FPV-droon

FPV-droon (inglise "First Person View drone") on kaugjuhitav õhusõiduk, millel on pardakaamera, mis edastab reaalajas videopildi droonioperaatorile – enamasti spetsiaalsete FPV-prillide või ekraani kaudu. See võimaldab drooni juhtida vahetult kaamera vaatevälja kaudu, justkui piloot viibiks ise drooni pardal.
FPV-droonid erinevad tavapärastest tarbijatele suunatud kaameradroonidest mitmeti. Neil puuduvad sageli automaatsed stabiilsust tagavad süsteemid, nagu GPS-positsioneerimine või kõrguse hoidmine. Kui juhtimispult vabastada, ei jää FPV-droon iseseisvalt õhku hõljuma, vaid vajub või kaldub kiiresti – selle juhtimine eeldab pidevat ja täpset käsitsi sekkumist. Seetõttu nõuab FPV-lendamine rohkem oskusi kui tavalise kaameradrooni juhtimine.
Selliseid droone kasutatakse mitmesugustes valdkondades: droonispordis, lennuvõistlustel, tehnilistel inspekteerimistöödel ning videote ja filmide salvestamisel, kus on vaja teha kiireid ja täpseid liikumisega kaadreid, mida tavaliste droonidega oleks keeruline saavutada.
Komponendid.
Raam.
FPV-drooni raam ühendab kõik drooni komponendid ühtseks struktuuriks ja mõjutab oluliselt drooni vastupidavust ning lennuomadusi. Tavaliselt kasutatakse raamide valmistamiseks süsinikkiudu või plastikut, kuna need materjalid on kerged, kuid samas piisavalt tugevad, et taluda kokkupõrkeid ja maandumisi. Raami suurus määrab lennuomadused: 5-tollised raamid on tavalised "freestyle" ja võistlusdroonides, kuna need pakuvad head tasakaalu kiirusel ja manööverdusvõimel. Väiksemad raamid, nagu 3–4-tollised, sobivad kitsastes tingimustes lendamiseks, kuna need pakuvad suuremat manööverdusvõimet. 
Mootorid.
FPV-drooni mootorid on tavaliselt harjadeta alalisvoolumootorid, mis pakuvad head võimsust ja efektiivsust väikese kaalu juures. Need koosnevad kahest osast: pöörlev rootor, kuhu kinnitatakse propeller, ja staator, mis sisaldab vaskmähiseid, mis loovad pöördemomendi.
Mootorite valikul on olulised kaks tegurit: mootori suurus ja KV-väärtus. Mootori suurus tähistab selle laiust ja kõrgust, näiteks 2207 tähendab, et mootor on 22 mm lai ja 7 mm kõrge. KV-väärtus näitab, mitu pööret minutis teeb mootor iga pinge volti kohta. Näiteks 2300KV mootor teeb 2300 pööret minutis iga volti kohta.
Mootori valik sõltub kasutusotstarbest:
Mootori valikut mõjutab ka propelleri suurus ja aku pinge, kuna need mõjutavad mootorite töökoormust ja lennu stabiilsust.
Propellerid.
FPV-droonide propellerite valikul on kolm peamist tegurit: suurus, samm ja labade arv. Suuremad propellerid pakuvad rohkem tõukejõudu, kuid vajavad suuremat võimsust, samas väiksemad propellerid on kiiremad ja manööverdusvõimelisemad. Samm määrab, kui palju õhku propeller liigutab ühe täispöörde jooksul – suurem samm annab suurema liikumiskiirus, samas väiksem samm pakub paremat kontrolli ja kiiremat reageerimist. Kahe labaga propellerid on efektiivsemad, samas kolmelabaga propellerid pakuvad tasakaalu jõudluse ja manööverdusvõime vahel.
Lennujuhtimismoodul (FC).
Lennujuhtimismoodul (flight controller) on FPV-drooni keskne elektrooniline komponent, mis juhib ja koordineerib drooni kõiki põhifunktsioone. Tegemist on trükkplaadiga, mis sisaldab mikroprotsessorit, sensoreid ja ühendusliideseid teiste komponentidega, nagu kiirusregulaatorid, vastuvõtja ja videolink. Lennujuhtimismoodul kogub andmeid erinevatelt sensoritelt, näiteks kiirusmõõtureid ja güroskoope sisaldavatelt seadmetelt, mis aitavad määrata drooni liikumis- ja orientatsiooniteavet. Need andmed võimaldavad arvutada mootoritele edastatavad juhtimiskäsud.
