Русская охота. Как российские боевые беспилотники стали одними из лучших в мире?

Какими бывают беспилотники, для чего их используют и как устроен дроншеринг? Объясняет специалистка по беспилотным авиационным системам

В чем разница между разными типами беспилотных летательных аппаратов, почему обработка полученных данных занимает больше времени, чем сам полет, каковы преимущества этой технологии и как ее используют?

На эти вопросы ответила ведущая специалистка Центра технологий беспилотных авиационных систем компании «Газпром нефть» Полина Шиманчук во время своего выступления на международной конференции In the city.

 публикует конспект ее выступления. Полную запись дискуссий о новых моделях управления городами, цифровой реальности и других темах можно посмотреть здесь.

 — информационный партнер конференции In the city.

Полина Шиманчук

Ведущая специалистка Центра технологий беспилотных авиационных систем компании «Газпром нефть»

Когда беспилотники впервые применили в бою

15 июня 1849 года в небе над восставшей Венецией появились аэростаты австрийских войск, а через мгновение на город упали первые шрапнельные заряды. Запущенные с борта парохода беспилотные аэростаты оснастили простым устройством, которое позволяло сбросить бомбы в расчетное время. Считается, что эффект от бомбардировок был минимальным, но этот эпизод вошел в историю как первое применение беспилотника в бою.

К идее вернулись после появления радио и электричества. В годы Первой мировой войны страны-участницы работали над беспилотниками, которые можно считать прообразом современных дронов-камикадзе. В США изобретатель Элмер Сперри создал беспилотный самолет-снаряд, который представлял собой начиненный взрывчаткой биплан, управляемый с помощью гироскопов. Из-за неспособности автоматики того времени обеспечить стабильный полет проект закрыли. Тем временем германская фирма Siemens & Halske разработала планер, запускаемый с земли или дирижаблей. Этим летательным аппаратом управляли по проводам, в отличие от беспилотного бомбардировщика Fledermaus, над которым также работали в Германской империи. Планировалось, что аппарат получит радиоуправление с отслеживанием полета по системе радионавигационных станций Telefunken, но работу над беспилотником прервала Ноябрьская революция. Первый радиоуправляемый полет совершил гидросамолет Curtiss F-5L в 1924 году, а в 1933 году Великобритания создала беспилотник-мишень многократного использования Queen Bee на базе биплана Tiger Moth, тем самым найдя применение беспилотным аппаратам того времени.

В 1960-х годах в СССР и США появились первые беспилотные разведчики, которые создавали на основе летающих мишеней. Разработанный в СССР реактивный БПЛА Ла-17Р нес фотоаппарат, телекамеру и аппаратуру радиационной разведки.

Материалы по теме

Пока СССР и США наращивали возможности реактивных беспилотников, в Израиле пошли другим путем. Представленный в 1979 году БПЛА Scout весом 96 килограммов получил экономичный поршневой двигатель, позволяющий развивать скорость до 176 километров в час. Легкий аппарат мог находиться в воздухе до семи часов. Главной особенностью Scout стала телевизионная камера Tamam, изображение с которой передавалось на землю в режиме реального времени.

Развитие систем связи и навигации позволило возложить новые функции на дроны. Уже в ходе войны в Персидском заливе БПЛА коалиции обеспечивали координацию огня и целеуказание для авиации, а в 2001 году с борта американского дрона MQ-1 Predator осуществили первый пуск ракеты класса «воздух-поверхность» AGM-114 Hellfire. Помимо БПЛА самолетного типа существуют беспилотники вертолетного типа и мультикоптеры с несколькими винтами.

Что можно прикрепить к летательному аппарату

— Следующим компонентом беспилотной авиационной системы является полезная нагрузка. Помимо общепринятых фотокамер и видеокамер на беспилотник можно прикрепить практически всё, что поможет вам решить какую-то задачу. Например, это может быть воздушный лазерный сканер.

Еще одним важным компонентом системы — практически основным — является программное обеспечение. Беспилотник — по сути большой компьютер, которым управляет оператор. У аппарата есть пилот, просто он находится не на борту, и этому пилоту требуется специальная программа. С ее помощью можно настроить беспилотник, управлять им и запрограммировать автоматический полет.

Какими бывают беспилотники

— Давайте зададимся вопросом: что же такое беспилотник и чем он ценен? Первая ассоциация, возникающая, когда люди говорят о беспилотнике, — это те дроны, которые детям дарят на Новый год, чтобы с ними поиграть.

Другая ассоциация: беспилотник — это то, с чего можно снять закат над Петербургом и Москвой. Или сделать красивые фотографии из путешествия. На самом деле всё значительно сложнее и интереснее.

