Квадрокоптеры с большим радиусом действия и камерой

Что влияет на дальность связи

Дальность связи зависит от используемого модема, антенн, антенных кабелей, условий распространения радиоволн, внешних помех и некоторых других причин. Для того чтобы определить степень влияния того или иного параметра на дальность связи, рассмотрим уравнение дальности

(1)

где

— искомая дальность связи [meters];

— скорость света в вакууме [m/sec];

— частота [Hz];

— мощность передатчика модема [dBm];

— усиление антенны передатчика [dBi];

— потери в кабеле от модема к антенне передатчика [dB];

— усиление антенны приемника [dBi];

— потери в кабеле от модема к антенне приемника [dB];

— чувствительность приемника модема [dBm];

— множитель ослабления, учитывающий дополнительные потери за счет влияния поверхности Земли, растительности, атмосферы и других факторов [dB].

Из уравнения видно, что дальность определяется:

Далее влияющие на дальность параметры рассматриваются по отдельности.

DJI Mavic 3 (Cine)

На сегодня это лучшее портативное решение, которое могут предложить нам топовые разработчики Victor Hasselblad AB и DJI Innovations для реализации профессиональной фото/видеосъёмки с воздуха. Потенциал дрона получился настолько показателен, что позволил модели по ряду ключевых особенностей вставать бок о бок с легендарным Inspire 2, что по сути выводит технологичность серийных моделей на совершенно новый уровень.

В ключевой арсенал Mavic 3 (Cine) вошли: топовая технология передачи видеопотока DJI O3 , уникальная кинематографическая двойная камера от Hasselblad построенная на двух матрицах (Нижняя Hasselblad L2D-20c: 20Мп 5.1K, 4/3 CMOS / Верхняя Tele Camera: 12Мп 4K, 1/2 CMOS)

, 360-градусная система распознавания и облёта препятствий, продвинутая система помощи пилоту пятого поколения APAS, набор интеллектуальных режимов следования FocusTrack (Spotlight 2.0/ActiveTrack 5.0/Point of interest 3.0), интеллектуальная функция автополёта и съёмки MasterShots, 16-битная автоматическая цветокорректирующая система Hasselblad Natural Color Solution (HNCS), поддержка кодека Apple ProRes 422 HQ и 10-битного цветового профиля D-Log, а также встроенная память до 1Тб.

Заявленное макс. расстояние FPV удаления в свободной от помех зоне (CE/FCC): 12/15 км. Средний максимальный результат дальности полёта на практике (CE/FCC): 10/14 км. Макс. время полёта: 46 минут. Дата релиза: ноябрь 2023 года. Цена: от 2 049$. Максимально подробно о Mavic 3 (Cine) в нашем обзоре.

Dji spark – 3 место

DJI – компания, выпускающая квадрокоптеры с радиусом действия до 7 км, которые отличаются эталонными эксплуатационными характеристиками. А потому неудивительно именно три её модели стали лидерами рейтинга.

Мощный и компактный квадрокоптер DJI Spark сочетает в себе великолепные лётные характеристики и обширные функциональные возможности по ведению съёмки. Вообще, вызывает удивление, как инженерам компании удалось впихнуть в столь компактные размеры дрона столько разнообразных функций и возможностей.

Например, коптер умеет распознавать жесты, что позволяет вести селфи-съёмки без помощи каких-либо других устройств, управляя его полётом буквально своими руками. В отличие от других, вышеописанных моделей, у DJI Spark в дополнение к механической стабилизации камеры имеется ещё и стабилизирующий двухосный шарнирный кардан, позволяющий видеокамере даже на высоких скоростях делать красивые и плавные кадры.

Уже в момент своего появления DJI Mavic Air претендовал на звание лучшего квадрокоптера года, правда, с появлением DJI Mavic Pro ему пришлось довольствоваться только вторым местом.

Благодаря каким же достоинствам данная модель завоевала безоговорочную популярность и у экспертов, и у рядовых пользователей?

1. Семь датчиков распознавания препятствий. Два расположено спереди, два сзади и три датчика расположены на днище дрона.
2. В спортивном режиме он развивает скорость до 68 км/ч.
3. Прокладка маршрута при помощи GPS-навигации с функцией огибания препятствий.
4. Видеокамера получила дополнительную защиту корпусом дрона, а её возможности расширились функцией панорамной съёмки.

Если оценивать коптеры по дальности связи с аппаратурой управления, то список из 10 лучших беспилотников будет иметь следующий вид:

• DJI Spark (до 2000)
• Parrot Bebop Drone 2 (до 2000)
• Drone Xiaomi mi 4k (до 2000)
• GoPro Karma (3000)
• TBS Discovery Pro Long Set (4000)
• Phantom 4 (5000)
• DJI Mavic Pro (7000)
• Phantom 4 Pro (7000)
• DJI Inspire 2 (7000)
• DS-650T FPV (10000)

Все квадрокоптеры из ТОП-10 в качестве стандарта поддерживают функцию возврата. Рекордсменом по дальности является DS-650T FPV.