Lennujuhtimismoodul võib täita ka suhtlusfunktsiooni, näiteks edastades FPV-süsteemi kaudu infot aku seisundi või lennuandmete kohta. Mooduleid on erineva suuruse, võimekuse ja tarkvaratoega, mis võimaldab nende kasutamist nii hobi- kui ka võistlusdrooni, filmimise ning professionaalseks otstarbeks mõeldud süsteemides.
Lennujuhtimismooduli valikul on määravad järgmised tegurid:
Elektriline kiirusregulaator (ESC).
Elektriline kiirusregulaator (ESC) on FPV-droonides kasutatav komponent, mille ülesanne on reguleerida mootori kiirust. ESC võtab vastu käsud lennujuhtimismoodulilt ja muudab need mootorile sobivateks signaalideks, mille järgi mootor tegutseb. ESC töötab koos mootori ja akuga, tagades drooni liikumise vastavalt soovitud liikumisnurgale ja kiirusel.
ESC (elektroniline kiirusregulaator) on drooni liikumisvõimekuse jaoks oluline, kuna see reguleerib mootorite kiirusel ja pöörlemisel vajalikku võimsust. Lisaks sellele aitab ESC tagada drooni stabiilsuse ja täpse reageerimise piloodi sisenditele. ESC kvaliteet ja omadused varieeruvad sõltuvalt drooni kasutuseesmärgist. Näiteks võistlus- ja freestyle-droonidel on tavaliselt kõrgema täpsusega ESC-d, mis võimaldavad kiiret ja täpset reageerimist.
ESC valik sõltub mitmest tegurist:
Akud.
FPV-droonides kasutatakse peamiselt liitiumpolümeeraku (LiPo) akusid, kuna need pakuvad head energiatootlikkust ja on kerged. LiPo-akud koosnevad järjestikku ühendatud rakkudest, kus iga rakk annab 3,7 V pinget. Kõige levinumad konfiguratsioonid on 3S, 4S ja 6S, kus "S" viitab järjestikuses ühenduses olevatele rakkudele.
Akude valikul on oluline arvestada ka nende mahutavust (mAh), mis määrab ära, kui kaua aku suudab drooni toita. Kõrgem mahutavus annab pikema lennuaja, kuid suurendab ka akude kaalu.
Video edastus.
FPV-droonide video edastussüsteem koosneb kolmest põhikomponendist: kaamera, video saatja (VTX) ja vastuvõtja (VRX), mille ülesanne on tagada reaalajas videoülekanne piloodile.
FPV kaamerad edastavad video signaali video saatjale. Need kaamerad töötavad tavaliselt madala latentsusajaga, et tagada reaalajas pilt. Kaamera kvaliteet sõltub valgustundlikkusest, eraldusvõimest ja kaadrisagedusest. Kõrge eraldusvõime ja hea valgusvõimekusega kaamerad tagavad parema pildi kvaliteedi, eriti nõrkades valgustingimustes.
Video saatja (VTX) vastutab signaali edastamise eest. Tavaliselt töötab VTX 5,8 GHz sagedusvahemikus, mis pakub mitmeid kanalite valikuid, et minimeerida signaali segamist. Saatja väljundvõimsus määrab video ulatuse – madalama väljundvõimsusega VTX-id sobivad lühematele vahemaadele, samas kui kõrgema väljundvõimsusega VTX-id pakuvad suuremat ulatust, kuid võivad olla tundlikmad segamisele.
Vastuvõtja (VRX) võtab vastu signaali ja kuvab selle piloodi ekraanil või prillides. VRX-i töötab samal sagedusel kui VTX ja selle kvaliteet sõltub tundlikkusest ja kasutatud antennide tüübist.
https://oscarliang.com/video-transmitter/
Vajalikud lisaseadmed: Pult ja Prillid.
FPV-droonide juhtimiseks ei piisa ainult droonist ja selle komponentidest. Lendamiseks on vajalikud lisaseadmed, nagu pult (saatja) ja prillid (vastuvõtja), mis tagavad täpsuse ja kontrolli lennu üle.
Pult (saatja)
Pult ehk saatja on seade, mille abil piloot saadab oma liikumissoovid droonile. Saatjad töötavad tavaliselt 2,4 GHz raadiosagedusel ja sisaldavad erinevaid juhtnuppe, mis võimaldavad täpset liikumist reguleerida. Tavalised juhtimisfunktsioonid on näiteks kiirus, kõrgus, pöörlemine ja liikumine erinevates suundades.