Мы в нашей компании рассматриваем беспилотник как очень большое количество компонентов. Самый первый — это носитель беспилотного воздушного судна, который как раз и вызывает основные ассоциации.

Беспилотники бывают нескольких типов: , самолетного и гибридного типа. Они используются для очень большого спектра задач, каждый беспилотник нужен для чего-то определенного. К примеру, беспилотники мультироторного типа обычно используют, чтобы снять какие-то точечные объекты. Самолетный тип используется в том случае, если мы должны снять большую территорию — например, новый лицензионный участок нашей компании. Гибридный тип объединяет преимущества самолетных и мультироторных аппаратов, его тоже используют для определенных типов работ.

Задачи разведывательных дронов

Сегодня разведка остается основной задачей беспилотников. Вершиной развития концепции аппаратов времен Холодной войны стал американский стратегический разведывательный дрон RQ-4 Global Hawk. Взлетный вес базовой версии RQ-4A, которая может провести 36 часов в воздухе, составляет 12,1 тонны. В состав комплекса входит летательный аппарат с различными датчиками и наземный сегмент с оборудованием связи, а также оборудованием запуска и системой управления. БПЛА несет радар, инфракрасный и оптический датчики. Полученные данные могут передаваться на землю в режиме реального времени через спутниковый канал или в пределах прямой видимости. Для навигации БПЛА используется инерциальная система с поправками по GPS. Эти аппараты американцы используют, в частности, для полетов у российских границ над Черным морем.

Также для разведки применяют средневысотные дроны большой продолжительности полета (MALE, Medium Altitude, Long Endurance), которые летают на высоте до 9000 метров. К этому классу аппаратов относится российский БПЛА «Орион» с двигателем внутреннего сгорания, который способен нести 250 килограммов боевой нагрузки. «Орион» можно оснастить оптико-электронной системой, аппаратурой радиотехнической разведки, радиолокационной системой или оборудованием для аэрофотосъемки.

Взлетная масса MALE-дронов может составлять больше одной тонны, что требует подготовленной инфраструктуры для их эксплуатации. Более компактные модели, вроде российского беспилотника «Орлан-10», расчет из нескольких человек способен запустить с помощью катапульты. Радиус действия дрона составляет 120 километров. «Орлан» используют не только для разведки и корректировки артиллерийского огня. Также дрон способен подсвечивать цели для корректируемых артиллерийских снарядов «Краснополь», а в составе комплекса радиоэлектронной борьбы «Леер-3» дрон может блокировать работу устройств в определенных диапазонах. Для запуска малых разведывательных БПЛА достаточно одного человека. Например, американский дрон RQ-11 Raven, который весит 1,7 килограмма, обеспечивает разведку в радиусе 10 километров. Компактный аппарат получил электродвигатель, позволяющий летать с минимальным уровнем шума.

Позже развитие электроники позволило создать миниатюрные квадрокоптеры, которые также используют для разведки. Компактность таких БПЛА позволяет операторам наблюдать за противником в укрытиях.

Как используют ударные дроны

Большинство разведывательных беспилотников способны выполнять ударные функции. Упомянутый «Орион» способен нести корректируемые и управляемые бомбы, а также ракеты класса «воздух-воздух», позволяющие поражать воздушные цели. В арсенал турецкого беспилотника Bayraktar TB2 аналогичного класса также входят управляемые бомбы, которые дополняют противотанковые ракеты UMTAS. Высокоточное оружие позволяет дрону атаковать цели с большого расстояния, что снижает риск попадания БПЛА в зону действия систем ПВО противника.

Также в конструкции дронов используют технологии малозаметности, которые дают возможность тяжелым БПЛА преодолевать противовоздушную оборону противника. В США разработали дрон RQ-180, выполненный по схеме «летающее крыло», а в России создали С-70 «Охотник». В 2021 году состоялась выкатка С-70 с плоским соплом, снижающим радиолокационную заметность аппарата. «Охотник», который будет вооружен бомбами и ракетами, может стать ведомым истребителя пятого поколения Су-57.

Опыт конфликтов последних лет показал, что малоразмерные дроны, незаметные для большинства систем ПВО и которые сложно обнаружить визуально, также могут эффективно поражать цели. Коммерческие квадрокоптеры, которые изначально не предназначены для нанесения ударов, оснащают устройствами для сброса ручных гранат или гранатометных выстрелов. Это превращает дрон в доступное средство поражения целей в укрытиях. В декабре появилось видео сброса ручной гранаты с дрона. Оператор беспилотника отправил боеприпас в вентиляционную трубу подземного укрытия противника. В ноябре на выставке «Аэронет-2035» представили гексакоптер «Барражирующий Камикадзе», который оснастят штатной системой для сброса шести ручных гранат Ф-1. Кроме того квадрокоптеры применяют для перехвата дронов противника. В том же месяце таран беспилотника другим аппаратом в ходе специальной военной операции показали на видео.

