Дроны от первого лица (FPV)

Что такое режим FPV и как он работает?

FPV дрон – дрон с видом от первого лица. Это означает, что пилот такого дрона видит все, что видит камера дрона, как если бы он находился внутри этого летательного аппарата.

Конструктивно нет никакой разницы между FPV-дроном и обычным дроном, управление которым осуществляется путем наблюдения с земли. К обычному дрону можно прикрепить смартфон или оснастить его видеокамерой.

Главным отличием FPV дрона является камера, передающая видеоизображение в высоком качестве, на высокой скорости в режиме реального времени. Задержка кадра такой камеры может варьироваться от 100 до 200 мс, что достаточно близко к скорости передачи видео современных экшн-камер.

Одной из важных характеристик камеры дрона является FOV (поле зрения), которое определяет угол обзора, который может видеть пилот дрона. Чем больше угол поля зрения, тем реалистичнее визуальное восприятие и тем меньше вероятность столкновения дрона с другими объектами.

При полете в режиме FPV видеопоток передается онлайн на экран панели управления, либо в специальные видеоочки с помощью беспроводных технологий. В данном случае видеоочки представляют собой специальное устройство со встроенными микроэкранами, позволяющее добиться эффекта полного погружения пилота. Чем выше разрешение встроенных в очки экранов и чем выше качество изображения, тем сильнее ощущение погружения.

Плюсы и минусы обычных и FPV дронов

Как и все в этом мире, FPV-дроны имеют свои преимущества и недостатки по сравнению с обычными мультикоптерами. По некоторым своим свойствам дроны от первого лица являются полной противоположностью, например по весу или скорости.

Вес устройства

Как правило, обычные дроны имеют больший вес, поскольку оснащены большим количеством датчиков, стабилизаторов и более емкими аккумуляторами. В отличие от этого, дроны FPV легче и мобильнее.

Скорость устройства

Поскольку скорость — понятие относительное, мы приводим средние цифры в зависимости от производителя и модели. Обычный дрон имеет среднюю скорость около 50 километров в час, а современный FPV-дрон может летать со скоростью более 200 км/ч. Этому способствуют компактный корпус, легкие материалы и меньший общий вес.

Управление устройством

Что касается управления, то здесь обычные дроны выигрывают из-за большого количества датчиков и стабилизаторов, их управление более безопасное и плавное. Так что новичку легко научиться управлять полетом, ведь обычный дрон перемещается только в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Также за счет интеграции датчиков и программного обеспечения оператор получает подсказки относительно контроля или опасного приближения к постороннему объекту.

У FPV-дрона таких ограничений нет, что усложняет процесс управления и увеличивает риск выхода дрона из строя из-за повреждений, вызванных неумелым управлением. Но пилоты могут превратить такой дрон в любой самолет, что делает его незаменимым инструментом для съемки захватывающих видов, например, для кино или боевиков.

Время работы устройства

Из-за больших размеров обычные дроны имеют аккумуляторы большей емкости, что позволяет им дольше оставаться в воздухе. В зависимости от действий дрона оператор может работать около часа.

Дроны FPV имеют легкий корпус и легкие батареи для высокой скорости. Аккумуляторы на таких дронах имеют меньшую емкость.

Ремонт и обслуживание устройств

Недостаток обычных дронов в том, что даже из-за небольшой неисправности приходится отправлять устройство в сервисный центр производителя, чтобы не нарушить целостность конструкции. Ремонт возможен только при наличии специализированного оборудования. В этом плане FPV-дроны являются полной противоположностью, так как их можно ремонтировать и обслуживать в домашних условиях с помощью запасных частей и обычного набора инструментов.

Области использования

Дроны FPV были разработаны в первую очередь для исследований и транспортировки. Но, несмотря на свое первоначальное предназначение, они нашли применение во многих сферах и отраслях благодаря своей маневренности, эффекту присутствия и уникальной перспективе.

Немного истории

Человечество давно мечтает о механизированных помощниках. Одним из первых изобретателей был Никола Тесла. Он не только предложил теоретическую модель дистанционно управляемого дрона, но и реализовал ее на практике. Когда Тесла запатентовал изобретение, он назвал его инструментом исследования, транспортировки и ведения войны. Так что на сегодняшний день это основные области применения беспилотных дистанционно управляемых автомобилей.

