DJIドローン：飛ぶにはこれだけのGPS衛星が必要

ドローン技術の出現が世界にリリースされて以来、それは人間の別の主要な技術的偉業と連携して機能してきました。それは略して全地球測位システムまたはGPSです。 GPSは、簡単にクラッシュできるおもちゃのクワッドコプターを採用し、実行可能なキットにしました。

GPS、まあGPS、そしてそれが衛星であるものがなければ、私たちはどこにもいません。私たちの地球を周回するオブジェクトのネットワークがなければ、GPSは不可能であり、そのため、安定したホバーもホームへの復帰機能も不可能でした。

平均的な衛星は地球の表面から約1200マイル離れているため、少し近くにある衛星もあれば、遠くにある衛星もあります。現在軌道上には5,000近くあり、GLONASSやGlobal Navigation Satellite System、中国の測位システムであるBeiDouなど、現在、測位に利用できる複数のネットワークがあります。

衛星の軌道の距離と位置により、位置を三角測量するには複数の衛星が必要です。

自分の位置を簡単に見つけるには、少なくとも4つの衛星が必要ですが ドローンへの安定した接続には、平均して約7〜12個の衛星が必要です。飛行しているドローンによっては、ホームポイントを正確に記録するために7-12も必要です。

トレイルをハイキングしていて、自分の場所を知りたいとしましょう。この場合、4つの衛星を取得するだけで、現在地がわかります。

私たちの携帯電話は、GPSを使用して携帯電話の位置を常に把握している、私たちが毎日携帯しているデバイスの優れた例です。心配しないでください。帽子を作る必要がある場合は、たくさんのアルミホイルを回す必要があります。

ドローンは似ていますが、より高速で移動し、高度を変更できるため、わずか4つの衛星から位置を知るのが少し難しくなります。そして、ホバーを維持するための非常に正確なポジショニングを行うには、7〜12が適切と思われます。

飛行する衛星の数は？

これは、5,000近くの衛星のうち、ドローンを飛ばすのに必要な衛星の数と、なぜそんなに多いのかという疑問を提起します。

すべてのDJIドローンに組み込まれている最も優れた最も有益な機能の1つは、ホームに戻る機能です。この機能は、コントローラーとの接続が失われた場合、またはドローンを設定したその他の理由で航空機を着陸帯に戻します。

GPSは、航空機とコントローラーのリアルタイムの位置も提供します。この種の飛行補助装置がなければ、ドローンの飛行は大きく異なります。バグダッド電池で電球を照らすようなものです。

したがって、リフトオフの前にホームポイントを記録することが重要です。ホームポイントを記録するには、これらのDJIドローンごとに最小数の衛星が必要です。

GPSを使用する重要な理由

今日のDJIドローンは、その品質と飛行能力で知られています。多数のインテリジェントフライトモードから、安定した位置を保持するだけまで、すべてを可能にするのはGPSです。

それが、Mavic 2 Proを安定した位置に保ち、完璧なショットを撮ることができる理由です。 GPSユニットがないと、自分の位置に対するドローンの位置を地図上で知ることができません。

GPSがなければ、Orthomosiac Mappingのようなものはなく、素晴らしいPhantom4Proの実行作業は大幅に少なくなります。

GPSがなければ、ドローンはこれまでのように新しい産業に成長することはできなかったでしょう。ああ、いや、バルサムウッドのモデルを作成して、それらを飛ばそうとしているときに繰り返しクラッシュするのを見ると、まだ粘着性のある指が出ています。

GPSなしでドローンを飛ばすことはできますか？もちろん。でも、フライトと戦う楽しみはどこにありますか？選択する必要がある場合は、GPSを保持します。

GPSの背景

私たちの業界と同じように、GPSは私たちの生活のほぼすべての側面に世界的な影響を及ぼしてきました。結局のところ、あなたは最新のものを見ましたか？現在、看板のようなものを飛ばすようなドローン広告を提供している会社があります。ドローンは、イベントなどでドローンゾーンエリアの飛行と位置を維持するようにプログラムされており、イベント参加者とドローンを互いに快適に保ちます。

これは、私たちがまだ考えもしなかったドローンの非常に多くの新しく創造的な用途があることを示しています。 GPSがなければ、この種の飛行は起こり得なかったでしょう。もちろん、小道具の反対側は、コマーシャルが飛び交う必要があるのは誰ですか？私は正しいですか？！

