Дрони від першої особи (FPV)

Що таке режим FPV та як він працює?

FPV дрон – дрон з видом від першої особи. Це означає, що пілот такого дрона бачить усе, що бачить камера дрона, ніби він перебував усередині цього літального апарату.

Конструктивно немає жодної різниці між FPV-дроном та звичайним дроном, управління яким здійснюється шляхом спостереження із землі. До звичайного дрону можна прикріпити смартфон або оснастити відеокамерою.

Головною відмінністю FPV дрону є камера, що передає відеозображення у високій якості, на високій швидкості в режимі реального часу. Затримка кадру такої камери може змінюватись від 100 до 200 мс, що досить близько до швидкості передачі відео сучасних екшн-камер.

Однією з важливих характеристик дронової камери є FOV (поле зору), яке визначає кут огляду, який може бачити пілот дрона. Чим більший кут поля зору, тим реалістичніше візуальне сприйняття і тим менша ймовірність зіткнення дрону з іншими об'єктами.

При польоті в режимі FPV відеопотік передається онлайн на екран панелі керування, або спеціальні відеоокуляри за допомогою бездротових технологій. В даному випадку відеоокуляри являють собою спеціальний пристрій із вбудованими мікроекранами, що дозволяє досягти ефекту повного занурення пілота. Чим вище роздільна здатність вбудованих в окуляри екранів і чим вища якість зображення, тим сильніше відчуття занурення.

Плюси та мінуси звичайних та FPV дронів

Як і все в цьому світі, FPV-дрони мають свої переваги та недоліки в порівнянні зі звичайними мультикоптерами. За деякими своїми властивостями дрони від першої особи є повною протилежністю, наприклад, за вагою або швидкістю.

Вага пристрою

Як правило, звичайні дрони мають більшу вагу, оскільки оснащені великою кількістю датчиків, стабілізаторів та більш ємними акумуляторами. На відміну від цього, дрони FPV легші та мобільніші.

Швидкість пристрою

Оскільки швидкість поняття відносне, ми наводимо середні цифри в залежності від виробника і моделі. Звичайний дрон має середню швидкість близько 50 кілометрів на годину, а сучасний FPV-дрон може літати зі швидкістю понад 200 км/год. Цьому сприяють компактний корпус, легкі матеріали та менша загальна вага.

Управління пристроєм

Що стосується управління, то тут звичайні дрони виграють через велику кількість датчиків і стабілізаторів, їхнє управління більш безпечне і плавне. Так що новачкові легко навчитися керувати польотом, адже звичайний дрон переміщається лише у вертикальній та горизонтальній площинах. Також за рахунок інтеграції датчиків та програмного забезпечення оператор отримує підказки щодо контролю чи небезпечного наближення до стороннього об'єкта.

У FPV-дрону таких обмежень немає, що ускладнює процес управління та збільшує ризик виходу дрона з ладу через пошкодження, викликані невмілим управлінням. Але пілоти можуть перетворити такий дрон на будь-який літак, що робить його незамінним інструментом для зйомки захоплюючих видів, наприклад, для кіно або бойовиків.

Час роботи пристрою

Через великі розміри звичайні дрони мають акумулятори більшої ємності, що дозволяє їм довше залишатися у повітрі. Залежно від дій дрону оператор може працювати близько години.

Дрони FPV мають легкий корпус та легкі батареї для високої швидкості. Акумулятори на таких дронах мають меншу ємність.

Ремонт та обслуговування пристроїв

Недолік звичайних дронів у тому, що навіть через невелику несправність доводиться відправляти пристрій у сервісний центр виробника, щоб не порушити цілісність конструкції. Ремонт можливий лише за наявності спеціалізованого обладнання. У цьому плані FPV-дрони є повною протилежністю, тому що їх можна ремонтувати та обслуговувати в домашніх умовах за допомогою запасних частин та звичайного набору інструментів.

Області використання

Дрони FPV були розроблені в першу чергу для досліджень та транспортування. Але, незважаючи на своє початкове призначення, вони знайшли застосування у багатьох сферах та галузях завдяки своїй маневреності, ефекту присутності та унікальній перспективі.

