niet zoiets zijn als Orthomosiac Mapping en die prachtige Phantom 4 Pro zal veel minder werk hebben om uit te voeren.

Zonder GPS zouden drones niet zo'n nieuwe industrie hebben gevormd als nu. Oh nee, we zouden nog steeds plakkerige vingers krijgen van het bouwen van balsemhouten modellen en kijken hoe ze herhaaldelijk crashen terwijl we probeerden ze te vliegen.

Kan een drone worden gevlogen zonder GPS? Zeker. Waar is het plezier in het vechten tegen de vlucht? Als ik moest kiezen, zou ik de GPS houden.

Achtergrond van GPS

Net als onze branche heeft GPS wereldwijde effecten gehad op bijna elk aspect van ons leven. Heb je tenslotte de laatste gezien? Er is nu een bedrijf dat drone-reclame aanbiedt, zoals vliegende reclameborden. De drone is geprogrammeerd om tijdens evenementen en dergelijke een vlucht en positie in een DroneZone-gebied te behouden, zodat deelnemers aan evenementen en de drones comfortabel van elkaar verwijderd blijven.

Dit laat alleen maar zien dat er zoveel nieuwe en creatieve toepassingen zijn voor drones waar we nog niet eens aan hebben gedacht. Zonder GPS had dit type vlucht nooit kunnen plaatsvinden. Natuurlijk, de andere kant van de prop is, wie heeft er reclame nodig die rondvliegt? Heb ik gelijk?!

GPS ontstond toen het ministerie van Defensie in de jaren 70 op zoek was naar een robuust, betrouwbaar satellietnavigatiesysteem. Ze brachten voor het eerst een vroege versie online in 1978. Dat systeem stond bekend als NAVSTAR of Navigational System with Timing and Ranging, maar was niet beschikbaar voor civiel gebruik.

Het systeem dat we tegenwoordig kennen als GPS is beschikbaar en wordt door veel entiteiten gebruikt. Nog steeds met een zware achtergrond rond militaire systemen, wordt het ook gebruikt voor civiele, commerciële en wetenschappelijke behoeften. Het huidige GPS-systeem gebruikt 24 satellieten en kwam online in 1993.

Het huidige GPS-systeem biedt twee serviceniveaus. Degene die we gebruiken en waarmee we het meest vertrouwd zijn, is de Standard Positioning Service of kortweg SPS. Dit SPS-systeem is continu, wereldwijd beschikbaar en is gratis voor de eindgebruikers.

De andere kant van het huidige GPS-systeem, bekend als Precise Positioning System of PPS, is beperkt tot gebruik door de overheid. GPS is eigendom van de Verenigde Staten en wordt beheerd door de Amerikaanse luchtmacht.

GLONASS

Net als de redenen voor de Verenigde Staten om een ​​dergelijk systeem te creëren, hebben andere landen hetzelfde gedaan. Rusland heeft zijn eigen systeem dat GLONASS of Global Navigation Satellite System wordt genoemd.

Net als het Amerikaanse GPS-systeem, volgt de GLONASS een vergelijkbare tijdlijn van creatie en redenering, met zijn oprichting als een militair systeem dat uiteindelijk beschikbaar werd voor het grote publiek.

Evenals het GPS-systeem is het GLONASS-systeem voor iedereen wereldwijd beschikbaar zonder kosten voor de eindgebruiker. GLONASS gebruikt, net als GPS, een systeem van 24 satellieten.

BeiDou navigatiesatellietsysteem

Een derde systeem dat door de Chinese regering wordt beheerd, is het BeiDou-navigatiesatellietsysteem, BDS voor de korte versie. Dit systeem werd in 2018 wereldwijd operationeel en heeft een grotere reeks met in totaal 35 satellieten in zijn configuratie dan de 24 die in de andere systemen worden aangetroffen.

Met de extra satellieten wordt verwacht dat het BDS-systeem in staat zal zijn tot millimeternauwkeurigheid.

U kunt andere Global Positioning-systemen vinden, zoals het Galileo Positioning System. DJI gebruikt deze drie echter voor hun positioneringssystemen, waarbij het BeiDou-systeem voor het eerst op de nieuwe Mavic 3 wordt aangetroffen.