Антенны

Дальность связи определяется таким параметром антенны как коэффициент усиления

(gain в англоязычной терминологии), измеряемый в dBi. Коэффициент усиления является важным композитным параметром, т. к. он учитывает: (1) способность антенны фокусировать энергию передатчика в направлении приемника по сравнению с изотропным излучателем (isotropic, отсюда индекс i в dBi); (2) потери в самой антенне [

]. Для увеличения дальности связи следует выбирать антенны с максимально возможным значением коэффициента усиления из тех что подходят по массо-габаритным параметрам и возможностям системы наведения. Способность антенны фокусировать энергию дается не бесплатно, а только за счет увеличения габаритов (апертуры) антенны.

Например, чем больше приемная антенна, с тем большей площади она сможет собрать энергию для подачи на вход приемника, а чем больше энергии — тем сильнее принимаемый сигнал, т. е. дальность связи увеличивается. Таким образом, нужно сначала определиться с максимальными габаритами антенн, которые адекватны решаемой задаче и ограничить область поиска этим параметром, а затем производить поиск конкретной модели антенны, ориентируясь на максимальный коэффициент усиления. Вторым важным для практики параметром антенны является ширина диаграммы направленности (ДН) (beamwidth) [

], измеряемый в угловых градусах. Как правило, ширина ДН определяется как угол между двумя пространственными направлениями от центра антенны на которых усиление антенны уменьшается на 3 дБ от максимума для этой антенны. Ширина ДН по азимуту и углу места может сильно отличаться.

Данный параметр тесно связан с габаритами антенны по правилу: больше габариты — меньше ширина ДН. Непосредственно в уравнение дальности этот параметр не входит, но именно он определяет требования к системе наведения антенны наземной станции (НС) на БЛА, т. к.

на НС, как правило, используются сильно направленные антенны, по крайней мере в тех случаях когда максимизация дальности связи с БЛА является приоритетом. Действительно, пока следящая система НС обеспечивает угловую точность наведения антенны на БЛА, равную половине ширины ДН или менее, то уровень принимаемого/излучаемого сигнала не опустится ниже 3 дБ от максимума.

Влияние поверхности земли

В этом разделе мы рассмотрим распространение радиоволн над равниной или морской поверхностью. Такая ситуация нередко встречается в практике использования БЛА. Мониторинг с БЛА трубопроводов, ЛЭП, сельскохозяйственных посевов, многие военные и специальные операции — все это хорошо описывается этой моделью.

Человеческий опыт рисует нам картину в которой связь между объектами возможна, если они находятся в области прямой оптической видимости друг друга, в противном случае связь невозможна. Однако, радиоволны не относятся к оптическому диапазону, поэтому с ними дело обстоит несколько иначе. В этой связи разработчику и эксплуатанту БЛА полезно запомнить следующие два факта.

1. Связь в радиодиапазоне возможна и при отсутствии прямой видимости между НС и БЛА.2. Влияние подстилающей поверхности на связь с БЛА будет ощущаться даже тогда когда никаких объектов на оптической линии НС‒БЛА нет.

Для понимания специфики распространения радиоволн вблизи поверхности Земли полезно ознакомится с концепцией существенной области распространения радиоволн [2]. При отсутствии каких-либо объектов в существенной зоне распространения радиоволн и при отсутствии отражений от земной поверхности расчет дальности можно выполнять по формулам для свободного пространства, т. е. (1) можно принять равным 0. Если же в существенной зоне объекты есть, либо есть значительные отражения от земной поверхности, то так поступать нельзя. На рис. 1 в точке A изображен точечный излучатель, расположенный на высоте Рис. 1. Существенная область распространения радиоволн

Радиус эллипсоида в самой его «толстой» части определяется выражением [2](5)

видно, что

зависит от частоты

обратно пропорционально, чем меньше

, тем «толще» эллипсоид (

на рис. 1). Кроме того, «толщина» эллипсоида увеличивается с увеличением расстояния между объектами связи. Для волн радиодиапазона

может иметь довольно внушительную величину, так при

10 км,

2.45 ГГц получим

50÷60 м.

Рассмотрим теперь непрозрачный объект, изображенный серым треугольником на рис. 1. Он будет оказывать влияние на распространение радиоволн с частотой Рис. 2. Перекрытие существенной области распространения радиоволнСтепень влияния поверхности Земли на связь зависит также от высоты расположения антенн

По мере приближения подстилающей поверхности к существенной зоне напряженность поля в точке B будет осциллировать [2], т. е. она будет то больше, то меньше напряженности поля в свободном пространстве. Это происходит за счет отражения энергии от подстилающей.

Отраженная энергия может складываться в точке B с основной энергией в фазе — тогда в напряженности поля возникает подъем, или в противофазе — тогда в напряженности поля возникает спад (и довольно глубокий). Важно помнить об этом эффекте для понимания специфики связи с БЛА.

Пропадание связи с БЛА на определенной дальности может быть вызвано локальным спадом напряженности поля из-за осцилляций, т. е. если пролететь еще какое-то расстояние, то связь может восстановиться. Окончательное пропадание связи наступит только после полного перекрытия существенной зоны объектами или подстилающей поверхностью. Далее будут предложены методы борьбы с последствиями осцилляций напряженности поля.

Формулы для расчета множителя ослабления [2]. Поэтому в дальнейшем рассмотрении проблемы прибегнем к математическому моделированию с помощью комплекта компьютерных программ автора. Рассмотрим типичную задачу передачи видео с борта БЛА на НС с помощью модема 3D Link [11] от компании Геоскан. Исходные данные следующие.

