FPV – to proste !

FPV to skrót od angielskiego First Person View, czyli widok z pierwszej osoby. Co to oznacza w praktyce ? Model wyposażony w taką funkcję umożliwia podgląd obrazu z kamery, która jest na nim zamontowana. Ów widok z pierwszej osoby to po prostu możliwość sterowania quadrocopterem tak, jakby się w nim siedziało. Przy dobrej jakości kamerze i odpowiednim ekranie lub goglach efekt jest naprawdę świetny, a kontrola modelu w ten sposób bardzo satysfakcjonująca, choć niełatwa. Najpierw omówimy odrobinę teorii, przyjrzymy się popularnym sposobom realizacji transmisji obrazu z koptera na ziemię, a potem omówimy jak podłączyć zestaw FPV do posiadanego już modelu. Zaczynamy !

Wstęp

Latanie FPV to zupełnie inny sposób kontrolowania modelu, niż ten do którego się przyzwyczailiśmy wcześniej. Z jednej strony może być nieco łatwiejszy ze względu na to, że nie trzeba „obracać” kierunków podczas sterowania – lewo zawsze oznacza w lewo. Latając w zasięgu wzroku, kiedy model był zwrócony ku nam – sterowaliśmy niejako w lustrzanym odbiciu zarówno w osi yaw, jak i roll. Korzystając z obrazu z kamery, takiego problemu nie ma. Jest za to szereg innych.

Po pierwsze kontrola wysokości staje się zupełnie innym zagadnieniem. W FPV niełatwo jest ocenić czy i jak szybko się wznosimy lub opadamy. Nie mamy również świadomości jak szybko się poruszamy. O ile bardzo nisko nad ziemią daje się to jeszcze ocenić, o tyle wystarczy paręnaście metrów i problem staje się znaczący. Pozostaje wreszcie start i lądowanie. Nasz kopter powinien najpierw znaleźć się w zawisie (wytracić prędkość poziomą), a potem dopiero lądować. Jak jednak ocenić, czy już się zatrzymał, jeśli bazujemy tylko na obrazie z kamery. Jeśli dojdzie do tego pochylenie kamery – wymienione problemy jeszcze silniej się zaznaczają.

Mimo tego, że latanie FPV wymaga innego podejścia do sterowania – zabieranie się za nie bez doskonałej kontroli modelu w zasięgu wzroku (bez FPV) jest pomysłem chybionym. Osoba pragnąca latać FPV musi być w stanie bezpiecznie posadzić model na ziemi pozbywszy się obrazu z ekranu, czy gogli. Może się zdarzyć, że nagle stracimy podgląd i będziemy musieli przejść na sterowanie VLOS (ang. Visual Line of Sight – w zasięgu wzroku) i w takiej sytuacji operator sterujący modelem nie może mieć chwili zawahania. Oczywiście dotyczy to przede wszystkim większych modeli, pracujących na silnikach bezszczotkowych. Trudno pochwalać nieodpowiedzialne sterowanie, ale Cheerson CX-10W nie jest w stanie spowodować ułamka takich szkód, jak wyścigowa 250-tka, nie mówiąc o hexacopterze o rozstawie ramion ponad 0.5m.

Zanim więc rzucimy się w wir latania FPV, warto zacząć od modelu prostszego i mniejszego, aby przekonać się, czy ten styl sterowania nam odpowiada i czy w ogóle go potrzebujemy. Ci, którzy kopter traktują głównie jako sprzęt do podnoszenia kamery, najprawdopodobniej oprą się o zewnętrzny ekran, który nie tyle będzie służył do sterowania, ile pokazywał wyłącznie, jak dana scena jest wykadrowana. Fani wyścigów nie będą mieli z kolei opcji i przestawienie się na widok z pierwszej osoby oraz tryb acro będą koniecznością. Warto jednak kupić jakiś tani model na próbę i zobaczyć jak to właściwie wygląda zanim zainwestujemy w droższy sprzęt.

Z czego składa się zestaw FPV ?

Przesyłanie obrazu drogą radiową jest zagadnieniem niełatwym, ale jako użytkownicy tej technologii, potrzebujemy przede wszystkim wiedzieć, co składa się na taki zestaw oraz w jaki sposób poszczególne części współpracują ze sobą.