В чем преимущества беспилотников по сравнению с другими летательными аппаратами

Еще одно достоинство — оперативность получения нужных сведений. Человек собирает данные значительно дольше беспилотника. Если требуется информация по объекту, мы можем выполнить полет в течение нескольких дней, а еще через несколько дней — получить обработанные данные.

Также существует большое количество полезных нагрузок: на беспилотник можно прикрепить всё что угодно. Беспилотные аппараты не требуют взлетно-посадочной полосы, как в случае с пилотируемой авиацией, поэтому их можно запустить где угодно и использовать как угодно. Курсы операторов сейчас проводят в разных компаниях, и любой может научиться управлять беспилотником, если есть такое желание.

Беспилотник уменьшает трудозатраты на различные виды работ, увеличивает оперативность получения нужных сведений, а также повышает достоверность и объективность полученных данных: аэрофотосъемку невозможно подделать.

Как работают дроны и что представляет из себя технология дронов?

В данной статье простым языком рассказывается о том, что такое дрон и как они работают. Технология БПЛА постоянно развивается, так как новые инновации и инвестиции являются двигателем совершенствования дронов, новые модели которых выпускаются каждые несколько месяцев.

Ниже мы обсудим технологию БПЛА на примере самых популярных дронов, в которых использованы все новейшие технологии. У большинства дронов очень похожие системы.

Технология БПЛА охватывает все: от аэродинамики дрона и материалов изготовления до печатных плат, чипсета и программного обеспечения, которые являются мозгами дрона.

Одним из самых популярных дронов на рынке является DJI Phantom 3. Этот дрон был очень популярен среди профессиональных воздушных операторов. Хотя сейчас он считается устаревшим, в нем использованы передовые технологии, которые присутствуют в самых последних моделях БПЛА.

Этот беспилотник можно использовать для описания технологии БПЛА, поскольку в нем есть все: сам дрон, карданов подвес и камера. Также, в нем применены передовые технологии.

Всего через несколько месяцев после написания этой статьи на рынке появилось несколько новых дронов, таких как DJI Mavic 2, Mavic Air, Phantom 4 Pro, Inspire 2 и Walkera Voyager 5.

Инновации в технологии БПЛА развиваются в быстром темпе. Данная статья охватывает самые последние технологические достижения в сфере БПЛА. Так что эта статья, как и все ссылки здесь, актуальны.

Как работают дроны

Типичный беспилотный летательный аппарат изготовлен из лёгких композитных материалов с целью уменьшения веса и повышения манёвренности. Прочность композитного материала позволяет военным дронам совершать полёты на чрезвычайно больших высотах.

Беспилотники оснащены различными современными технологиями, такими как инфракрасные камеры, GPS и лазер (бытовой, коммерческий и военный БПЛА). Дроны управляются с помощью систем дистанционного управления с земли (GSC), который также называется «наземный пульт управления».

Система БПЛА включает: сам дрон и систему управления.

В носовой части дрона расположены все датчики и навигационные системы.   Так как нет необходимости в размещении человека внутри, остальная часть корпуса заполнена системами БПЛА.

Конструкционные материалы, использованные для создания дрона, представляют собой очень сложные композиты, предназначенные для поглощения вибраций, которые уменьшают производимый шум. Эти материалы очень легкие.

Что такое дрон — технология БПЛА

Ниже мы рассмотрим научное обоснование и технологии, использованные в беспилотнике DJI Phantom 3. Также, мы владеем информацией о технологиях, применяемых в новейших моделях на рынке дронов.

Существует множество ссылок, по которым вы можете пройти, чтобы изучить различные компоненты технологии дронов. Например, вот потрясающая статья о компонентах дронов. Здесь приведён обзор отдельных компонентов, которые встречаются в большинстве дронов.

Типы и размеры дронов

Дроны бывают самых разных размеров, причём самые большие, такие как беспилотник Predator, используются в военных целях. Следующими по размеру являются дроны, которые имеют фиксированные крылья и требуют коротких взлётно-посадочных полос. Они обычно используются для охвата больших территорий, например, для географической съёмки или для борьбы с браконьерством в дикой природе.

Следующими по размеру являются так называемые дроны ВВП. Многие из них — квадрокоптеры, но не все. Беспилотники ВВП могут взлетать, летать, зависать в воздухе и приземляться вертикально. Точное значение ВВП — «Вертикальный взлет и посадка».