1. Высота подвеса антенны НС: 5 м.2. Высота полета БЛА: 1000 м.3. Частота радиолинии: 2.45 ГГц.4. Коэффициент усиления антенны НС: 17 дБ.5. Коэффициент усиления антенны БЛА: 3 дБ.6. Мощность передатчика: 25 дБм (300 мВт).7. Скорость в видеоканале: 4 Мбит/сек.8.

Расстояние прямой оптической видимости для этих исходных данных составит 139.6 км. Результаты расчетов в виде мощности сигнала на входе приемника модема в дБм представлены на рис. 3.

Рис. 3. Мощность сигнала на входе приемника модема 3D Link [11]

Синяя кривая на рис. 3 есть мощность сигнала на входе приемника НС учетом влияния земной поверхности, зеленая кривая — мощность сигнала на входе приемника НС при связи в свободном пространстве, а красная прямая линия обозначает чувствительность этого приемника.

По оси X отложена дальность в км, по оси Y — мощность в dBm. В тех точках дальности в которых синяя кривая лежит над красной прямой прием видео с борта БЛА возможен, в противном случае связи не будет. Из графика видно, что из-за осцилляций пропадание связи произойдет в диапазоне дальностей 37.1–37.

8 км и далее в диапазоне 60.8–65.1 км. При этом окончательный разрыв соединения наступит гораздо дальше — после 120.6 км полета. Видимый на синей кривой скачок в точке 126.3 км обусловлен тем, что до этой дальности (т. е. в области радиовидимости) расчет производится по интерференционным формулам, а после этой дальности (т. е. в области радиотени) — по дифракционным формулам Фока [2].

Как уже было сказано выше провалы в напряженности поля возникают из-за сложения в противофазе в месте расположения антенны НС прямого и отраженного от поверхности Земли сигнала. Из сравнения уровня мощности в надземном канале с уровнем мощности в свободном пространстве следует, что сложение прямого и отраженного от земной поверхности луча в фазе может увеличить бюджет надземного канала до 6 дБ относительно канала в свободном пространстве, либо полностью разрушить надземный канал, если лучи складываются в противофазе. От пропадания связи на НС из-за сложения лучей в противофазе можно избавиться, выполнив 2 условия.

1. Использовать на НС модем по крайней мере с двумя каналами приема (RX diversity), например 3D Link [11].2. Расположить приемные антенны на мачте НС на разной высоте.

Разнос высот приемных антенн должен быть выполнен так, чтобы провалы в напряженности поля в месте расположения одной антенны компенсировались уровнями выше чувствительности приемника в месте расположения другой антенны. На рис. 4 представлен результат такого подхода для случая расположения одной антенны НС на высоте 5 м (синяя сплошная кривая), а другой — на высоте 4 м (синяя пунктирная кривая).

Рис. 4. Мощность сигнала на входах двух приемников модема 3D Link от антенн, расположенных на разной высоте

Из рис. 4 наглядно видна плодотворность данного метода. Действительно, на всем протяжении дистанции полета БЛА, вплоть до дальности 120.6 км сигнал на входе хотя бы одного приемника НС превышает уровень чувствительности, т. е. видео с борта не будет прерываться на всей дистанции полета.

Предложенный метод, однако, помогает повысить надежность исключительно радиолинии БЛА→НС, т. к. возможность установить антенны на разной высоте есть только на НС. Обеспечить же разнос антенн по высоте 1 м на БЛА не представляется возможным. Для повышения надежности радиолинии НС→БЛА можно использовать следующие подходы, использующие несколько передающих антенн (TX diversity).

1. Подавать сигнал передатчика НС в ту антенну которая принимает от БЛА более мощный сигнал.2. Использовать пространственно-временные коды, например код Аламоути [12].3. Использовать технологию управления ДН антенны (beamforming) с возможностью управления мощностью сигнала, направляемого в каждую из антенн.

Первый способ близок к оптимальному в задаче связи с БЛА. Он прост и в нем вся энергия передатчика направляется в нужном направлении — в оптимально расположенную антенну. Например, на дальности 54.5 км (см. рис. 4) сигнал передатчика подается в антенну, подвешенную на 5 метрах, а на дальности 63 км — в антенну, подвешенную на 4 метрах.

Именно этот способ используется в модеме 3D Link [11]. Второй способ не использует априорных данных о состоянии канала связи БЛА→НС (уровней принимаемых сигналов на выходах антенн), поэтому он делит энергию передатчика поровну между двумя антеннами, что неизбежно приводит к потерям энергии, т. к. одна из антенн может находиться в провале напряженности поля. Третий способ по качеству связи эквивалентен первому, но гораздо более сложен в реализации.

Методы RX diversity и TX diversity помогают и при решении еще одной неприятной проблемы при радиосвязи с БЛА, а именно — затенение антенн корпусом или элементами конструкции БЛА при маневрах. Действительно, т. к. при маневрах эти предметы могут оказаться в существенной зоне распространения радиоволн, то их влияние на связь будет значительным из-за малой площади сечения эллипсоида существенной зоны вблизи антенн БЛА, т. е. эти предметы могут полностью перекрывать существенную зону.