W skład instalacji FPV wchodzi zawsze: kamera, nadajnik (ang. transmitter), odbiornik (ang. receiver) i wyświetlacz (ekran). Na quadrocopterze montuje się dwa pierwsze, czasem zamknięte w jednej obudowie, natomiast my na ziemi korzystamy z dwóch ostatnich. Obraz rejestrowany przez kamerę jest podawany do nadajnika, który następnie drogą radiową dostarcza sygnał do odbiornika. Ten ostatni jest połączony z wyświetlaczem, który pokazuje nam właściwy obraz. Zależnie od użytej technologii, ten ostatni może być ekranem naszego smartfona albo tabletu, bądź zupełnie niezależnym wyświetlaczem LCD zamocowanym na aparaturze lub umieszczonym wewnątrz specjalnych gogli.

Zacznijmy od tego, jaką technologią przesyłany może być obraz z koptera, ponieważ to determinuje wiele pozostałych parametrów naszego zestawu.

2.4 GHz, czy 5.8 GHz ?

Dwie najpopularniejsze obecnie częstotliwości do przesyłania obrazu FPV to 2.4 i 5.8 GHz (gigaherca). Stali czytelnicy mojego bloga pewnie już wiedzą, że 2.4 GHz to pasmo, które jest używane przez wiele urządzeń, w tym Bluetooth, Wi-Fi i oczywiście aparatury od kopterów RC (przynajmniej tych z kategorii zabawek). Z kolei 5.8 GHz jest obecnie najpopularniejszą częstotliwością używaną w kopterach, ponieważ może być używana bez dodatkowych pozwoleń i jest to pasmo dostępne dla wszystkich tak jak 2.4 GHz. Wadą jest dość duża podatność na zakłócenia i odbicia sygnału (np. drzewa, budynki itd.), ale nadajniki o mocy 600 mW z odpowiednią anteną potrafią zagwarantować parę kilometrów zasięgu.

Jak przekazać informacje ?

Na początek przykład, który obrazuje różnicę między dwiema technologiami. Powiedzmy, że chcemy coś przekazać koledze, który mieszka dwa domy dalej. W pierwszym przypadku zakładamy buty i po prostu idziemy mu to powiedzieć krzycząc do niego spod jego okna. Jest to szybkie rozwiązanie, a jedyne ryzyko to takie, że nie usłyszy wszystkiego, co do niego mówimy (nie powtarzamy się). Tak działa FPV na 5.8 GHz.
W drugim, bierzemy kartkę papieru i piszemy do niego list. Potem dajemy go siostrze, która najpierw robi nam korektę jego treści i poprawia błędy, a potem wkłada całość w kopertę i jako, że jest dobrą siostrą, zanosi mu całość do domu. Kolega otwiera kopertę i cierpliwie czyta co napisaliśmy. Tak działa FPV na 2.4 GHz (Wi-Fi).

Aha, musimy jeszcze przyjąć, że jeśli nabazgrzemy list, jak kura pazurem, to siostra nawet nie zada sobie trudu, żeby go przeczytać i nie pójdzie go dostarczyć koledze.
W FPV 5.8 GHz my sami natomiast jak najbardziej pójdziemy i będziemy krzyczeć spod okna, nawet jeśli kolega mieszka na 8-mym piętrze, a my mamy chrypę i zapalenie gardła.

Ta sytuacja wprowadza nas w temat różnic w transmisji pomiędzy obydwoma rozwiązaniami.

Wi-Fi

FPVWiFi

Jeżeli producent gwarantuje FPV 2.4GHz lub częściej ostatnio – Wi-Fi to chodzi mu o transmisję obrazu poprzez tę właśnie sieć bezprzewodową. W tym wypadku funkcję odbiornika pełni smartfon albo tablet, które łączą się z nadajnikiem tak jak ze zwykłym routerem, czy access pointem Wi-Fi. Nadajnik, często zintegrowany z kamerą jest więc normalnym punktem dostępowym, który powinien pokazać się nam na liście sieci bezprzedowowych w naszym urządzeniu. Po połączeniu z nim uruchamiamy odpowiednią aplikację, najczęściej dostarczoną przez producenta, aby delektować się obrazem z kamery. Niewątpliwą zaletą jest to, że nie musimy kupować osobnego odbiornika i ekranu do FPV – wystarczy urządzenie, które mamy w kieszeni, bo można śmiało założyć, że zarówno smartfon, jak i tablet to dziś urządzenia na tyle powszechne, że prawie każdy choć jedno posiada. Tym samym producent quadrocoptera nie musi dodawać urządzenia odbierającego i wyświetlającego obraz, co oczywiście odbija się na niższej cenie za jaką możemy kupić nasz wymarzony model. Cała transmisja odbywa się cyfrowo, a sam wyświetlany obraz pozbawiony jest zakłóceń ze względu na korekcję odbieranego sygnału, ale ma to niestety swoje wady.