Большинство последних моделей, такие как DJI Mavic Air и DJI Spark, вывели технологию ВВП на новый уровень и теперь запускаются даже с ладони.

Вывод в заданную точку с помощью РЛС и Функция возвращения домой

Большинство последних моделей дронов оснащены двойными глобальными навигационными спутниковыми системами (GNSS), такими как GPS и ГЛОНАСС.

Дроны могут летать как в GNSS, так и в не спутниковых режимах. Например, дроны DJI могут летать в режиме P (GPS & ГЛОНАСС) или ATTI, который не использует спутниковую навигацию.

Высокоточная навигация очень важна при полете, особенно, если дрон применяется для создания 3D-карт, съёмки ландшафта и миссии SAR (Search & Rescue).

При первом включении, квадрокоптер ищет и обнаруживает спутники GNSS. Высококачественные системы GNSS используют технологию. По сути, спутниковая группировка — это группа спутников, работающих синхронизированно, и обеспечивающих скоординированное покрытие. Заход (прохождение) и покрытие — это периоды, в течение которых спутник виден над местным горизонтом.

Радиолокационная технология будет сигнализировать на дисплее пульта дистанционного управления о следующем;

• обнаружение достаточного количества спутников GNSS и готовность к полёту

• текущее положение и местоположение дрона по отношению к пилоту

• фиксирование исходной точки для функции «Возвращения домой»

Большинство последних моделей беспилотных летательных аппаратов имеют 3 типа технологии «Возвращения домой»:

• Пилот инициировал возвращение домой, нажав кнопку на пульте дистанционного управления или в приложении.

• Низкий уровень заряда батареи, при котором беспилотник автоматически летит обратно в исходную точку.

• Потеря передачи между БПЛА и пультом дистанционного управления, когда БПЛА автоматически возвращается в исходную точку.

Новейшая функция Mavic Air RTH позволяет обнаруживать препятствия во время автоматического возвращения домой. Mavic Air RTH позволяет избежать препятствий, если достаточно освещения;

1. Mavic Air замедляется при обнаружении препятствия
2. Он останавливается и зависает в воздухе, а затем летит обратно и поднимется вверх, пока не обнаружит, что препятствий на пути нет.
3. Затем процесс RTH возобновляется, и Mavic Air возвращается в исходную точку на новой высоте.

Технология обнаружения препятствий и предотвращения столкновений

Многие дроны оснащены системами предотвращения столкновений. В      системе искусственного зрения использованы датчики обнаружения препятствий для сканирования окружающей среды, в то время как программные алгоритмы и технология SLAM переносят изображения в трёхмерные карты, позволяя контроллеру полёта обнаруживать объект и избегать его. Эти системы объединяют один или несколько следующих датчиков для обнаружения и обхода препятствий;

• Датчик изображения

• Время полёта (ToF)

• Монокулярное зрение

Последние модели DJI Mavic 2 Pro и Mavic 2 Zoom способны обнаруживать препятствия с 6 сторон. В Mavic 2 используются как датчики изображения, так и инфракрасные датчики, встроенные в систему наблюдения, известную как всенаправленное распознавание препятствий.

Система обнаружения препятствий DJI Mavic 2 переходит на следующий уровень, где она может фактически облетать препятствия спереди или при обратном движении. Если дрон не сможет определить траекторию полёта вокруг объекта, он зависнет в воздухе перед препятствием. Это называется APAS (усовершенствованная система помощи пилотам), которая применяется на дронах DJI Mavic 2 и Mavic Air.

Гироскопическая стабилизация, IMU и контроллеры полета

Технология гироскопической стабилизации является одним из компонентов, обеспечивающих беспилотный полет дрона. Гироскоп должен мгновенно реагировать на силы, оказывающие давление на дрон. Гироскоп предоставляет необходимую навигационную информацию центральному контроллеру полета.

Инерциальный измерительный блок (IMU) работает посредством определения текущей скорости ускорения с использованием одного или нескольких акселерометров. IMU обнаруживает изменения атрибутов вращения, таких как тангаж, крен и рыскание, используя один или несколько гироскопов. Некоторые IMU включают в себя магнитометр , чтобы упростить каллибровку при сбоях ориентации.

Гироскоп является компонентом IMU, а IMU является важным компонентом контроллера полёта дронов. Контроллер полёта является «мозгом» дрона.

Вот потрясающая статья, которая описывает гиростабилизацию и технологию IMU, применяемую в дронах.

