X350 war der erste Multikopter von Walkera der einen GPS Empfänger und einen Kompass (Magnetometer) nutzte. Danach kamen X350 Pro, Tali H500 und X800. Auch ein GPS Helikopter G400 ist im Programm.
Zusammen mit dem Barometer ermöglichen diese zwei Sensoren u.A. ein genaues Halten einer Position oder einen teilautonomen Flug zum Startpunkt. Das macht das Fliegen prinzipiell sicherer und einfacher.
Wenn GPS und Kompass nicht richtig funktionieren, können allerdings Probleme auftreten. Vor allem in dem Return to Home Modus ist es wichtig, dass diese Sensoren richtige Werte empfangen.
Wir haben bereits einige wichtige Punkte im lesenswerten Artikel „Flyaway?” erläutert. Weitere Punkte zum Thema Sensoren findet ihr in diesem Artikel.
Inhalt
Sensibelchen
GPS und Kompass sind sehr sensible Geräte. Sie sind so sensibel, weil die Signale, die sie empfangen und verarbeiten, äußerst schwach sind.
GPS
In der Höhe von ca. 20 Tausend Kilometern über der Erdoberfläche kreisen die derzeit 32 GPS Satelliten. Davon kann man an einem Punkt der Erde zur selben Zeit maximal 10 Stück empfangen.
Auf der Erde beträgt die Signalstärke von GPS ca. ‑125 dBm (Dezibel Milliwatt) und ist somit sehr schwach. Im Vergleich dazu strahlt WLAN in ausreichender Nähe noch mit ca. ‑50 dBm.
0 dBm entspricht 1 mW (Milliwatt), ‑50 dBm sind ca. 1 nW (Nanowatt) oder 0.0001 mW. Da dBm eine logarithmische Skala ist, ist das GPS Signal ca. 0,0000000000003 mW stark (oder soll ich eher schwach sagen?).
GPS nutzt hauptsächlich die Frequenzen von 1.57542 GHz (L1) und 1.2276 GHz (L2). Aufgrund der hohen Frequenz durchdringt der Signal nur sehr schlecht Wände und macht auch bei sonstigen Hindernissen Halt oder wird von ihnen ungünstig reflektiert. Der geringe Leistungspegel macht die Sache auch nicht besser.
Zudem wird GPS durch vielzählige Umweltfaktoren beeinflusst (siehe unten).
In der kurzen Geschichte der Kopterindustrie haben diverse Hersteller den Fehler gemacht, die Kamera schlecht vom GPS Empfänger abzuschirmen. Verschiedene Bauteile erzeugten Frequenzen um 1,5 GHz und störten damit den GPS Empfang. Die Kamera wurde somit zum GPS Jammer. Im Kopter liegt alles ja recht nah beieinander.
Video-Link: https://www.youtube.com/watch?v=6kCOssma4U4
Auch sehr starke FPV Sender (in Deutschland eh verboten), die gar nicht mit 1,5 GHz arbeiten, können Störfrequenzen bis in das 1,5 GHz Band erzeugen.
Und sieht es aus, wenn der GPS Empfang sehr schlecht ist. Wir haben unseren Kopter im Gebäude eingeschaltet. Der empfindliche GPS Empfänger hat zwar einige Satelliten empfangen, aber die Qualität des Signals war natürlich sehr schlecht:
Video-Link: https://www.youtube.com/watch?v=b78Ac8OhvWo
Wie man sieht, verändert sich die Position enorm. Das führt bei der Arducopter Firmware, die Walkera nutzt, nicht zu Flyaways, weil solche Situationen erkannt werden und die Flugsteuerung den GPS Flug abschaltet und auf manuell geht.
Wann genau die automatische Umschaltung passiert, lässt sich über den MINSATS Parameter festlegen. Zum Testen haben wir bei dem Video auf 2 Satelliten reduziert, was prinzipiell zu wenig ist. In Gebäuden ist GPS (auch mit GLONASS) sowieso nicht sinnvoll verwertbar und führt zu absurden Falschmessungen der Position. Sieht man ja.
