Droni DJI:hai bisogno di tanti satelliti GPS per volare

Da quando la tecnologia dei droni è stata rilasciata nel mondo, ha funzionato insieme a un'altra grande impresa tecnologica dell'uomo. Questo è il Global Positioning System o GPS in breve. Il GPS è ciò che ha preso quel quadcopter giocattolo facilmente schiantabile e lo ha reso un valido pezzo di kit.

Non saremmo da nessuna parte senza ciò che rende il GPS, beh il GPS e i satelliti. Se non fosse per quella rete di oggetti in orbita attorno al nostro globo, il GPS non sarebbe possibile e come tale non sarebbe possibile né un hover stabilizzato né la funzione Return to Home.

Con il satellite medio a circa 1200 miglia dalla superficie terrestre, alcuni sono un po' più vicini e altri più lontani. Ci sono quasi 5.000 attualmente in orbita e ci sono più reti disponibili oggi per il posizionamento, come GLONASS o Global Navigation Satellite System o BeiDou, il sistema di posizionamento cinese.

A causa della distanza e della posizione dell'orbita dei satelliti, per triangolare una posizione è necessario più di uno.

Per trovare semplicemente la tua posizione, hai bisogno di un minimo di quattro satelliti, ma in media sono necessari circa 7-12 satelliti per una connessione solida e stabile a un drone. A seconda del drone su cui stai volando, hai anche bisogno di 7-12 affinché l'Home Point registri con precisione.

Supponi di fare un'escursione su un sentiero e di voler conoscere la tua posizione. La semplice acquisizione di quattro satelliti, in questo caso, ti darebbe una buona idea della tua posizione.

I nostri cellulari sono un ottimo esempio di un dispositivo che portiamo ogni giorno che utilizza il GPS per sapere sempre la posizione del telefono. Non preoccuparti, c'è un sacco di carta stagnola da girare se dobbiamo fare dei cappelli.

I droni, sebbene simili, si muovono a velocità più elevate e possono cambiare la loro altitudine, rendendo un po' più difficile conoscere una posizione da soli 4 satelliti. E poi per avere il posizionamento estremamente preciso per mantenere un volo stazionario, da 7 a 12 sembra giusto.

Quanti satelliti volare?

Questo solleva la domanda, di quei quasi 5.000 satelliti, quanti ne ho bisogno per pilotare il mio drone e perché così tanti?

Una delle caratteristiche migliori e più vantaggiose integrate in tutti i droni DJI è la funzione Return To Home. Questa funzione riporterà l'imbarcazione nella sua zona di atterraggio se la connessione con il controller viene persa o per qualche altro motivo per cui hai impostato il drone.

Il GPS fornisce anche la posizione in tempo reale dell'imbarcazione e del controller. Senza questo tipo di aiuti al volo, pilotare un drone sarebbe molto diverso. Un po' come accendere una lampadina con una batteria Bagdad.

Quindi, registrare il tuo punto di partenza prima del decollo è importante. Per poter registrare il punto di partenza, avrai bisogno di un numero minimo di satelliti per ciascuno di questi droni DJI:

Motivi importanti per avere il GPS

I droni DJI di oggi sono noti per la loro qualità e le loro capacità di volo. Da una pletora di modalità di volo intelligenti al solo mantenimento di una posizione stabile come una roccia, è il GPS che rende tutto possibile.

È ciò che mantiene il Mavic 2 Pro in quella posizione stabile in modo da poter ottenere lo scatto perfetto. Senza l'unità GPS, non conosceresti la posizione del drone su una mappa, rispetto alla tua posizione.

Senza il GPS, non ci sarebbe niente come Orthomosiac Mapping e quel meraviglioso Phantom 4 Pro avrà molto meno lavoro da svolgere.

I droni non si sarebbero formati in una nuova industria come ha fatto, senza il GPS. Oh no, avremmo ancora le dita appiccicose costruendo modelli in legno di balsamo e guardandoli schiantarsi ripetutamente mentre tentiamo di farli volare.

Si può pilotare un drone senza GPS? Sicuro. Ma dov'è il divertimento nel combattere il volo? Se dovessi scegliere, terrei il GPS.

Sfondo del GPS

Proprio come il nostro settore, il GPS ha avuto effetti in tutto il mondo su quasi ogni aspetto della nostra vita. Dopotutto, hai visto l'ultima? C'è un'azienda che ora offre pubblicità sui droni, come cose tipo cartelloni pubblicitari volanti. Il drone è programmato per mantenere un volo e una posizione in un'area DroneZone in occasione di eventi e simili, tenendo i partecipanti all'evento e i droni comodamente l'uno dall'altro.

Questo dimostra solo che ci sono così tanti usi nuovi e creativi per i droni a cui non abbiamo ancora pensato. Senza il GPS, questo tipo di volo non sarebbe mai potuto accadere. Naturalmente, l'altro lato della scena è:chi ha bisogno di pubblicità in giro? Ho ragione?!

