DJI-drönare:Du behöver så många GPS-satelliter för att flyga

Ända sedan tillkomsten av drönarteknik som släpptes i världen har den fungerat i kombination med en annan stor teknisk bedrift av människan. Det är Global Positioning System eller GPS för kort. GPS är det som tog den lättkrockbara leksaksquadcoptern och gjorde den till ett hållbart kit.

Vi skulle dock inte vara någonstans utan det som gör GPS, ja GPS och det är satelliter. Om det inte var för det nätverket av objekt som kretsar runt vår jordklot, skulle GPS inte vara möjligt och som sådan skulle varken en stabiliserad hovring vara möjlig eller funktionen Return to Home.

Med den genomsnittliga satelliten som ligger cirka 1200 miles från jordens yta, är vissa lite närmare och andra längre. Det finns för närvarande nästan 5 000 i omloppsbana, och det finns flera nätverk tillgängliga idag för positionering, såsom GLONASS eller Global Navigation Satellite System eller BeiDou, det kinesiska positioneringssystemet.

På grund av avståndet och läget för satelliternas omloppsbana behövs mer än en för att triangulera en position.

För att helt enkelt hitta din position behöver du minst fyra satelliter, men i genomsnitt behöver du cirka 7-12 satelliter för en stabil och stabil anslutning till en drönare. Beroende på vilken drönare du flyger behöver du också 7-12 för att Home Point ska kunna registrera exakt.

Säg att du vandrar på en stig och vill veta var du befinner dig. Bara att skaffa fyra satelliter, i det här fallet, skulle ge dig en bra uppfattning om din plats.

Våra mobiltelefoner är ett bra exempel på en enhet vi bär varje dag som använder GPS för att alltid veta var telefonen befinner sig. Oroa dig inte, det finns gott om stålfolie att gå runt om vi behöver göra hattar.

Drönare, även om de är lika, rör sig med högre hastighet och kan ändra sina höjder, vilket gör det lite svårare att veta en position från bara fyra satelliter. Och för att sedan ha den mycket exakta positioneringen för att bibehålla en hovring, verkar väl 7 till 12 ungefär rätt.

Hur många satelliter ska flyga?

Detta väcker frågan, av de nästan 5 000 satelliterna, hur många behöver jag för att flyga min drönare och varför så många?

En av de bästa och mest fördelaktiga funktionerna inbyggda i alla DJI-drönare är Return To Home-funktionen. Denna funktion kommer att återföra farkosten till sin landningszon om anslutningen bryts med kontrollenheten eller någon annan anledning som du har ställt in drönaren för.

GPS ger också farkostens och styrenhetens plats i realtid. Utan dessa typer av flyghjälpmedel skulle det vara väldigt annorlunda att flyga en drönare. Ungefär som att tända en glödlampa med ett Bagdad-batteri.

Så det är viktigt att spela in din Homepoint innan du lyfter. För att Home Point ska kunna spelas in behöver du ett minsta antal satelliter för var och en av dessa DJI-drönare:

Viktiga skäl till att ha GPS

Dagens DJI-drönare är kända för sin kvalitet och sina flygförmåga. Från en uppsjö av intelligenta flyglägen till att bara hålla en stabil position, det är GPS som gör allt möjligt.

Det är det som håller Mavic 2 Pro i den stabila positionen så att du kan få den perfekta bilden. Utan GPS-enheten skulle du inte veta drönarens plats på en karta, i förhållande till din egen position.

Utan GPS skulle det inte finnas något sådant som Orthomosiac Mapping och den underbara Phantom 4 Pro kommer att ha mycket mindre arbete att utföra.

Drönare skulle inte ha bildats till en ny industri som den har gjort, utan GPS. Åh nej, vi skulle fortfarande få klibbiga fingrar av att bygga modeller av balsamträ och se dem krascha upprepade gånger när vi försökte flyga dem.

Kan en drönare flygas utan GPS? Säker. Men vart är det roliga med att kämpa på flyget? Om jag fick välja skulle jag behålla GPS:en.

GPS-bakgrund

Precis som vår bransch har GPS haft globala effekter på nästan alla aspekter av våra liv. När allt kommer omkring, såg du det senaste? Det finns nu ett företag som erbjuder drönarreklam, som att flyga skyltar. Drönaren är programmerad att upprätthålla en flygning och position i ett DroneZone-område vid evenemang och sådant, vilket håller evenemangsdeltagare och drönarna bekvämt från varandra.

Detta visar bara att det finns så många nya och kreativa användningsområden för drönare som vi inte ens har tänkt på än. Utan GPS hade den här typen av flyg aldrig kunnat hända. Naturligtvis, den andra sidan av rekvisitan är, vem behöver reklam som flyger runt? Har jag rätt?!