Dus hoe werkt het allemaal?

Zowel in je DJI Drone als in de controller zit een GPS-eenheid, een zender. Dit toestel zendt constant een signaal uit. De satellieten binnen het bereik van dat signaal zullen reageren. Hier kan het heel snel heel ingewikkeld worden.

U kunt een signaal ontvangen van een satelliet die net buiten bereik is, of boven de horizon. De typische satelliet rijdt tenslotte met een snelheid van 27.400 km/u op een hoogte van 242 km.

Om een ​​positie bekend te maken, moeten minimaal 4 satellietsignalen worden verkregen, vanwege de positionering van die satellieten en hun beweging, evenals die van het vaartuig. Maar je krijgt misschien geen goede nauwkeurige positionering van alleen de 4 of zelfs 6.

Het gebruik van meer satellieten om die nauwkeurigheid te vergroten en datasets te bevestigen, zorgt voor die rotsvaste zweefbeweging die we als vanzelfsprekend beschouwen.

DJI houdt van redundantie en heeft veel veiligheidsfuncties ingebouwd. In dit geval hebben ze de drone geprogrammeerd om niet alleen de basiswaarde voor een positie te verkrijgen, maar ook een back-upmeting die de eerste, en in sommige gevallen zelfs een derde verifieert.

Het is om deze reden dat de meeste DJI-drones een minimum aantal satellieten nodig hebben in het bereik van 6 tot 12 . Met dit aantal satellieten dat locatiegegevens levert, kan het vliegtuig nauwkeurige locatiegegevens hebben.

Problemen met GPS

Verdunning van precisie (nauwkeurigheid van positie)

Bij het gebruik van GPS-positionering zijn er enkele bekende problemen. Een daarvan is de Dilution of Precision, kortweg DOP. DOP is de maat voor de nauwkeurigheid van de positie van de vier satellieten ten opzichte van de ontvanger.

Er is een waardeschaal voor DOP en je DJI-drone heeft geprogrammeerde algoritmen die dit voor je berekenen. Vanwege dit probleem heeft DJI de voorzorgsmaatregel genomen om meer dan alleen de vier minimaal benodigde satellieten nodig te hebben, want hoe meer verbindingen je hebt, hoe nauwkeuriger je positioneringsgegevens kunnen zijn.

De onderstaande grafiek dekt de DOP-waarden van 1 tot 20.

DOP kan op een aantal manieren worden gemeten. Er is Horizontaal, Verticaal, Positie 3D, Tijdsverdunning en Geometrisch. Als het gaat om het meten van DOP, draait het allemaal om de geometrie. Voor ons drone-gebruikers doet het vaartuig gelukkig al dat rekenwerk. Kunt u zich voorstellen?

Wat betekent dat dan allemaal? Het betekent dat, ook al hebben we goede hoge aantallen in het aantal satellieten, we misschien niet zo'n goede signaalsterkte hebben, afhankelijk van hoe die satellieten zijn geclusterd.

Dit komt omdat satellieten die verder uit elkaar staan, betere positioneringsgegevens zullen leveren dan satellieten die zich dicht bij elkaar bevinden. Triangulatie, weet je nog?

Kp-index (effecten van zonneactiviteit)

Een ander bekend probleem dat zich kan voordoen bij GPS-positionering is wat bekend staat als de K-index en zijn extensie de Planetaire K-index. Dit indexeringssysteem wordt gebruikt om de effecten van zonneactiviteit te meten, bij de meesten bekend als eenvoudigweg de Kp-index.

Deze index is de maat voor magnetische interferentie in het magnetische veld van de aarde. Het magnetische veld van de aarde kan fouten introduceren in de GPS-positionering van uw drone en als zodanig zullen gebeurtenissen die dat veld beïnvloeden ook die positionering beïnvloeden.

Aangezien u satellieten gebruikt die zich in de ruimte bevinden, moet u rekening houden met ruimtegerelateerde gebeurtenissen zoals zonnestormen of andere gebeurtenissen die magnetische velden beïnvloeden.