Направление двигателя дрона и конструкция пропеллера

Двигатели и пропеллеры — это технология БПЛА, которая поднимает дрон в воздух и позволяет летать в любом направлении, а также зависать в воздухе. На квадрокоптере двигатели и пропеллеры работают в паре: 2 двигателя/пропеллера, вращающиеся по часовой стрелке (пропеллеры CW) и 2 двигателя, вращающиеся против часовой стрелки (пропеллеры CCW). Они получают команды с контроллера полёта и электронных регуляторов скорости (ESC) о направлении движения дрона либо зависнуть в воздухе, либо лететь.

Экранные параметры полёта в реальном времени

Почти во всех дронах встроен контроллер наземной станции (GSC) или приложение, позволяющее отслеживать текущую телеметрию полёта и видеть на вашем мобильном устройстве то, что видит ваш дрон.

Чтобы повысить безопасность полетов и предотвратить случайные полеты в запрещенных зонах, последние модели дронов от DJI и других производителей включают функцию «Бесполетная зона».

Бесполетные зоны были разделены на две категории: A и B. Производители могут обновить и изменить эту технологию с помощью обновлений микропрограмм.

Режим GPS «Готов к полету»

Когда компас откалиброван, дрон ищет местоположение спутников GPS. Когда найдено более 6, дрон переходит в режим «Готов к полёту».

Внутренний компас и отказоустойчивая функция

Позволяет БПЛА и системе дистанционного управления точно знать местоположение дрона в полёте. Калибровка компаса необходима, чтобы установить исходную точку. Исходной точкой является место, куда дрон вернётся в случае потери сигнала между дроном и системой дистанционного управления (также известна как «отказоустойчивая функция»).

Онлайн Передача Видео. Режим FPV

FPV означает «вид от первого лица» (First Person View). На БПЛА установлена ​​видеокамера, которая транслирует видео в реальном времени пилоту на земле. Пилот летает на дроне и видит картину так, будто он находится на борту самолёта, а не находится на земле.

FPV позволяет летать намного выше и дальше, чем вы если смотреть на дрон с земли. Режим FPV позволяет летать более аккуратно, особенно это касается обхода препятствий.

FPV позволяет запускать дрон в помещении, пролетать через леса и вокруг зданий, где было бы невозможно летать, наблюдая за ним с земли.

Исключительно быстрый рост и развитие индустрии БПЛА был бы невозможен без технологии прямой передачи видео FPV. Эта технология использует радиосигнал для передачи и приёма видео в реальном времени.

Дрон оснащен встроенным многодиапазонным беспроводным передатчиком FPV с антенной. В зависимости от дрона, приемником видеосигналов может быть пульт дистанционного управления, компьютер, планшет или смартфон. Прямая трансляция видео напрямую зависит от уровня сигнала на наземном управлении дрона. Диапазон передачи видео в реальном времени с дрона DJI Mavic 2составляет FPV 5 миль (8 км) с передачей видео в качестве 1080p.

Другие, более старые дроны, такие как DJI Mavic и Phantom 4 Pro, передают видео на расстоянии до 4,3 мили (7 км). В Phantom 4 Pro и Inspire 2 используется новейшая система DJI Lightbridge 2.

В таких дронах, как DJI Mavic, используются встроенные контроллеры и интеллектуальные алгоритмы, которые устанавливают новый стандарт беспроводной передачи изображений высокой чёткости за счёт снижения задержки и увеличения максимальной дальности и надёжности.

FPV в сети 4G / LTEI

В 2016 году была анонсирована новая возможность трансляции видео по сети 4G / LTE с неограниченным диапазоном и с низкой задержкой. Эта технология БПЛА называется Sky Drone FPV 2. Она включает в себя модуль камеры, модуль данных и модем 4G / LTE.

Прошивка и Ассистент

Система управления полётом обменивается данными с помощником, установленным на ПК, через кабель Micro-USB. Это позволяет настраивать БПЛА и обновлять прошивку дрона.

Дрон проще всего описать так: летающий компьютер с прикреплённой камерой или датчиком.

Как и компьютеры, дроны оснащены встроенным программным обеспечением, которое отправляет команды физическим компонентам дрона или удалённого контроллера. Производители БПЛА выпускают обновления прошивки для исправления ошибок и добавления новых функций к дрону, пульту дистанционного управления или программному обеспечению, если оно используется для управления дроном.

Светодиодные индикаторы полета

Они расположены в передней и задней части дрона. Обычно светодиоды зелёного, жёлтого или красного цвета.

Передние светодиоды показывают, где находится дрон. Задние светодиоды загораются, чтобы показать состояние дрона при включении питания, обновлении прошивки и полете.