Для решения этой проблемы в каналах связи НС→БЛА и БЛА→НС нужно использовать на БЛА модем, поддерживающий как RX diversity, так и TX diversity, например 3D Link [11]. Антенны на БЛА нужно располагать так, чтобы при маневрах БЛА хотя бы для одной из антенн БЛА на линии НС — антенна БЛА не было никаких элементов конструкции БЛА.

Рассмотрим далее вопрос о влиянии частоты радиоволн на дальность связи с БЛА с учетом влияния подстилающей поверхности. Выше было показано, что увеличение частоты выгодно, т. к. при фиксированных габаритах антенн это приводит к увеличению дальности связи. Однако, вопрос о зависимости (3) следует, что отношение коэффициентов усиления антенн, равных по площади и спроектированных для работы на частотах
(6)

Для

2450 МГц;

915 МГц получим

7.2 (8.5 дБ). Примерно так и происходит на практике. Сравним, например, параметры следующих антенн производителя Wireless Instruments:

Данные антенны удобно сравнивать, т. к. они выполнены в одинаковых корпусах 27х27 см, т. е. имеют одинаковую площадь. Заметим, что коэффициент усиления антенн отличается на 15−8=7 дБ, что близко к расчетному значению 8.5 дБ. Из характеристик антенн также видно, что ширина ДН антенны на диапазон 2.3–2.5 ГГц (30°/30°) более чем в два раза уже, чем ширина ДН антенны диапазона 0.83–0.96 ГГц (70°/70°), т. е. усиление антенн при одинаковых габаритах растет действительно за счет улучшения направленных свойств. С учетом того, что в линии связи используется 2 антенны отношение Рис. 5. Мощность сигнала на входе приемника для радиолиний, работающих на частотах 915 и 2450 МГц

Из рис. 5 наглядно видно, что дальность связи при увеличении рабочей частоты и одинаковой площади антенны НС увеличивается от 106.7 км для радиолинии с частотой 915 МГц до 120.6 км для линии с частотой 2450 МГц. Однако, линия на частоте 915 МГц имеет меньшую частоту осцилляций.

Меньше осцилляций — меньше провалов напряженности поля, т. е. меньше вероятность прерывания связи с БЛА на всей дистанции полета. Возможно, именно этот факт обуславливает популярность субгигагерцового диапазона радиоволн для командно-телеметрических линий связи с БЛА как наиболее надежного.

Из рассмотрения рис. 5 также можно сделать вывод о том, что в зоне тени (после примерно 125 км) понижение рабочей частоты линии связи имеет смысл. Действительно, в точке примерно −127.8 дБм кривые мощности для частот [11] составляет −122 дБм. Чтобы обеспечить с его помощью дальность связи 150 км потребуется увеличение мощности передатчика с помощью внешнего усилителя на 128−122=6 дБ (т. е. до 31 дБм). Исполнение 3D Link с передатчиком такой мощности имеется, но аггрегатная (в обе стороны) скорость передачи информации при этом составит только 23 кбит/сек, что, в принципе, достаточно для КТРЛ связи с БЛА, но явно недостаточно для передачи видео с борта. Таким образом, субгигагерцовый диапазон, действительно, имеет небольшое преимущество перед гигагерцовым диапазоном для КТРЛ, но явно проигрывает в характеристиках при организации видео линий.

При выборе частоты радиолинии нужно также учитывать ослабление сигнала при распространении в атмосфере Земли. Для линий связи НС–БЛА ослабление в атмосфере вызывается газами, дождем, градом, снегом, туманом и облаками [2]. Для рабочих частот радиолиний менее 6 ГГц ослаблением в газах можно пренебречь [2].

Таблица 1. Погонное ослабление радиоволн [дБ/км] в дождях разной интенсивности в зависимости от частоты

Из табл. 1 следует, что, например, на частоте 3 ГГц ослабление в ливне составит около 0.0087 дБ/км, что на трассе 100 км даст 0.87 дБ суммарного ослабления. При повышении рабочей частоты радиолинии ослабление в дожде резко растет. Для частоты 4 ГГц ослабление в ливне на этой же трассе составит уже 9.

1 дБ, а на частотах 5 и 6 ГГц — 28 и 57 дБ соответственно. При этом, однако, предполагается, что дождь с заданной интенсивностью имеет место на всем протяжении трассы, что редко бывает на практике. Тем не менее, при использовании БЛА в местностях где нередки дожди высокой интенсивности рекомендуется выбирать рабочую частоту радиолинии ниже значения 3 ГГц.

Дальность управления квадрокоптером

На продление дальности полета квадрокоптеров влияет ряд факторов, среди которых:

• сила радиосигнала,
• емкость батареи,
• тип двигателя,
• полезная нагрузка,
• условия полета.

К примеру, время пилотирования дэвайса в условиях города значительно меньше, чем за городом. Кстати, новичкам рекомендуют получать навыки управления квадрокоптером на открытой местности, где отсутствуют препятствия в виде электрических опор, деревьев, других объектов.

Чтобы повысить возможности аккумулятора, специалисты советуют подключить дополнительные источники питания. Дальность полета зависит и от других параметров, например, стиля полета (маневрирование, выполнение флипов и переворотов, «зависание» в пространстве).

Важный момент: увеличив дальность радиосигнала, не забывайте об увеличение дальности видеосигнала. Установка видеопередатчиков поможет беспрепятственно получать видеопоток с дэвайса.