Трохи історії

Людство давно мріє про механізованих помічників. Одним із перших винахідників був Нікола Тесла. Він не лише запропонував теоретичну модель дистанційно керованого дрону, а й реалізував її на практиці. Коли Тесла запатентував винахід, він назвав його інструментом дослідження, транспортування та ведення війни. Так що на сьогоднішній день це основні сфери застосування безпілотних дистанційно керованих автомобілів.

Використання дронів у бойових умовах

За використання дронів у військах або близьких до них діях дрони можна поділити на розвідувальні та ударні. Дрони-камікадзе також можна віднести до ударних дронів.

FPV-дрони найчастіше використовуються у розвідці та спостереженні, оскільки їх можна використовувати для виявлення розташування техніки та живої сили противника. Вони також допомагають коригувати артилерійські та авіаційні удари, роблячи їх удари більш точними та руйнівними. FPV-дрони передають у режимі реального часу бойову обстановку, що дозволяє військовому керівництву швидко та своєчасно реагувати на зміни, а також адаптувати військову тактику та стратегію залежно від обставин.

Використання дронів FPV у наукових дослідженнях

Використання FPV-дронів у наукових дослідженнях дозволяє збирати цінні дані з важкодоступних місць, забезпечуючи точніші та інформативніші результати досліджень у різних дисциплінах. Забезпечити доступ до віддалених чи небезпечних місць, куди вченим небезпечно чи важко дістатися, наприклад, пустелях, джунглям, високогір'ям та іншим.

В археології такі дрони дозволяють проводити аерофотозйомку потенційних місць розкопок, виявляти ознаки стародавніх поселень та розробляти план розкопок. У тому числі допомагаючи уточнювати карти існуючих розкопок і створюючи нові.

Дрони FPV відіграють неоціненну роль в океанографії та морських дослідженнях, оскільки через високий тиск води доступ людей до багатьох підводних областей обмежений або неможливий. Вони допомагають вивчати унікальні екосистеми та геологію дна і навіть знаходити скарби в місцях аварії корабля.

Як і в підводних дослідженнях, дрони з камерою від першої особи — незамінні помічники вулканології. Вони дозволяють дослідникам вивчати вулкани та магматичні процеси, а також аналізувати викиди та зміни вулканічної активності з близької відстані.

FPV-дрони в кінематографі та розвагах

Використання FPV-дронів у кіно дозволяє робити неймовірні та видовищні кадри з нестандартних ракурсів та динамічну зйомку, що до появи цієї технології було просто неможливо. Такі дрони дозволяють літати близько до об'єктів, що створює ілюзію присутності під час переслідування, а також пролітати через вузькі прольоти та невеликі перешкоди. Ця технологія надає широке поле для експериментів з незвичайними ракурсами та рухами, що додає кіновиробництву новизну та креативність.

Дрони FPV можуть знімати такі видовища, як екстремальні види спорту, водні перегони, катання на гірських лижах та інші види діяльності, які важко знімати із землі. Оскільки дрон може літати зі швидкістю більше 200 км/год, він дозволяє наздоганяти високошвидкісні об'єкти і створювати дивовижні кадри, які неможливо зробити за допомогою звичайних дронів.

Гонки дронів FPV

Дрони від першої особи не лише спостерігають, а й можуть бути учасниками змагань. Перегони проходять на спеціально спроектованих трасах, що включають різні перешкоди та елементи для перевірки навичок пілотування та реакції учасників. Траси можуть розташовуватися як на відкритих майданчиках, так і в закритих приміщеннях, а у вигляді перешкод можуть бути спеціальні кільця та ворота.

Загалом використання FPV-дронів у кінематографії та розвагах потребує досвідчених пілотів-операторів, здатних поєднувати технічні навички з художнім баченням. Це може значно збагатити візуальний досвід глядачів та дозволити їм створювати унікальні та захоплюючі сцени.

Повний комплект дрону

Як і багато інших пристроїв, FPV-дрон має свою конструкцію і складається з частин. У списку нижче вказано максимально можливе обладнання. Наприклад, GPS або додатковий акумулятор не є обов'язковими, але покращують функціональність керованого пристрою, збільшуючи його можливості. Далі розглянемо деякі деталі окремо та проаналізуємо їх основні характеристики та властивості.

Повний комплект дрону.

Комплектація дронів від першої особи:

Кузов/рама;

Мотори;

Пропелери;

Контролер польоту (ФК);

Регулятор швидкості (ESC);

Приймач (RX);

Камера;

Відеопередавач;

Антена;

Батарея;

GPS модуль;

Зумер/додатковий акумулятор;

Панель управління;

Окуляри чи дисплей.