Важно понимать, о чём уведомляют светодиоды на вашем квадрокоптере. Например, медленно мигающий красный светодиод может обозначать низкий уровень заряда батареи, а постоянный красный цвет указывает на ошибку. Все дроны поставляются с руководством по эксплуатации, в котором перечислены значения каждого светодиода.

Система дистанционного управления БПЛА

На DJI Phantom 3 это устройство беспроводной связи, использующее частоту 5,8 ГГц. Дрон и система дистанционного управления должны быть подключены ещё на заводе.

Дистанционное управление БПЛА, Ресивер

Расположение кнопки связи технологии ресивера на чистоте 5,8 ГГц расположена под БПЛА.

Почти все последние модели дронов работают на частоте 2,4 или 5,8 ГГц.

Расширитель диапазона БПЛА

Это устройство беспроводной связи, которое обычно работает на частоте 2,4 ГГц. Оно используется для расширения диапазона связи между смартфоном или планшетом и дроном в открытой местности.

Дальность передачи может достигать до 700 метров. Каждый расширитель диапазона имеет уникальный MAC-адрес и имя сети (SSID).

Последние модели дронов DJI способны летать на расстояние до 5 миль (8 км).

Многие старые модели или дроны других ведущих производителей не летают так далеко. Однако набирает популярность такой продукт, как расширитель диапазона, который способен увеличить расстояние полета.

Приложение для смартфона с функцией наземной станции

Сегодня многими дронами возможно управлять с пульта дистанционного управления или из приложения для смартфона, которое можно загрузить из Google Play или Apple Store. Приложение предоставляет полный контроль над дроном. Каждый производитель предлагает свое фирменное приложение, среди них Go 4 от DJI.

В последние дроны от DJI, Walkera, Yuneec и многих других производителей встроены камеры, которые могут снимать видео в формате 4k и могут делать 12-мегапиксельные кадры.

Многие из более ранних моделей дронов использовали камеры, которые не были пригодны для съемок с воздуха. Многие из этих аэрофотоснимков имели бочкообразное искажение из-за широкоугольного объектива.

Тем не менее, дроны серии DJI Mavic, DJI Inspire 1, Phantom 3 Professional и Phantom 4, оснащены, 4-к камерой предназначенной для съемки с воздуха.

Лучший дрон для профессиональной воздушной съемки — DJI Inspire 2, с камерой DJI Zenmuse X7. При использовании этой камеры, система обработки изображений Inspire 2 CineCore 2.1 записывает видео весом до 6 КБ в CinemaDNG / RAW и 5,2 К в Apple ProRes.

Дроны с зум-камерами

В 2016, 2017 и 2018 годах на рынок поступил ряд интегрированных подвесов с оптическим и цифровым зумом.

DJI выпустил Zenmuse Z3, который является встроенной камерой для аэросъёмок с зумом, оптимизированной для фотосъёмки. Zenmuse Z3 с 7-кратным зумом, состоящим из 3,5-кратного оптического и 2-кратного цифрового зума без потерь, создаёт эквивалентный диапазон фокусных расстояний от 22 до 77 мм, что делает его идеальным для промышленного применения.

В октябре 2016 года DJI выпустили камеру Zenmuse Z30. Мощная камера Zenmuse Z30 представляет собой встроенную камеру для аэросъёмок, имеет 30-кратный оптический и 6-кратный цифровой зум для увеличения до 180x. Благодаря этим параметрам, камера подходит для промышленного использования, такого как осмотр вышек сотовой связи или ветряных турбин, для более детального осмотра конструкции, проводов, модулей и компонентов, и обнаружения повреждений. Zenmuse совместим с дронами DJI Matrice.

Walkera Voyager 4 поставляется с камерой с 18-кратным зумом. Камера с 18-кратным оптическим зумом на Voyager 4 обеспечивает беспрепятственную съёмку на 360 градусов. Она может снимать в формате 4k , 30 кадров в секунду. Система передачи изображений высокой чёткости использует 3-осевую бесщёточную стабилизирующую технологию подвеса. Walkera также выпустила Voyager 5. У него невероятная камера с 30-кратным оптическим зумом. Он включает в себя множество систем резервирования, таких как двойной GPS, двойной гироскоп и система с 3 аккумуляторами. Он также имеет дополнительную тепловую инфракрасную камеру и камеру ночного видения для съёмки при слабом освещении.

Подвес и регулировка наклона

Технология карданного подвеса очень важна для получения качественных аэрофотоснимков, видео или 3D-изображений. Подвес сохраняет камеру от вибраций. Используя подвес можно наклонять камеру во время полёта, делая уникальные ракурсы. Подвесы, в основном, — это 3-х осевые стабилизированные карданы с 2 режимами работы. Режим не-FPV и режим FPV.