Две дополнительные недорогие модели

U45 Raven — еще один потрясающий недорогой квадрокоптер с камерой Force1 с отличной ценой. Этот дрон также имеет камеру HD для фотографий с высоким разрешением и видео с 2MP. У него есть бездисплейный режим, и вы можете управлять им без предварительного регулирования положения или ориентации до полета.

Еще одна примечательная особенность — взлет и приземление в одно прикосновение, то есть, беспилотник автоматически парит на установленной высоте после того, как взлетит и перед приземлением, что упрощает управление и маневрирование для новичков. У него также есть функция удерживания высоты, которая облегчает полет и обеспечивает устойчивость в воздухе, а также это очень удобно, когда вы делаете фотографии.

• Подходит для — любителей, гонок FPV
• Камера — 720 HD
• Беспилотник автоматически парит на установленной высоте после взлета и перед посадкой, что упрощает управление и маневрирование для новичков.
• Функция удерживания высоты облегчает управление для новичков и стабилизирует аэрофотосъемку.
• Это — идеальный беспилотник для начинающих с большим количеством новых функций, обычно присущих моделям более высокого уровня
• Включена микро SD-карта SanDisk на 4 ГБ
• Не требуется регулировать положение или ориентацию до полета
• Перевороты на 360: Впечатлите своих друзей и родных потрясающими 3D-трюками по нажатию кнопки
• Время полета 7-9 минут
• Цена: 3500 тыс. рублей

Управление беспилотником может быть веселым, но не таким простым, как кажется. Начинающим пилотам лучшего всего попрактиковаться с более дешевыми моделями, прежде чем покупать профессиональные или более усовершенствованные. UDI U818A — один из удачных тренировочных дронов. У него есть функция поддержания высоты и экран от первого лица (FPV), поэтому вы можете следить за всем в режиме реального времени. Это хорошая практика для тех, кто стремится участвовать в гонках FPV или исследовать различные методы аэрофотосъемки.

Используемый модем

Дальность связи зависит только от двух параметров модема: мощности передатчика

и чувствительности приемника

, вернее от их разности — энергетического бюджета модема

(2)

Для того, чтобы увеличить дальность связи необходимо выбирать модем с большим значением

. Увеличить

в свою очередь можно за счет увеличения

или за счет уменьшения

. Предпочтение нужно отдавать поиску модемов с высокой чувствительностью (

как можно ниже), а не увеличению мощности передатчика

. Этот вопрос подробно рассмотрен в первой статье

https://www.youtube.com/watch?v=QmDJAm6O6qU

В дополнение к материалам [1] стоит иметь в виду, что отдельные производители, например Microhard [3], указывают в спецификациях некоторых устройств не среднюю, а пиковую мощность передатчика, которая в несколько раз больше средней и которую нельзя использовать для расчета дальности, т. к. это приведет к сильному превышению расчетной дальностью истинного значения.

К таким устройствам относятся, например, популярный модуль pDDL2450 [4,5]. Данный факт прямо следует из результатов тестирования этого устройства, выполненного для получения сертификата FCC [6] (см. стр. 58). Результаты тестирования беспроводных устройств, имеющих сертификаты FCC, можно посмотреть на сайте FCC ID [7], введя в строке поиска соответствующий FCC ID, который должен быть на наклейке с обозначением типа устройства. Модуль pDDL2450 имеет FCC идентификатор NS916pDDL2450.

Квадрокоптеры с большим радиусом действия своими руками

Готовые варианты дронов-долголетов хороши тем, что их можно заказать и на следующий день после получения, прочитав инструкцию, отправляться в полет. Однако, фабричные квадрокоптеры имеют и недостатки, первый из них – цена! 

Собранный своими руками квадрокоптер – дальнолет по цене обойдется в 4-5 раз ниже, чем купленный в магазине. Да, сборка потребует времени, придется разобраться с теорией по сборке, потребуется умение паять, но, зато, вы сможете оснастить свой дрон именно тем оборудованием, которое требуется именно для выполнения именно ваших задач, а избыток затраченного времени компенсируется пониженными финансовыми затратами.

Итак, переходим к практике!

Сделать выводы о максимальной дальности управляемого полета можно даже исходя из стоимости коптера. Мы не будем приводить конкретных примеров, просто скажем, что квадрокоптеры стоимостью до 100$ редко обладают способны улетать на 200-250 метров.

Коптеры стоимостью до 200-300$ способны оставаться управляемыми на удалении 200-500 метров от пульта. Впрочем, выбор в этой категории с каждым годом становится все лучше, поэтому не исключено, что последние модели недорогих беспилотников могут управляемо улетать и на 1000 метров.

Более дорогие летательные аппараты могут иметь самую разную дальность контролируемого полета. К примеру, Phantom 4 остается управляемым на удалении до 5 километров (если нет искусственных ограничений), а сравнимый с ним по стоимости GoPro Karma обладает радиусом, равным 3 километрам. Квадрокоптеры с большим радиусом действия и качественной камерой стоят заметно дороже.

Особенности распределения моделей

В это раз мы более тонко подошли к подбору и распределению моделей для рейтинга. В связи с чем, хотим дать некоторые пояснения о том, как получился данный результат. Начнём с того, что для всех серийно изготавливаемых БЛА, передача/приём управляющих сигналов и видеопотока реализуется посредством двух диапазонов частот это 2.4ГГц и 5.8ГГц.