Корпус або дрона рама

Якщо ви збираєте мультироторний дрон самостійно, врахуйте, що кожна рама розрахована на максимальний розмір пропелерів. На це впливає відстань між двигунами на самому корпусі.

Зверніть увагу на розмір отворів для контролера польоту, контролера швидкості, камери та інших важливих модулів. Сучасні рами для коптерів виготовляються із композитних матеріалів, що дозволяє суттєво знизити вагу без втрати міцності.

Мотори

Основними характеристиками мотора є його габарити та кількість обертів за хвилину. Так, наприклад, якщо ви бачите електродвигун з маркуванням 2808-1400 КВ, це означає, що статор цього двигуна має діаметр 28 мм та висоту 8 мм. У свою чергу показник КВ – це кількість обертів за хвилину для 1 вольта.

У нашому випадку це число дорівнює 1400 об/хв. Існує прямий зв'язок між габаритами дрону та показниками КВ. Чим більше дрон, тим менше оборотів він виробляє, чим менше, тим більше кількість КВ.

Наступна важлива характеристика цього модуля – потяг. Тяга вимірюється в грамах або кілограмах ваги, яку двигун може підняти в повітря. ККД двигуна вимірюється співвідношення кількості маси до одиниці електроенергії, тобто. 1 Ватт.

Пропелери

Важливими властивостями гребних гвинтів є діаметр, кількість лопатей та крок. У сумі це впливає на загальну тягу, яку здатні розвивати електродвигуни коптеру, енергоспоживання та рівень шуму. При замовленні гребних гвинтів окремо важливо перевірити тип кріплення, щоб переконатися, що вони сумісні з двигунами.

Контролер польоту (FC)

На даний момент найбільш поширені розміри польотних контролерів – 20×20 та 30,5×30,5 міліметрів. Це необхідно враховувати при виборі рами/корпуса дрона та регулятора швидкості.

Мозок польотного контролера - це процесор, який збирає та аналізує дані акселерометра та гіроскопа для правильної орієнтації апарату у просторі. FC оснащені процесорами F3, F4 та F7. На даний момент F7 є найсучаснішим і найпродуктивнішим процесором.

Ще одним важливим параметром ФК є кількість наявних у ньому портів (UART) та виходів (ШІМ), які дозволяють підключати додаткове обладнання та модулі. Чим більша кількість портів і виходів, тим вища вартість ФК.

Також уважно перевірте кількість виходів двигуна, вона повинна відповідати конструкції вашого дрону. Якщо ви збираєтеся збирати октокоптер із вісьма моторами, то стандартний ФК із чотирма моторами не підійде.

Контролер польоту оснащений барометром, який вимірює висоту дрону. Деякі ФК також мають технологію Bluetooth/Wi-Fi для віддаленого програмування та налаштування контролера з комп'ютера чи телефону.

Електронний регулятор швидкості (ESC)

Регулятор швидкості або електронний регулятор швидкості, а також контролери польоту переважно зустрічаються у форматах 20×20 та 30,5×30,5 міліметрів. Двигуни та ПЧ безпосередньо підключені до ESC.

Основними параметрами ESC є робоча напруга та максимальний струм. Робоча напруга розраховується залежно від акумулятора та напруги кожної секції. Вам потрібно підібрати максимальний струм для двигунів, але при цьому зробити запас по силі струму. Не рекомендується брати ESC з тією ж силою струму, що і двигуни. Обидва ці показники завжди відзначені на корпусі кожного регулятора швидкості.

Окремо варто згадати комбінований польотний контролер із регулятором швидкості (All-in-one/AIO). На ринку є регулятори швидкості з польотними контролерами, об'єднаними в одну мікросхему. Він має переваги в компактності і меншій вазі, але при виході з ладу одного з модулів на об'єднаній платі ви втрачаєте обидва. За ціною інтегровані рішення коштують стільки ж, скільки ESC та FC разом узяті.

Приймач (Прийом)

Основними характеристиками приймача дрону є протоколи зв'язку, зворотне з'єднання та фізичні розміри. Протокол зв'язку — це стандарт, яким радіопередавач і приймач обмінюються даними. Поточні протоколи - ELRS та Crossfire. Протоколи Flysky та FRsky вважаються застарілими та не рекомендуються до використання.