GPSは、国防総省が1970年代に堅牢で信頼性の高い衛星ナビゲーションシステムを探していたときに始まりました。彼らは1978年に最初に初期バージョンをオンラインにしました。そのシステムはNAVSTARまたはタイミングと測距を備えたナビゲーションシステムとして知られていましたが、民間での使用には利用できませんでした。

GPSとして今日私たちが知っているシステムは、多くのエンティティで利用可能であり、使用されています。まだ軍事システムに関する豊富なバックグラウンドを持っていますが、それはまた、民間、商業、および科学のニーズにも使用されています。今日のGPSシステムは24の衛星を使用しており、1993年にオンラインになりました。

現在のGPSシステムは、2つのレベルのサービスを提供します。私たちが使用し、最もよく知っているのは、StandardPositioningServiceまたは略してSPSです。このSPSシステムは、世界中で継続的に利用可能であり、エンドユーザーは無料で利用できます。

正確な測位システムまたはPPSとして知られている現在のGPSシステムの反対側は、政府による使用に制限されています。 GPSは米国が所有し、米国空軍が運用しています。

GLONASS

米国がそのようなシステムを作成する原因と同様に、他の国も同じことをしました。ロシアには、GLONASSまたはグローバルナビゲーション衛星システムと呼ばれる独自のシステムがあります。

アメリカのGPSシステムと同じように、GLONASSも同様の作成と推論のタイムラインに従い、軍事システムとして作成され、最終的には一般の人々が利用できるようになりました。

また、GPSシステムと同様に、GLONASSシステムは、エンドユーザーが無料で世界中のすべての人に利用できます。 GLONASSは、GPSと同様に、24個の衛星のシステムを使用します。

北斗ナビゲーション衛星システム

中国政府が運営する第3のシステムは、北斗航法衛星システム、ショートバージョンのBDSです。このシステムは2018年にグローバルに運用可能になり、他のシステムに見られる24を超える構成で、合計35の衛星を備えたより大きなアレイを備えています。

追加の衛星により、BDSシステムはミリメートルレベルの精度が可能になると予想されます。

ガリレオポジショニングシステムなど、他の全地球測位システムを見つけることができます。ただし、DJIはこれら3つをポジショニングシステムに使用しており、BeiDouシステムは新しいMavic3で初めて発見されました。

では、すべてがどのように機能するのでしょうか？

DJIドローンとコントローラーの中にはGPSユニット、送信機があります。本機は常に信号を発信しています。その信号の範囲内にある衛星が応答します。ここで、非常に複雑になります。

範囲外または地平線上にある衛星から信号を受信する場合があります。結局のところ、典型的な衛星は、高度150マイル（242 km）で時速17,000マイル（27,400 kph）でトラックを走っています。

位置を知るには、衛星の位置と動き、および航空機の動きにより、最低4つの衛星信号を取得する必要があります。ただし、4つまたは6つだけでは正確な測位が得られない場合があります。

より多くの衛星を使用してその精度を高め、データセットを確認することで、私たちが当たり前と思っている揺るぎないホバリングが実現します。

DJIは冗長性が好きで、多くの安全機能が組み込まれています。この場合、彼らはドローンをプログラムして、位置の基本読み取り値を取得するだけでなく、最初の読み取り値、場合によっては3番目の読み取り値を検証するバックアップ読み取り値を取得します。

このため、ほとんどのDJIドローンには、6〜12の範囲の最小数の衛星が必要です。 。この数の衛星が位置データを提供することで、航空機は正確な位置データを持つことができます。

GPSの問題

精度の希釈（位置の精度）

GPS測位を利用する場合、いくつかの既知の問題があります。これらの1つは、Dilution of Precision、略してDOPです。 DOPは、受信機に対する4つの衛星の位置の精度の尺度です。

DOPにはバリュースケールがあり、DJIドローンにはこれを計算するアルゴリズムがプログラムされています。この問題が原因で、DJIは、必要な最小限の4つの衛星だけでなく、より多くの接続を必要とするように予防策を講じています。接続が多いほど、測位データがより正確になる可能性があるためです。

下のグラフは、1から20の範囲のDOP値をカバーしています。

DOPはいくつかの方法で測定できます。水平、垂直、位置3D、時間の遅れ、および幾何学的があります。 DOPの測定に関しては、ジオメトリがすべてです。私たちドローンユーザーにとって、幸いなことに、この航空機はその数をすべて処理しています。想像できますか？