Дальность полёта в целом предопределяет мощность используемого передатчика, которая в каждом государстве законодательно ограничивается, как и использование указанных выше диапазонов. Например, в странах Европы заметно ограничивается мощностной потенциал передатчиков, а частное использование диапазона 5.

Чтобы обеспечить законодательное соответствие своим продуктам, разработчики при помощи ПО научили систему дрона автоматически, исходя из полученных координат GPS позиционирования, переключаться между диапазонами/мощностью, и тем самым соответствовать действующим стандартам радиодопуска той или иной страны: FCC (США)/CE (Европа)/SRRC (Китай)/MIC (Япония).

В связи с чем, чтобы рейтинг получился максимально объективным, используя доступный видеоконтент на различных видеохостингах, мы проанализировали полученный опыт пользователей в обоих режимах (FCC/CE) для каждой модели, где за результат считался не единичный случай полёта на самое максимальное расстояние, а тот, которого удалось добиться большинству пилотам, выделив тем самым средний максимальный результат дальности полёта полученный на практике.

Начнём с последнего — 11 места. Для тех, у кого нет времени для полноценного ознакомления с рейтингом, мы подготовили таблицу ниже.

От чего зависит радиус действия квадрокоптера

Существуют различия между дальностью полета и радиусом действия квадрокоптера. В первом случае речь обычно идет о дистанции, на которую в принципе способен улететь дрон. Дальность в значительной степени зависит от емкости аккумулятора, а также от силы встречного, попутного или бокового ветра.

Беспилотник может выйти из зоны управления, но при этом продолжать свое движение. Профессиональные модели нередко используются для длительных автономных перелетов за пределами зоны действия управляющей аппаратуры.

Нас же интересует дальность управления квадрокоптером. Модели любительского уровня редко отправляют в автономное путешествие. Обычно при выходе за пределы зоны действия сигнала они автоматически возвращаются обратно. Безусловно, всегда существует риск того, что коптер, вместо того, что вернуться к точке взлета, продолжит движение в неуправляемом режиме, однако владельцы последних моделей беспилотников крайне редко сталкиваются с такими сбоями в работе.

Попробуем разобраться, от чего зависит дистанция связи с коптером.

Радиус действия напрямую зависит от используемой технологии связи, а также от мощности передатчика и чувствительности приемника. Наименее дальнобойной считается Bluetooth связь. Она может исчезнуть при удалении на 25-50 метров от пульта. Wi-Fi сигнал может быть очень сильным, однако для этого необходимо, чтобы на аппаратуре управления были установлены мощные антенны.

Чем мощнее передатчик, тем сильнее сигнал. Бюджетные коптеры оснащаются самыми простыми трансмиттерами, способными транслировать управляющие команды в радиусе 50-200 метров. Расстояние в 500-1500 метров считается достаточным для большинства любительских квадрокоптеров.

Еще одним фактором, оказывающим влияние на радиус действия, являются помехи. В условиях современного города дистанция управляемого полета заметно уменьшается. На всех популярных частотах присутствуют посторонние шумы, негативно влияющие на силу управляющего сигнала. Дистанция полета может уменьшиться в 2 и более раз.

Рейтинг 10 лучших квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой

Ниже мы приведём рейтинг 10 лучших с точки зрения покупателей квадрокоптеров с большим радиусом действия и камерой. Ведь именно покупатель является самым объективным экспертом, определяя собственными деньгами наилучшие характеристики, функциональные возможности и эффективную стоимость каждого конкретного коптера.

На десятом месте нашего рейтинга GoPro – квадрокоптер, у которого имеется не только специальные крепления видеокамеры, но и устройство стабилизации.

Несмотря на мировую известность производителя (именно он выпускает всемирно известные камеры GoPro) и довольно массированную рекламную кампании, коптер GoPro относится к среднему классу и по стоимости, и по своим эксплуатационным характеристикам.

Серия Phantom – это квадрокоптеры с радиусом действия в 5 и более километров. По сравнению с предыдущим – третьим – поколением квадрокоптер DJI Phantom 4 получил функцию автономности. Сонары, которыми оснащён дрон, определяют не только высоту, но и расстояние к объекту съёмки. Таким образом, действия квадрокоптера полностью отвечают требованиям четвёртого поколения.

Единственный недостаток данной модели – это слишком высокая стоимость, которая делает крайне затруднительным приобретение данного профессионального коптера с видеокамерой.

Этот китайский квадрокоптер является, наверное, самой лучшей моделью начального уровня.

Безопасность фронтальной камеры обеспечивает массивный передний бампер. Время полёта квадрокоптера не ограничивается только светлым временем суток. Для ночных полётов у дрона имеется пара мощных фар.

Покупатель может выбрать несколько вариантов комплектаций:

• Базовая – без камеры и дополнительных аксессуаров;
• Промежуточные комплектации с видеокамерой и/или экраном;
• Полная комплектация – камера, видеогарнитура и FPV монитор.

Бесколлекторные двигатели, конечно, неспособны тягаться со скоростными гоночными образцами, но их характеристики позволяют сопротивляться даже очень сильным порывам ветра, удерживая коптер над заданной точкой.

Hubsan X4 H501S – это квадрокоптеры с радиусом действия менее одного километра, но с очень большой скоростью. Поэтому их оптимально использовать для съёмок в движении, когда и сам пилот движется на автомобиле.