Практически во всех последних дронах встроен карданные подвесы и камеры. Лидером в технологии воздушных подвесов является DJI в линейке Zenmuse. Вы можете прочитать больше о конструкции карданного подвеса здесь.

Съемка с дронов без карданного подвеса

На CES 2017 компания под названием Ambarella анонсировала чип H22 для камер в дронах. Этот чип позволяет снимать видео в формате 4K HD и включает в себя электронную стабилизацию изображения, устраняя необходимость в подвесе.

Дроны с сенсорами для создания 3D карт и моделей с использованием Sensor Fusion

Лидарные, мультиспектральные и фотограмметрические датчики используются для создания трёхмерных моделей зданий и ландшафтов. Датчики ночного видения для работы при слабом освещении и тепловизионные датчики используются для сканирования зданий и ландшафтов и для оказания помощи в сельском хозяйстве, пожаротушении, поисковых и спасательных операциях. У большинства дронов разные датчики с программным обеспечением, объединяющим полученные данные для лучшего результата. Эта технология известна как сенсорный синтез и работает следующим образом;

Sensor fusion — это программное обеспечение, которое комбинирует данные, полученные с нескольких датчиков, например, с тепловизоров и датчиков RGB-камеры, с целью улучшения производительности приложения или системы. Объединение данных полученных с нескольких датчиков понижает погрешности отдельных датчиков при расчете точной информации о положении и направлении движения дрона.

Например, мультиспектральные датчики на дронах могут создавать цифровые карты рельефа (DEMS), чтобы предоставлять точные данные о состоянии сельскохозяйственных культур, цветов, фауны, кустарников и деревьев.

В 2016 году на рынке появились дроны с Time-of-Flight (ToF)
камерами. Камеры ToF с лидарными датчиками могут использоваться отдельно или с RGB и обычными лидарными датчиками для выполнения целого ряда функций. ToF-камеры могут использоваться для сканирования объектов, навигации в замкнутом пространстве, обхода препятствий, распознавания жестов, отслеживания объектов, измерения объёмов, для измерения высоты, для 3D-съёмки, для игр с дополненной реальностью и т.д.

Time-of-Flight камеры с лидарными датчиками имеют огромное преимущество перед другими технологиями, так как способны измерять расстояния до объектов в пределах зоны за один снимок.

С помощью лидарного и фотограмметрического картографирования дрон запрограммирован на полёты над определённой областью с использованием автономной навигации по GPS. Камера на дроне будет делать фотографии с интервалом 0,5 или 1 сек. Эти фотографии затем соединяются вместе с помощью специализированного программного обеспечения для создания 3D-изображений.

DroneDeploy
является одним из лидеров в создании программного обеспечения для 3D картографирования. Их мобильное приложение и карты в реальном времени используются во многих секторах для создания 3D-карт и моделей. У них есть специализированное решение для сельскохозяйственного сектора, и их программное обеспечение работает с большинством новейших дронов.

Захват изображений с высоким разрешением на стабилизированном дроне очень важен. Использование лучшего программного обеспечения фотограмметрии для обработки изображений в реальные карты и модели также важно. Ниже приведены одни из лучших программ для картографирования с использованием дронов:

• DroneDeploy 3D Mapping Solutions

• Pix4D Mapper Фотограмметрия

• AutoDesk ReCap Фотограмметрия

• Карты Made Easy — Ортофото и 3D-модели

• 3DF Zephyr Фотограмметрия

• Agisoft PhotoScan Фотограмметрия

• PrecisionHawk Precision Mapper / Viewer

• Open Drone Map

• ESRI Drone2Map для ArcGIS

В этой статье вы можете прочитать обзор программного обеспечения для фотограмметрии для 3D-карт.

Комплект против падения

Помогает держать стабилизатор и камеру подключёнными к БПЛА.

Программное обеспечение для редактирования видео

Наличие качественного программного обеспечения для видео имеет важное значение для последующей обработки. Большинство последних моделей дронов снимают в формате Adobe DNG raw, что означает, что вся исходная информация об изображении сохраняется для дальнейшей обработки.

Большинство беспилотных летательных аппаратов используют Linux и только несколько — MS Windows. В 2014 году Linux Foundation запустили проект под названием Dronecode project.

Dronecode Project — это проект с открытым исходным кодом, который объединяет существующие и будущие проекты БПЛА с открытым исходным кодом в рамках некоммерческой структуры, управляемой The Linux Foundation. Результатом является общая платформа с открытым исходным кодом для БПЛА.