GPS startade när försvarsdepartementet letade efter ett robust, pålitligt satellitnavigeringssystem på 1970-talet. De kom först med en tidig version online 1978. Det systemet var känt som NAVSTAR eller Navigationssystem med tidtagning och avstånd, men det var inte tillgängligt för civilt bruk.

Systemet vi idag känner som GPS är tillgängligt och används av många enheter. Fortfarande med en tung bakgrund kring militära system, används den också för civila, kommersiella och vetenskapliga behov. Dagens GPS-system använder 24 satelliter och kom online 1993.

Det nuvarande GPS-systemet ger två servicenivåer. Den vi använder och är mest bekant med är Standard Positioning Service eller SPS förkortat. Detta SPS-system är tillgängligt på en kontinuerlig, global basis och är gratis för slutanvändarna.

Den andra sidan av det nuvarande GPS-systemet, känt som Precise Positioning System eller PPS, är begränsad till statlig användning. GPS ägs av USA och drivs av det amerikanska flygvapnet.

GLONASS

I likhet med orsakerna till att USA skapade ett sådant system, har andra länder gjort detsamma. Ryssland har ett eget system som kallas GLONASS eller Global Navigation Satellite System.

Ungefär som det amerikanska GPS-systemet, följer GLONASS en liknande tidslinje för skapande och resonemang, med dess skapelse som ett militärt system som så småningom övergick till att vara tillgängligt för allmänheten.

Liksom GPS-systemet är GLONASS-systemet också tillgängligt för alla globalt utan kostnad för slutanvändaren. GLONASS, liksom GPS, använder ett system med 24 satelliter.

BeiDou navigationssatellitsystem

Ett tredje system som drivs av den kinesiska regeringen är BeiDou Navigation Satellite System, BDS för kortversionen. Detta system togs i drift globalt 2018 och har en större array med totalt 35 satelliter i sin konfiguration över de 24 som finns i de andra systemen.

Med de ytterligare satelliterna förväntas det att BDS-systemet kommer att kunna uppnå millimeternivånoggrannhet.

Du kan hitta andra Global Positioning-system där ute som Galileo Positioning System. DJI använder dock dessa tre för sina positioneringssystem, där BeiDou-systemet hittas på den nya Mavic 3 för första gången.

Så hur fungerar det hela?

Inuti din DJI Drone såväl som kontrollenheten finns en GPS-enhet, en sändare. Denna enhet sänder ständigt ut en signal. Satelliterna inom räckhåll för den signalen kommer att svara. Här kan det bli riktigt komplicerat väldigt snabbt.

Du kan ta emot en signal från en satellit som precis är utanför räckhåll, eller över horisonten. När allt kommer omkring, åker den typiska satelliten med lastbil i 17 000 mph (27 400 km/h) på en höjd av 150 miles (242 km).

För att en position ska vara känd måste minst 4 satellitsignaler erhållas, på grund av positioneringen av dessa satelliter och deras rörelser, såväl som farkostens. Men du kanske inte får en bra exakt positionering från bara 4 eller ens 6.

Att använda fler satelliter för att öka den noggrannheten och bekräfta datamängder ger den stenstabila svävningen som vi tar för givet.

DJI gillar redundans och har inbyggda många säkerhetsfunktioner. I det här fallet har de programmerat drönaren så att den inte bara skaffar basavläsningen för en position, utan även en reservavläsning som verifierar den första, och i vissa fall till och med en tredje.

Det är av denna anledning som de flesta DJI-drönare kommer att kräva ett minsta antal satelliter i intervallet 6 till 12 . Med detta antal satelliter som tillhandahåller platsdata kan flygplanet ha exakta platsdata.

Problem med GPS

Utspädning av precision (positionsnoggrannhet)

När du använder GPS-positionering finns det några kända problem. En av dessa är Dilution of Precision, förkortat DOP. DOP är måttet på noggrannheten för de fyra satelliternas position i förhållande till mottagaren.

Det finns en värdeskala för DOP och din DJI-drönare kommer att ha programmerade algoritmer som beräknar detta åt dig. Det är på grund av detta problem som DJI har vidtagit försiktighetsåtgärden för att kräva mer än bara de fyra minimala satelliterna som behövs, eftersom ju fler anslutningar du har desto mer exakt kan din positionsdata bli.

Tabellen nedan täcker DOP-värdena från 1 till 20.

DOP kan mätas på flera sätt. Det finns horisontell, vertikal, position 3D, tidsutspädning och geometrisk. När det kommer till att mäta DOP handlar det om geometrin. För oss drönareanvändare är det tur att farkosten gör allt det där numret. Kunde du föreställa dig?