Если дрон вылетит за пределы радиуса действия пульта управления, то он самостоятельно вернётся в зону уверенного приёма радиосигнала благодаря функциям Failsave и Return to Home.

Поведение и действия квадрокоптера в режим Headless Mode значительно упрощены, что позволяет работать с дроном даже начинающим пилотам.

Если предыдущая модель предназначена для съёмки движущихся объектов, то квадрокоптер DJI Spark Fly More Combo заточен для селфи-съёмки, а по своим функциональным возможностям его называют «летающим iPhone».

Например, вы сможете управлять этим коптером с большим радиус действия своей рукой в буквальном смысле этого слова, ведь его мощный многоядерный процессор поддерживает жестовое управление.

На момент выхода в 2023 году квадрокоптер Xiaomi Mi Drone 4K был самой обсуждаемой моделью китайской компании. Ведь она предложила рынку мощный коптер, оснащённый видеокамерой со сверхмощным разрешением и обладающий широкими функциональными возможностями.

Управление квадрокоптером осуществляется при помощи фирменного приложения Mi Drone.

Изначально вы получите доступ только начальному уровню управления Beginner, уровень Professional можно получить только после определённого количества числа налёта.

Квадрокоптер DJI Mavic Air Fly More Combo, несмотря на свои ультракомпактные размеры, обладает возможностями полноразмерного беспилотника профи-класса. Например, вы можете управлять дроном с большим радиусом действия своей рукой, подавая ему специальные жесты-команды.

Просчитанная геометрия корпуса обеспечивает ему высокие скоростные характеристики и большое время работы.

На трёхосевой механический подвес устанавливается 12-мегапиксельная камера с 1/2.3” CMOS сенсором, способная снимать в стандарте 4К со скоростью 30 кадров в секунду или 100 Мб/с. Ещё камера способна работать в интеллектуальном режиме QuickShots, а также снимать сферические панорамы в стандарте 32 мегапикселей и в режиме Slow-Motion.

Топ-3. dji inspire 2 – до 7000 метров

Это квадрокоптер с камерой, радиус действия которого составляет великолепные 7 километров. Как вы уже поняли из названия, модель — усовершенствованное продолжение  DJI Inspire 1. По словам экспертов, сегодня это лучший дрон для профессиональный съемки.

• Дизайн. Сконструирован из алюминиево-магниевого сплава. Это облегчило коптер. Правда ничего не говорится об поднимающихся в полете лучах, чтобы не мешать съемке.
• Радиус квадрокоптера увеличен до 7 тысяч метров. При это время в воздухе — 27 минут (!) благодаря не одной, а целым двум аккумуляторам, которые еще имеют функцию самообогрева. То есть теперь можно легко летать при температуре в  минус 20 градусов. Если докупить специальные пропеллеры, то можно подняться на высоту в 5 тысяч метров!
• Камера. Инновационная особенность дрона наличие не одной, а двух камер, каждая из которых снимает во впечатляющем разрешение 5,2 К. Это Zenmuse X4S и X5S. Одна  — для съемок, находится снизу на 3-осевом подвесе, крутиться на 360 градусов, вторая — для управления спереди на 2-осевом подвесе. В итоге, один пилот может управлять видео, другой пилотировать дрон. Новая система CineCore 2.0 позволяет хранить всю информацию  внутри дрона.
• Особенности. Система облета такая де серьезная, как в DJI Phantom 4 Pro. Сенсоры визуализации и позиционирования расположились спереди, сверху и снизу. У препятствий нет шанса покалечить дрон.

1. Дальность — 7 километров
2. Два аккумулятора
3. Две камеры

Топ-5. yuneec typhoon н — до 2 000 метров

Если вы не слышали о Yuneec, вы упускаете возможность познакомиться с высококачественными платформами аэрофотокамер, которые могут идеально подойти для ваших развлекательных (или деловых) потребностей. H520 оборудован шестью роторами, полной камерой на подвесе и выдвигающимся ножками. Yuneec готов к простому и безопасному полету, с шикарными фото и видео в формате Ultra HD и 4K.

Характеристики

• Подходит для — профессионалов
• Пульт дистанционного управления: ST16S
• Камера: 4K/2K /HD
• Максимальная высота: 500 м
• Макс. время полета: 25 минут
• Вес: 3.6 фунта (с батареей, без подвеса)
• Примечательные атрибуты: гексакоптер = огибание препятствий, камера на 360°
• Стоимость — 125 тыс. рублей

Неплохой радиус действия квадрокоптера «Тайфун» вкупе с крутой камерой и инновационной системой создания 3-D модели мира делают его единственным в своем роде.