それでは、それはどういう意味ですか？これは、衛星数がかなり多い場合でも、それらの衛星がどのようにクラスター化されているかによっては、信号強度がそれほど良くない場合があることを意味します。

これは、さらに離れている衛星は、互いに近接している衛星よりも優れた測位データを提供するためです。三角測量、覚えていますか？

Kp-index（太陽活動の影響）

GPS測位で発生する可能性のあるもう1つの既知の問題は、K-indexおよびその拡張であるPlanetaryK-indexとして知られているものです。このインデックスシステムは、太陽活動からの影響を測定するために使用されます。これは、ほとんどの場合、単にKpインデックスとして知られています。

この指標は、地球の磁場における磁気干渉の尺度です。地球の磁場は、ドローンのGPS測位にエラーをもたらす可能性があります。そのため、その磁場に影響を与えるイベントは、その測位にも影響を及ぼします。

宇宙に配置された衛星を使用しているため、太陽嵐やその他の磁場に影響を与えるイベントなど、宇宙関連のイベントを考慮する必要があります。

UAV Forecastなどの天気アプリを使用している場合は、このインデックスに気付いたかもしれません。原則として、インデックスが5未満であれば飛行しても問題ありません。したがって、1から4までのKpは、飛行するための青信号です。インデックスは9まで上がり、5以上は、衛星を取得できるかどうか、およびそれらの衛星が適切な測位を提供できるかどうかに影響を与える可能性があります。

衛星測位（あなたに対して）

上で見たように、衛星の位置は、衛星の数が多い場合と同じように良好な信号を得るのに重要です。衛星の数が多いと、それらが一緒にクラスター化されている場合でも弱い信号を提供するからです。

良好な衛星カバレッジを取得することは、飛行している地域の地形によっても影響を受ける可能性があります。周囲に岩壁がある深い谷にいる場合、衛星はあなたを見つけるのに苦労する可能性があります。

空の燃えるようなボールを周回しているこの岩の上の位置も、GPSに影響を与える可能性があります。ほとんどの衛星は赤道近くを周回しているため、アラスカやカナダ北部などの高緯度の場所にいる場合は、Kp-indexが高い日が増える可能性があります。

このような地域では、ノーザンライツまたはオーロラとしても知られる独特の現象を見ることができます。オーストラリアにお住まいの場合は、オーロラオーストラリスと呼ばれる同様の出来事を見つけることができます。

これらの現象は両方とも、地球が高レベルの太陽放射または太陽嵐を経験しているときに見られます。これらの時間帯には、強い電磁干渉が発生する可能性が非常に高くなります。次に、この干渉がGPSに影響を与える可能性があります。

GPSを紛失するとどうなりますか？

飛行中にGPS信号がドロップアウトする可能性は常にあります。これは一時的なものである場合もあれば、より長く続く場合もあります。このイベントにより、ATTI（姿勢）モードで飛行するか、航空機を着陸させる必要が生じる可能性があります。

フェイルセーフとして、すべてのDJIドローンは、GPS信号が失われた場合にATTIモードに切り替わるようにプログラムされています。 アプリビューには、「強力な磁気推論キャリブレーションコンパス」、「GPS損失、Attiモードへの切り替え」という性質の警告が表示されます。

ほとんどの場合、これは一時的な損失であり、反応する前にGPSが戻ってきました。場合によっては、高圧送電線、変電所、深く狭い谷など、信号に影響を与えているエリアの近くにいる可能性があります。

したがって、干渉の発生源は多くの場合、地上の発生源です。すでに説明したように、干渉の原因として宇宙ベースのソースもあります。

信号損失の原因に関係なく、航空機がAttiモードに入ることを知っておいてください。このモードでは、航空機は設定された高度を維持し、通常どおり飛行します。ただし、GPSがないと、航空機はその地域にある可能性のある風にさらされるため、飛行中の漂流を考慮する必要があります。

飛行中のドローンは、軌道に乗っている友人がどこにいるかを確認しなければ、同じではありません。今日、GPSは私たちの周りにありますが、常にそうであるとは限りませんでした。 GPSの前は、地図上にコースをプロットし、コンパス方位に依存していました。

この現代世界における多くの変化の中で、GPSは、空路、陸路、海路を問わず、私たちの移動や移動の方法に大きな影響を与えてきました。私たちドローンパイロットにとって、それなしでは素晴らしいことはできませんでした。

安全に飛ぶ、常に飛ぶ、常に安全に飛ぶ！