Безопасность и возможность взлома

Дроны напоминают летающие компьютеры с операционной системой, контроллерами полета и основными платы с программируемым кодом. Именно поэтому их также можно взломать. Существуют такие дроны, которые летают в поисках других дронов и взламывают их беспроводную сеть, отключая владельца и захватывая дрон. Однако есть несколько способов, как защитить свой беспилотник от хакеров.

Новейшие инновационные технологические дроны

DJI располагает огромным ассортиментом продуктов на рынке потребительских и профессиональных БПЛА. Ниже приведён список новейших дронов с запатентованными технологиями:

• DJI Mavic 2 — поставляется в 2 моделях. Камера 4k и зум. Это позволяет предотвратить столкновения со всех сторон.
• DJI Mavic 2 Enterprise или M2E — модели с зумом или тепловизором. Включает в себя дополнительные компоненты, такие как маяк, прожекторы и громкоговоритель. Разработан специально для применения в поисково-спасательных операциях или подобных работ.
• DJI Mavic Air — это малогабаритный профессиональный дрон. Оснащён 4k камерой, очень стабильный в полёте. Есть функция предотвращения столкновений. Также способен летать, используя жесты рук, и имеет технологию распознавания лиц.
• DJI Phantom 4 Pro — с технологией предотвращения столкновений «Vision». Многоцелевой дрон, включая 4k воздушную съемку, фотографию и фотограмметрию.
• DJI Inspire 2 — запатентованный дизайн и двигатели. Многоцелевой дрон для профессиональной 5k воздушной съемки, фотографии, фотограмметрии, мультиспектральных и тепловизионных изображений.
• Yuneec Typhoon H Pro — использует запатентованную технологию предотвращения столкновений Intel Realsense. Отлично подходит для профессиональной аэрофотосъемки.
• Walkera Voyager 5 — потрясающий последний дрон от Walkera. Можно выбрать камеру с 30-кратный оптический зум, инфракрасным зумом, а также ночного видения для работы при слабом освещении.
• Walkera Vitus Starlight — новейший малогабаритный потребительский дрон от Walkera с датчиками предотвращения столкновений и камерой ночного видения для работы при слабом освещении.
• DJI Matrice 600— коммерческий мультикоптер, представляет собой платформу для аэросъемки с возможностью установки 7 различных камер Zenmuse.
• Коммерческий квадрокоптер DJI Matrice 200 — резервирование с двойной батареей, IMU и спутниковой навигационной системой. Под квадрокоптером можно установить 2 камеры (например, тепловизионную и с зумом). Кроме того, установите камеру сверху на Matrice 200, что упростит съемку мостов. Matrice 200 предоствращает столкновения с 6 направлений благодаря ToF-лазеру, ультразвуковому датчику и датчику Vision.

Умные системы полета

• Наблюдаемая цель (профиль, прожектор, круг)

• Ориентир местности

• Режим отслеживания местности

• Режим штатива

• Режим жестов

• S-Mode (Спорт)

• P-режим (Позиционироание)

• A-Mode (Отношение)

• Режим новичка

• Course Lock

• Home Lock

• Облет препятствий

Дроны можно применять как угодно. Если вы устанавливаете камеру или датчики, такие как LiDAR, Thermal, ToF, Multispectral и многие другие, диапазон применения дронов расширяется. Здесь вы найдете список применения дронов.

Учимся собирать и программировать дроны

Лучшие видео о технологии БПЛА

Ниже я прикрепил 2 видео, в которых подробно рассказывается о технологии БПЛА. Первое видео от ведущего учёного-исследователя БПЛА Раффаэлло Д’Андреа, который потрясающе рассказывает о программном обеспечении технологии БПЛА с научной точки зрения. Он говорит об алгоритмах, теории управления и проектировании на основе моделей.

В видео ниже объясняется как настоящее, так и будущее науки и технологии, стоящих за военными БПЛА, такими как Predator и Reaper. Два военных дрона среднего размера, которые в настоящее время используются, — это MQ-1B Predator (с англ. хищник) и MQ-9 Reaper (с англ. жнец). Они широко использовались в Афганистане и Пакистане.

Лично я интересуюсь использованием технологий БПЛА в повседневной жизни в работе различных предприятий, профессионалов и любителей. Еще несколько лет назад большая часть технологий военных БПЛА перешла на потребительский и бизнес рынок.

В последние несколько лет мы наблюдаем огромные инвестиции в БПЛА, особенно в сфере бизнеса и потребительских БПЛА. За последние время технология БПЛА действительно стремительно развивалась.