Il GPS è nato quando il Dipartimento della Difesa era alla ricerca di un sistema di navigazione satellitare robusto e affidabile negli anni '70. Portarono online per la prima volta una prima versione nel 1978. Quel sistema era noto come NAVSTAR o Navigational System with Timing and Ranging, ma non era disponibile per uso civile.

Il sistema che conosciamo oggi come GPS è disponibile e utilizzato da molte entità. Ancora con un forte background sui sistemi militari, viene utilizzato anche per esigenze civili, commerciali e scientifiche. Il sistema GPS di oggi utilizza 24 satelliti ed è entrato in funzione nel 1993.

L'attuale sistema GPS prevede due livelli di servizio. Quello che utilizziamo e con cui abbiamo più familiarità è lo Standard Positioning Service o SPS in breve. Questo sistema SPS è disponibile su base continuativa in tutto il mondo ed è gratuito per gli utenti finali.

L'altro lato dell'attuale sistema GPS, noto come Precise Positioning System o PPS, è limitato all'uso governativo. Il GPS è di proprietà degli Stati Uniti ed è gestito dalla US Air Force.

GLONASS

Simile alle cause per cui gli Stati Uniti hanno creato un tale sistema, altri paesi hanno fatto lo stesso. La Russia ha il proprio sistema chiamato GLONASS o Global Navigation Satellite System.

Proprio come il sistema GPS americano, il GLONASS segue una linea temporale simile di creazione e ragionamento, con la sua creazione come sistema militare che alla fine è diventato disponibile al pubblico in generale.

Inoltre, come il sistema GPS, il sistema GLONASS è disponibile per tutti a livello globale senza alcun costo per l'utente finale. GLONASS, come il GPS, utilizza un sistema di 24 satelliti.

Sistema di navigazione satellitare BeiDou

Un terzo sistema gestito dal governo cinese è il BeiDou Navigation Satellite System, BDS per la versione breve. Questo sistema è diventato operativo a livello globale nel 2018 e ha un array più ampio con 35 satelliti totali nella sua configurazione rispetto ai 24 trovati negli altri sistemi.

Con i satelliti aggiuntivi, si prevede che il sistema BDS sarà in grado di ottenere una precisione di livello millimetrica.

Puoi trovare altri sistemi di posizionamento globale là fuori come il sistema di posizionamento Galileo. Tuttavia, DJI utilizza questi tre sistemi di posizionamento, con il sistema BeiDou che è stato trovato per la prima volta sul nuovo Mavic 3.

Allora come funziona tutto?

All'interno del tuo DJI Drone, oltre al controller, c'è un'unità GPS, un trasmettitore. Questa unità invia costantemente un segnale. I satelliti entro la portata di quel segnale risponderanno. Ecco dove può diventare davvero complicato molto velocemente.

Potresti ricevere un segnale da un satellite che sta andando fuori portata o oltre l'orizzonte. Dopotutto, il tipico satellite sta viaggiando a 17.000 mph (27.400 km/h) a un'altitudine di 150 miglia (242 km).

Affinché una posizione sia nota, è necessario acquisire un minimo di 4 segnali satellitari, a causa del posizionamento di tali satelliti e del loro movimento, oltre che dell'imbarcazione. Ma potresti non ottenere un buon posizionamento accurato solo dal 4 o anche dal 6.

L'uso di più satelliti per aumentare tale precisione e confermare i set di dati fornisce quel volo stabile come una roccia che diamo per scontato.

A DJI piace la ridondanza e ha molte funzioni di sicurezza integrate. In questo caso hanno programmato il drone non solo per acquisire la lettura di base per una posizione, ma una lettura di backup che verifica la prima, e in alcuni casi anche una terza.

È per questo motivo che la maggior parte dei droni DJI richiederà un numero minimo di satelliti compreso tra 6 e 12 . Con questo numero di satelliti che forniscono dati sulla posizione, l'aereo è in grado di avere dati sulla posizione precisi.

Problemi con il GPS

Diluizione della precisione (accuratezza della posizione)

Quando si utilizza il posizionamento GPS, ci sono alcuni problemi noti. Uno di questi è la Dilution of Precision, in breve DOP. DOP è la misura della precisione della posizione dei quattro satelliti rispetto al ricevitore.

C'è una scala di valori per DOP e il tuo drone DJI avrà algoritmi programmati che lo calcoleranno per te. È a causa di questo problema che DJI ha preso la precauzione per richiedere più dei quattro satelliti minimi necessari, poiché più connessioni hai, più accurati possono essere i tuoi dati di posizionamento.

La tabella seguente copre i valori DOP che vanno da 1 a 20.

Il DOP può essere misurato in diversi modi. C'è Orizzontale, Verticale, Posizione 3D, Diluizione temporale e Geometrica. Quando si tratta di misurare il DOP, è tutta una questione di geometria. Per noi utenti di droni, fortunatamente l'imbarcazione sta facendo tutti quei numeri. Potresti immaginare?