Vad betyder allt detta då? Det betyder att även om vi kan ha bra höga siffror i satellitantalet, kanske vi inte har så bra signalstyrka beroende på hur dessa satelliter är klustrade.

Detta beror på att satelliter som är längre ifrån varandra kommer att ge bättre positionsdata än satelliter som är i närheten av varandra. Triangulering, minns du?

Kp-index (Effekter av solaktivitet)

Ett annat känt problem som kan uppstå med GPS-positionering är det som kallas K-index och dess förlängning Planetary K-index. Detta indexeringssystem används för att mäta effekterna från solaktivitet, som för de flesta är känt som helt enkelt Kp-index.

Detta index är måttet på magnetisk interferens i jordens magnetfält. Jordens magnetfält kan introducera fel i din drönares GPS-positionering och som sådan kommer händelser som påverkar det fältet också att påverka den positioneringen.

Eftersom du använder satelliter som är placerade i rymden måste rymdrelaterade händelser som solstormar eller andra magnetfältspåverkande händelser beaktas.

Du kanske har lagt märke till det här indexet om du använder väderappar som en UAV-prognos. Som en generell regel är det okej att flyga om indexet är under 5, så varje Kp mellan 1 och 4 är ett grönt ljus att flyga. Indexet går upp till 9, där 5 och högre möjligen påverkar om du kan ta emot satelliter och om dessa satelliter kan ge bra positionering.

Satellitpositionering (relativt dig)

Som vi har sett ovan är satellitens position lika viktig för att ha en bra signal som att ha ett stort antal satelliter, eftersom ett stort antal satelliter fortfarande kommer att ge en svag signal om de är samlade.

Att skaffa bra satellittäckning kan också påverkas av områdets terräng som du flyger i. Om du befinner dig i en djup dalgång med klippväggar runt dig kan satelliter ha svårt att hitta dig.

Din plats på den här stenen som kretsar kring den brinnande bollen på himlen är också något som kan påverka din GPS. Eftersom de flesta satelliter kretsar nära ekvatorn, om du befinner dig på en plats på hög latitud som Alaska eller norra Kanada, kan du se fler dagar där Kp-indexet är högre.

I områden som detta kan du se ett unikt fenomen även känt som norrskenet eller norrskenet. Om du befinner dig i Australien kan du hitta en liknande händelse som kallas Aurora Australis.

Båda dessa fenomen ses när jorden upplever höga nivåer av solstrålning eller solstormar. Under dessa tider är det mycket möjligt att uppleva starka elektromagnetiska störningar. Denna störning kan i sin tur ha en effekt på din GPS.

Vad händer om du tappar GPS?

Det är alltid möjligt för din GPS-signal att falla ut på dig när du flyger. Detta kan vara en tillfällig sak eller det kan vara längre. Denna händelse kan leda till att du antingen måste flyga i ATTI-läge (Attitude) eller ta in farkosten och landa.

Som en felsäker är alla DJI-drönare programmerade att växla till ATTI-läge i händelse av att GPS-signalen tappas. Appvyn kommer att visa varningar om naturen, "Strong Magnetic Inference Calibrate Compass", "GPS Loss, Switching to Atti Mode".

I de flesta fall är detta en tillfällig förlust och innan du ens kan reagera har GPS:en kommit tillbaka. I vissa fall kan du befinna dig nära ett område som påverkar din signal, såsom högspänningsledningar, transformatorstationer, i en djup smal dal, etc.

Så källan till störningen är ofta en markbaserad källa. Som vi tog upp finns det rymdbaserade källor för störningar.

Oavsett orsaken till signalförlusten, vet bara att farkosten går in i Atti-läge. I detta läge kommer farkosten att behålla sin inställda höjd och flyga normalt. Men utan GPS:en kommer farkosten att utsättas för de vindar som kan finnas i området och du måste ta hänsyn till den driften när du flyger.

Att flyga drönare skulle helt enkelt inte vara sig likt utan att våra kretsande vänner där uppe ser till att vi vet var vi är. GPS finns runt omkring oss idag, men det var inte alltid fallet. Före GPS skulle vi rita en kurs på en karta och förlita oss på kompassriktningar.

Av alla de många förändringarna i denna moderna värld har GPS haft en djupgående effekt på hur vi reser och tar oss runt, oavsett om det är med flyg, land eller till sjöss. För oss drönarpiloter kunde vi helt enkelt inte göra de fantastiska sakerna vi gör utan den.

Flyg säkert, flyg alltid, flyg alltid säkert!