Podstawową z nich jest to, że transmisja w standardzie 2.4GHz oparta o Wi-Fi jest obarczona opóźnieniem, a zanik sygnału następuje w sposób nagły i nieprzewidywalny. Oba te efekty są bardzo niepożądane i utrudniające lot. Opóźnienie powoduje, że nie jesteśmy w stanie dokładnie sterować modelem, bo to co pokazuje kamera jest już nieaktualne. W powolnym locie jest to wykonalne, ale już szybsze latanie między przeszkodami – bardzo trudne. Jeszcze gorszym efektem jest nagła utrata połączenia, która objawia się „zamrożeniem” ostatnio widzianego obrazu. Jeżeli nie wiemy, gdzie na niebie znajduje się nasz kopter to łatwo w panice zrobić coś głupiego i po prostu go rozbić. Najgorsze jest to, że przejście pomiędzy słabym sygnałem (klatkowanie obrazu – utrata płynności), a jego utratą (całkowite zamarznięcie obrazu) następują bardzo szybko i zanim zorientujemy się, że jesteśmy na krawędzi zasięgu – na ogół tracimy wideo zupełnie. Wyjaśnienie tego problemu pojawi się w osobnym wpisie, który będę kierował dla tych naprawdę pragnących zgłębić temat. Jest to oczywiście materiał nieobowiązkowy – tylko dla tych, którzy chcą zrozumieć wyraźną różnicę, między obydwoma rodzajami przesyłania obrazu.

Na koniec jest jeszcze jedna kwestia. Pamiętacie, że sterowanie także odbywa się na częstotliwości 2.4 GHz ? Z grubsza oznacza to, że transmisja wideo do pewnego stopnia może zakłócać kanał sterujący i odwrotnie. Dopóki producent dostarcza kamerę z quadrocopterem, najprawdopodobniej kanały są od siebie odseparowane, ale w przypadku kiedy do Tarantuli X6, albo DJI Phantoma dołożymy GoPro z Wi-Fi (które nie wie nic o paśmie, na którym sterujemy) to w najlepszym razie zasięg sterowania znacząco nam spadnie. W najgorszym – model odleci w siną dal. W sieci znalazłem sporo informacji o problemach z DJI Phantom 2 i GoPro z Wi-Fi (to popularna kombinacja), ale nie dotarłem do wieści odnośnie nowszych wersji – 3 i 4. Być może w dużym stopniu udało się ograniczyć interferencję (np. channel-hopping w sygnale sterującym), ale o problemie wciąż trzeba pamiętać.

5.8 GHz

FPV58

Przesyłanie obrazu w tym paśmie oznacza coś więcej, niż tylko inną częstotliwość. Urządzenia stworzone dla tego standardu przenoszą obraz analogowo, najczęściej w dość przeciętnej rozdzielczości, choć tu część zależy już od kamery oraz naszego ekranu. W przypadku sprzętu 5.8 GHz musimy już zaopatrzyć się w osobny odbiornik i ekran, ale jeżeli dobierzemy odpowiedni sprzęt, będzie on współpracował z każdym nadajnikiem na rynku. Dlaczego tak bardzo namawiam na tą akurat technologię ? Przede wszystkim, obraz, który przesyłany jest z kamery trafia na nasz wyświetlacz w zasadzie bez opóźnień. To pozwala nam na bardzo dokładne sterowanie i wykonywanie szybkich manewrów w trakcie których na bieżąco widzimy, co się dzieje i możemy reagować, nawet gwałtownie. Po drugie, wszystkie zakłócenia i problemy z odbieranym sygnałem są natychmiast widoczne w postaci poziomych pasów, a w skrajnych przypadkach w postaci utraty koloru. Dlaczego jest to ważne ? Otóż jest to dla nas bezpośrednia informacja, że odbiornik dostaje coraz słabszy sygnał. Dystans pomiędzy którym będziemy widzieli, że nastąpiło pogorszenie jakości transmisji, a całkowitą utratą obrazu jest relatywnie długi i pozwala nam w porę zawrócić, jeżeli zbyt mocno się oddaliliśmy. Oczywiście, jak z całym sygnałem radiowym – jeśli wlecimy nagle za budynek, możemy nagle stracić zarówno sterowanie, jak i wideo, ponieważ fale elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości (takie stanowi 2.4 GHz i 5.8 GHz) są mało przenikliwe (gorzej przechodzą przez ściany i stałe obiekty), ale z tego akurat należy sobie zdawać sprawę niezależnie, czy latamy FPV, czy nie.