Использование дронов в боевых условиях

Использование дронов в боевых условиях.

Источник

По использованию дронов в войсках или близких к ним действиях дроны можно разделить на разведывательные и ударные. Дроны-камикадзе также можно отнести к ударным дронам.

FPV-дроны наиболее часто используются в разведке и наблюдении, поскольку их можно использовать для обнаружения местоположения техники и живой силы противника. Они также помогают корректировать артиллерийские и авиационные удары, делая их удары более точными и разрушительными. FPV-дроны передают в режиме реального времени боевую обстановку, что позволяет военному руководству быстро и своевременно реагировать на изменения, а также адаптировать военную тактику и стратегию в зависимости от обстоятельств.

Использование дронов FPV в научных исследованиях

Использование FPV-дронов в научных исследованиях позволяет собирать ценные данные из труднодоступных мест, обеспечивая более точные и информативные результаты исследований в различных дисциплинах. Обеспечить доступ к удаленным или опасным местам, куда ученым опасно или трудно добраться, например, пустыням, джунглям, высокогорьям и другим.

В археологии такие дроны позволяют проводить аэрофотосъемку потенциальных мест раскопок, выявлять признаки древних поселений и разрабатывать план раскопок. В том числе, помогая уточнять карты существующих раскопок и создавая новые.

Дроны FPV играют неоценимую роль в океанографии и морских исследованиях, поскольку из-за высокого давления воды доступ людей ко многим подводным областям ограничен или невозможен. Они помогают изучать уникальные экосистемы и геологию дна и даже находить сокровища в местах кораблекрушений.

Как и в подводных исследованиях, дроны с камерой от первого лица — незаменимые помощники в вулканологии. Они позволяют исследователям изучать вулканы и магматические процессы, а также анализировать выбросы и изменения вулканической активности с близкого расстояния.

FPV-дроны в кинематографе и развлечениях

Использование FPV-дронов в кино позволяет делать невероятные и зрелищные кадры с нестандартных ракурсов и динамичную съемку, что до появления этой технологии было просто невозможно. Такие дроны позволяют летать близко к объектам, что создает иллюзию присутствия во время преследования, а также пролетать через узкие пролеты и небольшие препятствия. Эта технология предоставляет широкое поле для экспериментов с необычными ракурсами и движениями, что добавляет кинопроизводству новизну и креативность.

Дроны FPV могут снимать такие зрелища, как экстремальные виды спорта, водные гонки, катание на горных лыжах и другие виды деятельности, которые трудно снимать с земли. Поскольку дрон может летать со скоростью более 200 км/ч, он позволяет догонять высокоскоростные объекты и создавать умопомрачительные кадры, которые невозможно сделать с помощью обычных дронов.

Гонки дронов FPV

Дроны от первого лица не только наблюдают, но и могут быть участниками соревнований. Гонки проходят на специально спроектированных трассах, включающих различные препятствия и элементы для проверки навыков пилотирования и реакции участников. Трассы могут располагаться как на открытых площадках, так и в закрытых помещениях, а в виде препятствий могут быть специальные кольца и ворота.

В целом, использование FPV-дронов в кинематографии и развлечениях требует опытных пилотов-операторов, способных сочетать технические навыки с художественным видением. Это может значительно обогатить визуальный опыт зрителей и позволить им создавать уникальные и захватывающие сцены.

Полный комплект дрона

Как и многие другие устройства, FPV-дрон имеет свою конструкцию и состоит из частей. В списке ниже указано максимально возможное оснащение. Например, модуль GPS или дополнительный аккумулятор не являются обязательными, но улучшают функциональность управляемого устройства, увеличивая его возможности. Далее рассмотрим некоторые детали по отдельности и проанализируем их основные характеристики и свойства.

Полный комплект дрона.

Комплектация дронов от первого лица:

Кузов/рама;

Моторы;

Пропеллеры;

Контроллер полета (ФК);

Регулятор скорости (ESC);

Приемник (RX);

Камера;

Видеопередатчик;

Антенна;

Батарея;

GPS-модуль;

Зуммер/дополнительный аккумулятор;

Панель управления;

Очки или дисплей.