Найбільш популярні робочі частоти радіоприймачів - 2,4 ГГц та 915/868 МГц. Приймачі з робочою частотою 2,4 ГГц мають невеликі антени, але, наприклад, частота 915 МГц краще підходить для великих відстаней та керування дроном через сторонні предмети.

Приймачі також можуть передавати телеметрію. Наприклад, напруга батареї, координати GPS, швидкість та інші дані.

Камера

Важливим параметром камери дрона є роздільна здатність, якщо вона цифрова. У аналогових камерах цей показник - ТВЛ (ТВ-лінії), кількість вертикальних ліній. Чим воно вище, тим краще камера. Також необхідно враховувати кут огляду камери та світлочутливість (ЛЮКС). При низькій світлочутливості польоти можливі навіть у сутінках.

Відеопередавач (VTX)

Як і камери, відеопередавачі можуть бути цифровими, так і аналоговими. Найбільш поширена робоча частота відеопередавача - 5,8 МГц.

Для цього модуля важливу роль відіграє потужність, яка вимірюється або в міліватах, або у Ват. Відеопередавачі з великою потужністю гріються сильніше, тому оснащені власними кулерами. Чим більша потужність, тим більша відстань передається відеосигнал.

Відеопередавач підключається до антени. Розмір антени впливає на дальність передачі відео. Рознімання антени повинні бути сумісні з роз'ємами VTX, інакше вам доведеться використовувати адаптер для збільшення ваги дрона.

Вартість FPV дронів

Сьогодні ціна на FPV-дрони в залежності від опцій та обладнання може коливатися від $100 до кількох $1000. Ви можете купити готовий дрон, або заощадити та зібрати його самостійно з різних модулів та компонентів, які ми розглянули у цій статті.

Нижче представлена порівняльна таблиця популярних моделей FPV-дронів, їх характеристики та ціни. Ціни вказані на момент написання статті, тому можуть змінюватись в залежності від комплектації на момент замовлення. Поради про те, як правильно вибрати дрон для польотів, можна переглянути тут.

Нижче представлена порівняльна таблиця популярних моделей FPV-дронів, їх характеристики та ціни. Ціни вказані на момент написання статті, тому можуть змінюватись в залежності від комплектації на момент замовлення. Поради про те, як правильно вибрати дрон для польотів, можна переглянути тут.

Модель Вага (грам) Відео FPV

DJI Avata Explorer Combo 410 4К Окуляри

Autel Robotics EVO Lite+ 1191 1920×1080 Дисплей

DJI Mavic 3 Pro з дисплеєм DJI RC 1650 4K, 5,1K

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

DJI Mini 3 (DJI RC) 640 Дисплей 4К

Що потрібно для польотів FPV

Управління дроном з FPV.

Навчання пілотів управлінню дронами FPV вимагає поєднання технічних навичок, практики та розуміння безпеки. Перш за все, краще почати навчання на симуляторі, щоб попрактикуватися у віртуальному управлінні дроном. Це допоможе вам освоїти базові маневри та навички, не ризикуючи пошкодити дрон.

Потім потренуйтеся у зльотах та посадках на реальному літаку. Управління, коли дрон знаходиться близько до поверхні, може бути особливо утрудненим. Почніть із простих польотів і поступово додавайте складні маневри, такі як повороти, набори висоти, пікірування тощо.

Управління дроном FPV вимагає терпіння та постійної практики. Чим більше часу ви витратите на практику та відточування навичок, тим досвідченішим і впевненішим ви станете в управлінні дроном.

Підбиття підсумків

У цій статті ми розглянули плюси та мінуси дронів від першої особи порівняно із звичайними дронами, їх конфігурацію та структуру. На що слід звернути увагу, якщо ви збираєте FPV-дрони своїми руками і які деталі слід використовувати для найкращого досягнення поставленої мети. Також ми дізналися вартість найпопулярніших моделей найпоширеніших виробників.

Дрони FPV знайшли застосування в різних галузях, включаючи розважальні польоти, гонки дронів, відеозйомку, бойові, а також наукові та дослідницькі цілі. Вони дозволяють пілотам відчути адреналін польоту і насолодитися захоплюючими видами зверху, а також виконувати завдання, що вимагають точного управління і аерофотозйомки місцевості.