FPV Prillid
FPV-prillid võimaldavad droonipiloodil näha otse seda, mida droon näeb, justkui oleks ta ise drooni pardal. Need edastavad reaalajas videopildi drooni kaamerast, luues vahetu ja täpse lennukogemuse.
Olulised omadused:
Kasutusalad.
FPV võistlused (Drone Racing League, MultiGP).
FPV-droonide võistlused on spordiala, kus piloodid lennutavad droone läbi kitsaste takistuste, kasutades drooni vaadet, nagu oleksid nad ise droonis. Tuntumad võistlused on (DRL) ja . Need võistlused arendavad FPV-lennunduse tehnoloogiat ja piloodi oskusi.
Video salvestamine ja filmindus.
Neid kasutatakse sageli spordiürituste, nagu motospordi ja võidusõitude, salvestamiseks, kuna nad suudavad jälgida kiireid liikumisi täpselt. Samuti on neid kasutatud filmides, kuna nad pakuvad dünaamilisi ja kiireid kaadreid, mida tavalised droonid ei suuda saavutada.
Sõjaline kasutus.
FPV-droonid on sõjalises valdkonnas levinud kui odavad ja täpsed „suicide“ droonid. Ukraina sõjas on neid droone kasutatud sihtmärkide hävitamiseks. Need väiksed droonid suudavad kiiresti ja täpselt sihtmärkidele läheneda, olles efektiivsed lahinguväljal. Erinevalt tavapärastest droonidest, mis on mõeldud jälgimiseks ja kaugelt ründamiseks, pakuvad FPV-droonid manööverdusvõimekust kitsastes piirkondades ja kiiret täpsust.
FPV Droonide ajalugu ja areng.
FPV-lennu areng sai alguse 1980. aastate lõpus, kui esimesed entusiastid hakkasid katsetama droonide kaugjuhimist reaalajas videopildi abil. Üks varasemaid teadaolevaid katseid oli 1989. aastal Carl Berry „Project Cyclops“, kus kasutati turvakaamerat ja analoogvideolinki, et lennata drooni, jälgides selle liikumist maapealsel ekraanil. Sel ajal oli varustus raske, ebausaldusväärne ja kallis, kuid see pani aluse hobile, millest kasvas välja iseseisev valdkond.
2000. aastate alguses arenes FPV-tehnoloogia kiiresti tänu elektroonikakomponentide hinna langusele ja saadavuse paranemisele. Entusiastid hakkasid ehitama omatehtud süsteeme, kasutades analoogvideosaatjaid, minikaameraid ja või esimesi videoprille. 2005. aastal võimaldas ’i teke kasutajatel salvestatud FPV-lende jagada, mis aitas kaasa kogukonna ja huvi kiirele kasvule.
2013. aastal tuli turule , mis oli üks esimesi laialt levinud kaameradroone, millega FPV-lend muutus masstoodanguks. 2014. aastal toimus Austraalias esimene dokumenteeritud FPV-droonide võistlus. 2015. aastal loodi ja , mis viisid spordiala uuele tasemele, kehtestades reeglid, rajaformaadid ja meediakajastuse.
Tehniline murrang saabus samuti 2015. aastal tarkvaraga Betaflight, mis parandas lennujuhtimise täpsust ja droonide manööverdusvõimet. Avatud lähtekood võimaldas kogukonnal kiiresti arendada uusi funktsioone ja riistvara täiustusi. Paralleelselt arenesid ka FPV-kaamerad, videolinkide kvaliteet ning akude energiatõhusus.
2020. aastate alguses hakkasid FPV-droonid täitma ka taktikalist rolli sõjalistes konfliktides. Ukrainas muutusid need oluliseks tööriistaks nii luures kui ka täppislöökides. Käivitatud „Army of Drones“ programm toetas kodumaist tootmist ja innovatsiooni, tõstes FPV-droonid rahvusvahelise tähelepanu keskmesse. Kiire kohandamisvõime ja madalad kulud tegid neist sobiva lahenduse asümmeetrilistes olukordades.
Tänapäeval on FPV-droonide kasutusala laienenud spordist ja hobidest inspektsioonide, otsingu- ja päästetööde ning isegi filminduseni. Arendus jätkub aktiivselt nii harrastajate kui ka professionaalide seas, ühendades tehnoloogia, loovuse ja praktilise rakendatavuse.