Корпус или рама дрона

Если вы собираете мультироторный дрон самостоятельно, учтите, что каждая рама рассчитана на соответствующий максимальный размер пропеллеров. На это влияет расстояние между моторами на самом корпусе.

Обратите внимание на размер отверстий для контроллера полета, контроллера скорости, камеры и других важных модулей. Современные рамы для коптеров изготавливаются из композитных материалов, что позволяет существенно снизить вес без потери прочности.

Моторы

Основными характеристиками мотора являются его габариты и количество оборотов в минуту. Так, например, если вы видите электродвигатель с маркировкой 2808-1400 КВ, это означает, что статор этого двигателя имеет диаметр 28 мм и высоту 8 мм. В свою очередь показатель КВ – это количество оборотов в минуту для 1 вольта.

В нашем случае это число равно 1400 об/мин. Существует прямая связь между габаритами дрона и показателями КВ. Чем больше дрон, тем меньше оборотов он производит, чем он меньше, тем больше количество КВ.

Следующая важная характеристика этого модуля – тяга. Тяга измеряется в граммах или килограммах веса, который мотор может поднять в воздух. КПД двигателя измеряется в соотношении количества массы к единице электроэнергии, т.е. 1 Ватт.

Пропеллеры

Важными свойствами гребных винтов являются диаметр, количество лопастей и шаг. В сумме это влияет на общую тягу, которую способны развивать электродвигатели коптера, энергопотребление и уровень шума. При заказе гребных винтов отдельно важно проверить тип крепления, чтобы убедиться, что они совместимы с вашими двигателями.

Контроллер полета (FC)

На данный момент наиболее распространенные размеры полетных контроллеров — 20×20 и 30,5×30,5 миллиметров. Это необходимо учитывать при выборе рамы/корпуса дрона и регулятора скорости.

Мозг полетного контроллера — это процессор, который собирает и анализирует данные акселерометра и гироскопа для правильной ориентации аппарата в пространстве. FC оснащены процессорами F3, F4 и F7. На данный момент F7 является самым современным и производительным процессором.

Еще одним важным параметром ФК является количество имеющихся в нем портов (UART) и выходов (ШИМ), которые позволяют подключать дополнительное оборудование и модули. Чем больше количество портов и выходов, тем выше стоимость ФК.

Также внимательно проверьте количество выходов мотора, оно должно соответствовать конструкции вашего дрона. Если вы собираетесь собирать октокоптер с восемью моторами, то стандартный ФК с четырьмя моторами не подойдет.

Контроллер полета оснащен барометром, который измеряет высоту дрона. Некоторые ФК также имеют технологию Bluetooth/Wi-Fi для удаленного программирования и настройки контроллера с компьютера или телефона.

Электронный регулятор скорости (ESC)

Регулятор скорости или электронный регулятор скорости, а также контроллеры полета в основном встречаются в форматах 20×20 и 30,5×30,5 миллиметров. Двигатели и ПЧ напрямую подключены к ESC.

Основными параметрами ESC являются рабочее напряжение и максимальный ток. Рабочее напряжение рассчитывается в зависимости от аккумулятора и напряжения каждой секции. Вам предстоит подобрать максимальный ток для двигателей, но при этом сделать запас по силе тока. Не рекомендуется брать ESC с той же силой тока, что и моторы. Оба этих показателя всегда отмечены на корпусе каждого регулятора скорости.

Отдельно стоит упомянуть комбинированный полетный контроллер с регулятором скорости (All-in-one/AIO). На рынке существуют регуляторы скорости с полетными контроллерами, объединенными в одну микросхему. У него есть преимущества в компактности и меньшем весе, но при выходе из строя одного из модулей на объединенной плате вы теряете оба. По цене интегрированные решения стоят столько же, сколько ESC и FC вместе взятые.

Приемник (Прием)

Основными характеристиками приемника дрона являются протоколы связи, обратное соединение и физические размеры. Протокол связи — это стандарт, по которому радиопередатчик и приемник обмениваются данными. Текущие протоколы — ELRS и Crossfire. Протоколы Flysky и FRsky считаются устаревшими и не рекомендуются к использованию.