• Дизайн. Дрон имеет шесть лучей, то есть он — гексакоптер. Лучи, изготовленные из карбона можно сложить для удобной транспортировки. Также в воздухе они складываются, чтобы обеспечить камере ничем не ограниченный угол обзора.
• Радиус квадрокоптера — до 2 километров. Правда, пилоты пишут, что помехи в передаче видео случаются на расстоянии 1200 метров. Время в воздухе — 25 минут. Разгоняется до 70 километров в час. При этом заряжаться батарея будет около двух часов.
• Камера CG03 имеет 12.4 мегапикселя и снимает в двух разрешениях: премиум 4К и в 1080р. 3-осевой подвес крутит ее на 360 градусов, ничто не ускользнет от внимания пилота. Угол обзора  — 115 градусов, что превосходит возможности конкурента —  Phantom 4 Pro. Картинка передается не так называемую «наземную станцию ST16». Так называется серьезный пульт с крутым экраном, куда выводится картинка с дрона и телеметрия полета. Есть возможность докупить еще один пульт Wizard remote, который может не входить в комплектацию. Им второй пилот может управлять камерой.
• Особенности: На передней части дрона стоит особенная камера Intel, которая воссоздает 3D-модель окружающего. Основываясь на данных, коптер прокладывает самую безопасную дорогу. Дополнительные ультразвуковые сенсоры облегчают полет в условиях минимальной видимости.

1. Складной
2. 3-D сканирование
3. Не пульт, а наземная станция

Усилитель сигнала для квадрокоптера

Большинство изделий функционируют на частоте 2,4 Ггц: она позволяет осуществлять полеты на небольшое расстояние – в среднем 1 км. Вылет аппарата из зоны приема сигнала чреват потерей летательного устройства. Расширить зону приема сигнала помогут специальные комплектующие. Представленные на рынке модели отличаются рядом преимуществ, среди которых:

• легкий вес,
• компактные размеры,
• простота установки,
• доступная цена.

Использование усилителей позволит увеличить дальность полетов на расстояние до нескольких километров (этот показатель зависит от модели). В комплект устройств для усиления сигнала входят панель антенны, кабели, кронштейн в качестве опоры. Усилители концентрирует излучение антенны и направляют луч сигнала от пульта ДУ. Подключение аппаратуры не требует каких-либо изменений в работе летательного агрегата.

Частота радиоканала

Из уравнения дальности

однозначно следует, что чем меньше рабочая частота

, тем больше дальность связи

. Но, не будем торопиться с выводами. Дело в том, что другие параметры, входящие в уравнение, также зависят от частоты. Например, коэффициенты усиления антенн

будут зависеть от частоты в том случае когда максимальные габариты антенн

фиксированы

, что как раз и имеет место на практике. Коэффициент усиления антенны

, выраженный в безразмерных единицах (разах), можно выразить через физическую площадь антенны

следующим образом

(3)

где

— эффективность апертуры антенны, т. е. отношение эффективной площади антенны к физической (зависит от конструкции антенны)

Из (3) сразу видно, что при фиксированной площади антенны коэффициент усиления растет пропорционально квадрату частоты. Подставим (3) в (1), предварительно переписав (1) с использованием безразмерных единиц для коэффициентов усиления антенн
(4)

где коэффициент

является константой при фиксированных габаритах антенны. Таким образом, в этой ситуации дальность связи прямо пропорциональна частоте, т. е. чем больше частота, тем больше дальность.

Вывод.

При фиксированных габаритах антенн повышение частоты радиолинии приводит к увеличению дальности связи за счет улучшения направленных свойств антенн. Однако, нужно иметь в виду, что с ростом частоты растет и затухание радиоволн в атмосфере, вызываемое газами, дождем, градом, снегом, туманом и облаками

. Причем с увеличением длины трассы затухание в атмосфере также увеличивается. По этой причине для каждой длины трассы и средних погодных условий на ней существует некоторое максимальное значение несущей частоты, ограниченное допустимым уровнем затухания сигнала в атмосфере.

Отзывы

Беспилотник GoPro Karma — хороший середнячок, который делает высококачественные снимки в движении или просто записывает важные моменты из жизни. Вы можете купить Karma в комплекте с камерой GoPro Hero6 Black или более ранними версиями серии Hero, что позволяет сэкономить деньги на хорошей камере 4K.

Особенности и характеристики

• Подходит для — любителей и профессионалов
• Камера — 4K 60 / 1080P
• Karma снимает удивительно плавное видео с GoPro.
• Беспилотник Karma сворачивается и помещается в легкий чехол. Берите его куда угодно. Когда вы будете готовы к полету, просто разверните его и присоедините пропеллеры.
• Стабилизатор Karma позволяет записывать потрясающие видео без встрясок и в воздухе, и на поверхности.
• 5100mAh 14.8-вольтовая батарея обеспечивает до 20 минут полета на 1-часовой зарядке
• Стоимость: 100 тыс. рублей

Квадрокоптер U49C Red Heron представляет собой отличный вариант для новичка. Force1 RC включает в эту модель дополнительную батарею, которая удваивает время полета, что будет отлично для людей, проводящих свои первые часы полета. Red Heron также имеет запасные двигатели, что особенно ценно для начинающих пилотов.

• Подходит для — любителей и профессионалов
• Время работы от батареи — 15 минут
• Камера — 13MP, 4K при 30 fps
• Камера позволяет получить четкое изображение, которое конкурирует с другими беспилотниками для новичков — благодаря широкоугольной камере на 120°
• Бездисплейный режим и удобные аварийные сигналы делают его одним из лучших беспилотников для детей
• Легкий полет благодаря дистанционному управлению (не нужны специальные приложения): Дрон FPV требует мобильного устройства – этот беспилотник с камерой может работать прямо после извлечения из коробки
• Уст ойчивая камера позволяет получить качественные изображения HD; идеально для новичков или профессионалов
• Средняя стоимость: 6 тыс. рублей