Je hebt deze index misschien opgemerkt als je weer-apps zoals een UAV Forecast gebruikt. Als algemene regel geldt dat het oké is om te vliegen als de index lager is dan 5, dus elke Kp tussen 1 en 4 is een groen licht om te vliegen. De index gaat tot 9, met 5 en hoger, wat mogelijk van invloed is op de vraag of u satellieten kunt verwerven en of die satellieten een goede positionering kunnen bieden.

Satellietpositionering (ten opzichte van u)

Zoals we hierboven hebben gezien, is de positie van de satelliet net zo belangrijk voor het hebben van een goed signaal als het hebben van een groot aantal satellieten, aangezien een groot aantal satellieten nog steeds een zwak signaal zal geven als ze bij elkaar worden geclusterd.

Het verkrijgen van een goede satellietdekking kan ook worden beïnvloed door het terrein van het gebied waarin u vliegt. Als u zich in een diepe vallei bevindt met rotswanden om u heen, kunnen satellieten u misschien moeilijk vinden.

Je locatie op deze rots die in een baan om de vurige bal in de lucht draait, is ook iets dat je GPS kan beïnvloeden. Aangezien de meeste satellieten in de buurt van de evenaar draaien, kunt u, als u zich op een hoge breedtegraad bevindt, zoals Alaska of Noord-Canada, meer dagen zien waarop de Kp-index hoger is.

In gebieden als deze kun je een uniek fenomeen zien dat ook wel het noorderlicht of de Aurora Borealis wordt genoemd. Als u zich in Australië bevindt, kunt u een soortgelijk voorval vinden dat bekend staat als de Aurora Australis.

Beide fenomenen worden waargenomen wanneer de aarde hoge niveaus van zonnestraling of zonnestormen ervaart. Tijdens deze tijden is het heel goed mogelijk om sterke elektromagnetische interferentie te ervaren. Deze interferentie kan op zijn beurt een effect hebben op uw GPS.

Wat gebeurt er als je GPS kwijtraakt?

Het is altijd mogelijk dat je GPS-signaal wegvalt tijdens het vliegen. Dit kan een tijdelijk iets zijn of het kan van langere duur zijn. Deze gebeurtenis kan ertoe leiden dat u ofwel in de ATTI-modus (Attitude) moet vliegen of het vaartuig moet binnenbrengen en landen.

Als een failsafe zijn alle DJI-drones geprogrammeerd om over te schakelen naar de ATTI-modus in het geval dat het GPS-signaal wegvalt. De app-weergave toont waarschuwingen van de aard, "Strong Magnetic Inference Calibrate Compass", "GPS-verlies, overschakelen naar Atti-modus".

In de meeste gevallen is dit een tijdelijk verlies en voordat u zelfs maar kunt reageren, is de GPS teruggekeerd. In sommige gevallen bevindt u zich mogelijk in de buurt van een gebied dat uw signaal beïnvloedt, zoals hoogspanningsleidingen, onderstations, in een diep smal dal, enz.

De bron van de interferentie is dus vaak een bron op de grond. Zoals we hebben besproken, zijn er ook bronnen in de ruimte voor interferentie.

Ongeacht de oorzaak van het signaalverlies, weet gewoon dat het vaartuig naar de Atti-modus gaat. In deze modus behoudt het vaartuig zijn ingestelde hoogte en vliegt het normaal. Zonder de GPS zal het vaartuig echter onderhevig zijn aan de wind die in het gebied kan zijn en moet u rekening houden met dat driften tijdens het vliegen.

Vliegende drones zouden gewoon niet hetzelfde zijn zonder dat onze vrienden daarboven ervoor zorgen dat we weten waar we zijn. GPS is tegenwoordig overal om ons heen, maar dat was niet altijd het geval. Voorafgaand aan GPS, zouden we een koers op een kaart uitzetten en vertrouwen op kompaspeilingen.

Van alle vele veranderingen in deze moderne wereld heeft GPS een diepgaand effect gehad op hoe we reizen en ons verplaatsen, of het nu door de lucht, over land of over zee is. Voor ons dronepiloten zouden we de geweldige dingen die we doen niet zonder kunnen doen.

Vlieg veilig, vlieg altijd, vlieg altijd veilig!