Cosa significa tutto questo allora? Significa che anche se potremmo avere numeri elevati nel conteggio dei satelliti, potremmo non avere una potenza del segnale così buona a seconda del modo in cui quei satelliti sono raggruppati.

Questo perché i satelliti più distanti forniranno dati di posizionamento migliori rispetto ai satelliti che sono molto vicini l'uno all'altro. Triangolazione, ricordi?

Kp-index (Effetti dell'attività solare)

Un altro problema noto che può sorgere con il posizionamento GPS è quello che è noto come l'indice K e la sua estensione l'indice K planetario. Questo sistema di indicizzazione viene utilizzato per misurare gli effetti dell'attività solare, noto ai più semplicemente come Kp-index.

Questo indice è la misura dell'interferenza magnetica nel campo magnetico terrestre. Il campo magnetico terrestre può introdurre errori nel posizionamento GPS del tuo drone e, in quanto tale, gli eventi che influenzano quel campo influenzeranno anche quel posizionamento.

Dal momento che stai utilizzando satelliti che si trovano nello spazio, è necessario prendere in considerazione eventi legati allo spazio come tempeste solari o altri eventi che influiscono sul campo magnetico.

Potresti aver notato questo indice se utilizzi app meteo come una previsione UAV. Come regola generale, va bene volare se l'indice è inferiore a 5, quindi qualsiasi Kp compreso tra 1 e 4 dà il via libera al volo. L'indice sale a 9, con 5 e più che possono influenzare se sei in grado di acquisire satelliti e se quei satelliti sono in grado di fornire un buon posizionamento.

Posizionamento satellitare (relativo a te)

Come abbiamo visto sopra, la posizione del satellite è importante per avere un buon segnale tanto quanto avere un numero elevato di satelliti, poiché un numero elevato di satelliti fornirà comunque un segnale debole se sono raggruppati insieme.

L'acquisizione di una buona copertura satellitare può anche essere influenzata dal terreno dell'area in cui stai volando. Se ti trovi in ​​una valle profonda con pareti rocciose intorno a te, i satelliti potrebbero avere difficoltà a trovarti.

Anche la tua posizione su questa roccia in orbita attorno alla palla di fuoco nel cielo può influenzare il tuo GPS. Poiché la maggior parte dei satelliti orbita vicino all'equatore, se ti trovi in ​​una posizione ad alta latitudine come l'Alaska o il Canada settentrionale, potresti vedere più giorni in cui l'indice Kp è più alto.

In zone come questa è possibile osservare un fenomeno unico noto anche come l'aurora boreale o l'aurora boreale. Se ti trovi in ​​Australia, potresti trovare un evento simile noto come Aurora Australis.

Entrambi questi fenomeni si osservano quando la terra sta vivendo alti livelli di radiazione solare o tempeste solari. Durante questi periodi è molto possibile sperimentare forti interferenze elettromagnetiche. A sua volta, questa interferenza può avere un effetto sul tuo GPS.

Cosa succede se perdi il GPS?

È sempre possibile che il tuo segnale GPS ti cada durante il volo. Questa può essere una cosa momentanea o può durare più a lungo. Questo evento può portarti a dover volare in modalità ATTI (Atteggiamento) o a portare l'imbarcazione e ad atterrare.

Come sicurezza, tutti i droni DJI sono programmati per passare alla modalità ATTI in caso di perdita del segnale GPS. La visualizzazione dell'app visualizzerà avvisi della natura, "Inferenza magnetica forte calibra bussola", "Perdita GPS, passaggio alla modalità Atti".

Nella maggior parte dei casi, si tratta di una perdita momentanea e prima ancora che tu possa reagire, il GPS è tornato. In alcuni casi, potresti trovarti vicino a un'area che sta influenzando il tuo segnale come linee elettriche ad alta tensione, sottostazioni, in una valle stretta e profonda, ecc.

Quindi, la fonte dell'interferenza è spesso una fonte terrestre. Come abbiamo spiegato, ci sono anche fonti spaziali per le interferenze.

Indipendentemente dalla causa della perdita del segnale, sappi solo che l'imbarcazione entrerà in modalità Atti. In questa modalità, l'imbarcazione manterrà l'altitudine impostata e volerà normalmente. Tuttavia, senza il GPS, l'imbarcazione sarà soggetta ai venti che potrebbero essere presenti nell'area e dovrai tener conto della deriva durante il volo.

I droni volanti non sarebbero gli stessi senza i nostri amici in orbita lassù che si assicurassero di sapere dove siamo. Il GPS è ovunque intorno a noi oggi, ma non è sempre stato così. Prima del GPS, tracciavamo un percorso su una mappa e facevamo affidamento sui rilevamenti della bussola.

Di tutti i molti cambiamenti in questo mondo moderno, il GPS ha avuto un profondo effetto sul modo in cui viaggiamo e ci muoviamo, sia per via aerea, terrestre o marittima. Per noi piloti di droni, non potremmo fare le cose incredibili che facciamo senza di esso.

Vola sicuro, vola sempre, vola sempre sicuro!