Uruchomienie komunikacji w paśmie 5.8 GHz jest bardzo łatwe. Wystarczy ustawić ten sam kanał na nadajniku i odbiorniku – nic więcej. Ma to pewne konsekwencje. Z jednej strony każdy, kto ma odbiornik zestrojony z naszą częstotliwością może oglądać to co my. Jest to świetna sprawa, bo np. na zawodach możemy na własnych goglach, czy ekranie śledzić obraz jednego z zawodników. Możemy też zabrać kogoś znajomego i latając, udostępnić mu drugi z wyświetlaczy (chyba, że ma własny), aby mógł widzieć to, co my. Z drugiej strony możemy niechcący wciąć się komuś w transmisję. Jeżeli ktoś obok nas też lata FPV to nadajniki mogą wzajemnie się zakłócać, a nagła utrata podglądu może nas słono kosztować.

Warto wiedzieć, że pasmo 5.8 GHz jest podzielone na 5 różnych podpasm, każde z nich składające się z 8 kanałów. Ich częstotliwości w różnych podpasmach są względem siebie przesunięte, ale czasem leżą na tyle blisko siebie, że mogą się zakłócać. Jeśli więc idziemy z kolegą/koleżanką polatać, albo udajemy się na pole, gdzie ktoś również bawi się swoim sprzętem – warto zawczasu ustalić na jakich częstotliwościach będziecie latać, żeby wzajemnie się nie zakłócać.

Większość odbiorników dostępnych na rynku ma oznaczenie 32CH albo 40CH, co oznacza, że wspierają odpowiednio 4 z 5 podpasm (32 kanały / 8 kanałów na pasmo = 4 podpasma), albo wszystkie. W tym samym czasie gogle Fatshark wspierają na ogół tylko 8 kanałów własnego pasma, a ostatnio także tzw. Raceband – najnowsze podpasmo. Rozpiska częstotliwości przedstawiona jest poniżej

freqchart
[Źródło: http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2584406, wpis użytkownika: Hajile]

Zwróćcie uwagę, że tak jak wspominałem, częstotliwości się powtarzają np. kanał 7 RaceBand i kanał 8 Fatshark (5880 MHz). W teorii jeżeli wszyscy użytkownicy wybiorą jedno i to samo podpasmo (np. E) to może latać na raz 8 modeli. W praktyce jednak jest tak, że dany kanał „sieje” na sąsiednie, więc jeśli latacie w parę osób, warto celować w możliwie oddalone od Siebie częstotliwości. Obrazowo wystarczy sobie wyobrazić 8 pomieszczeń, które znajdują się jedno obok drugiego i każde z nich jest oddzielone cienką ścianą. Jeśli ktoś rozmawia w pokoju obok, to będziemy go słyszeć – może nie do końca wyraźnie, ale jednak. Jeśli jednak między nami zostaną dwa wolne pomieszczenia to będziemy mieć całkowity spokój. Podobnie jest w FPV 5.8 GHz. W dwie osoby lepiej latać np. na 5740 i 5840, niż 5740 i 5760.

Dodatkowym trikiem jest stosowanie anten o polaryzacji kołowej (tzw. koniczynek) o przeciwnych skrętach, ale to temat na kolejną część.

Podsumowanie

Część pierwsza informacji o FPV wyjaśniła nam różnicę między popularnym i tańszym przesyłaniem obrazu po Wi-Fi, a stosowanym szeroko w dojrzałych modelach 5.8 GHz. Pierwsze z nich jest tańsze, ale też bardziej zawodne – pozwala zobaczyć „z czym to się je”. Jeśli szukamy prawdziwego podglądu w czasie rzeczywistym, musimy się rozejrzeć za tym drugim.

Z racji tego, że 5.8 GHz jest coraz częściej obecne w modelach z niższej półki cenowej, polecam zawsze wybierać ten wariant, zamiast quadrocoptera z kamerą Wi-Fi. Obraz będzie bardziej płynny, a łączność bardziej niezawodna. W przypadku, gdy wybierzecie jednak transmisję po 2.4 GHz miejcie po prostu na uwadze wymienione wady, bo to rozwiązanie może nie do końca spolegliwie, ale jednak działa.

Udanych lotów i do następnej części !