Наиболее популярные рабочие частоты радиоприемников — 2,4 ГГц и 915/868 МГц. Приемники с рабочей частотой 2,4 ГГц имеют небольшие антенны, но, например, частота 915 МГц лучше подходит для больших расстояний и управления дроном через посторонние предметы.

Приемники также могут передавать телеметрию. Например, напряжение батареи, координаты GPS, скорость и другие данные.

Камера

Важным параметром камеры дрона является разрешение, если она цифровая. В аналоговых камерах этот показатель — ТВЛ (ТВ-линии), количество вертикальных линий. Чем оно выше, тем лучше камера. Также необходимо учитывать угол обзора камеры и светочувствительность (ЛЮКС). При низкой светочувствительности полеты возможны даже в сумерках.

Видеопередатчик (VTX)

Как и камеры, видеопередатчики могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Наиболее распространенная рабочая частота видеопередатчика — 5,8 МГц.

Для этого модуля важную роль играет мощность, которая измеряется либо в милливаттах, либо в ваттах. Видеопередатчики с большой мощностью греются сильнее, поэтому оснащены собственными кулерами. Чем больше мощность, тем на большее расстояние передается видеосигнал.

Видеопередатчик подключается к антенне. Размер антенны также влияет на дальность передачи видео. Разъемы антенны должны быть совместимы с разъемами VTX, в противном случае вам придется использовать адаптер для увеличения веса дрона.

Стоимость FPV дронов

Сегодня цена на FPV-дроны в зависимости от опций и оснащения может колебаться от $100 до нескольких $1000. Вы можете купить готовый дрон, либо сэкономить и собрать его самостоятельно из различных модулей и компонентов, которые мы рассмотрели в этой статье.

Ниже представлена сравнительная таблица популярных моделей FPV-дронов, их характеристики и цены. Цены указаны на момент написания статьи, поэтому могут меняться в зависимости от комплектации на момент вашего заказа. Советы о том, как правильно выбрать дрон для полетов, можно посмотреть здесь.

Ниже представлена сравнительная таблица популярных моделей FPV-дронов, их характеристики и цены. Цены указаны на момент написания статьи, поэтому могут меняться в зависимости от комплектации на момент вашего заказа. Советы о том, как правильно выбрать дрон для полетов, можно посмотреть здесь.

Модель Вес (грамм) Видео FPV 

DJI Avata Explorer Combo 410 4К Очки 

Autel Robotics EVO Lite+ 1191 1920×1080 Дисплей 

DJI Mavic 3 Pro с дисплеем DJI RC 1650 4K, 5,1K 

DJI Air 3 Fly More Combo с DJI RC 2 1090 4К Дисплей 

DJI Mini 3 (DJI RC) 640 Дисплей 4К 

Что необходимо для полетов FPV

Управление дроном с FPV.

Обучение пилотов управлению дронами FPV требует сочетания технических навыков, практики и понимания безопасности. Прежде всего, лучше начать обучение на симуляторе, чтобы попрактиковаться в виртуальном управлении дроном. Это поможет вам освоить базовые маневры и навыки, не рискуя повредить дрон.

Затем потренируйтесь в взлетах и посадках на реальном самолете. Управление, когда дрон находится близко к поверхности, может быть особенно затруднено. Начните с простых полетов и постепенно добавляйте сложные маневры, такие как повороты, наборы высоты, пикирования и т. д.

Управление дроном FPV требует терпения и постоянной практики. Чем больше времени вы потратите на практику и оттачивание навыков, тем опытнее и увереннее вы станете в управлении дроном.

Подведение итогов

В этой статье мы рассмотрели плюсы и минусы дронов от первого лица по сравнению с обычными дронами, их конфигурацию и структуру. На что следует обратить внимание, если вы собираете FPV-дрон своими руками и какие детали следует использовать для наилучшего достижения поставленных целей. Также мы узнали стоимость популярных моделей самых распространенных производителей.

Дроны FPV нашли применение в различных областях, включая развлекательные полеты, гонки дронов, видеосъемку, боевые, а также научные и исследовательские цели. Они позволяют пилотам ощутить адреналин полета и насладиться захватывающими дух видами сверху, а также выполнять задачи, требующие точного управления и аэрофотосъемки местности.