Der Modus, in den dann geschaltet wird, ist der, der dem entspricht, was dabei rauskommt, wenn man bei dem zu ersetzenden Modus GPS weglässt. Loiter wird durch AltHold vertreten, Position durch Stabilize. Wenn der Empfang wieder gut genug ist, schaltet die Flugsteuerung wieder zurück in den GPS-Modus, ohne dass der Pilot herumschalten muss.
Kompass
Die Stärke des Erdmagnetfelds beträgt ca. 100 nT (Nanotesla). Ein Neodymmagnet in einem guten Brushless Motor hat 1,4 Tesla! Kommt ein Magnetometer damit in Berührung, kann es nachhaltig magnetisiert und somit geschädigt werden.
Kompass schonen
Vor allem beim Transport und auf dem Schreibtisch gibt es für das empfindliche Kompassmodul viele Gefahren. Starke Magnetfelder können den Kompass nachhaltig unbrauchbar machen.
Ich habe z.B. meinen Kompass beim X350 durch einen Kontakt zum Neodymmagneten nachhaltig geschädigt. Trotz Kalibrierung zog der Kopter im GPS Modus weg.
Denkt also immer daran, den Gimbal, der Neodymmagnete enthält, nicht zu nah an das Kompassmodul zu lagern.
Kompass Kalibrieren, GPS Empfangsqualität
Mit GPS kann man relativ genau eine Position bestimmen. Die Höhe und die Richtung lassen sich mit GPS allerdings nur ungenau abbilden. Um die Richtung mit GPS allein zu bestimmen, muss der Empfänger eine gewisse Strecke in eine Richtung bewegt werden. Die Richtung ergibt sich nur durch das Interpolieren der beiden Koordinaten. Da es für einen Kopter nicht praktikabel ist, verwendet man einen Kompass. Auch die Höhe bereitet GPS probleme, schließlich sind die meisten Satelliten oben. Ein barometrischer Höhensensor hilft hier. Für eine zuverlässige Positionsbestimmung müssen GPS, Kompass, und Barometer zuverlässig zusammen arbeiten.
Die Betriebsanleitung erklärt die Kalibrierung von Kompass. Das ist der erste Schritt zur Nutzung dieses Sensors und die Notwendige Bedingung
Umwelteinflüsse auf GPS und Kompass
Sonne, Mond und der ganze kosmische Rest
Die magnetischen Stürme werden durch Sonneneruptionen und den Sonnenwind verursacht. Sie können die Stärke Erdmagnetfeldes zeitweise verändern.
Das Magnetfeld der Erde ist ca. 100 nT (Nanotesla) stark. Da Sonnenstürme eine Magnetisches Feld von 100 bis 1000 nT erzeugen können, ist das Störpotential enorm.
Wie wichtig der Kompass ist, lest im Artikel „Flyaway?”.
Auch das GPS ist von den Sonnenstürmen betroffen. Die Sonnenwinde wirken in der Ionosphäre auf die schwachen elektromagnetischen Wellen, die GPS Ssatelliten zur Erde senden. Die daraus resultierenden Veränderungen der Laufzeit der Satellitensignale können den GPS Empfänger sehr verwirren. Der Kopter meint dann, er würde sich mal hier mal dort befinden. Und das mit einer Ungenauigkent von bis zu 50 Metern. Das Ganze springt dann auch, sodass der Kopter meinen könnte, er würde abrupt mit mehr als 30 km/h durch die Gegend geschleudert werden.
Sogar der Mond beeinflusst aufgrund seiner Gravitationskraft die GPS Genauigkeit, indem er die Laufbanhn der Satelliten verändert.
Wichtig für uns ist aber das Sonnenwetter. NOAAA bietet zwei einfache Indikatoren an, anhand derer man sich schnell orientieren kann.
Quelle: http://n3kl.org/sun/noaa.html
Die Grafiken oben werden live aktualisiert.
Folgende Möglichkeiten gibt es bei der Sonnenaktivität:
Und folgendes könnt ihr beim geomagnetischen Feld beobachten:
Hier werden die Statusgrafiken erklärt: http://www.n3kl.org/sun/status.html
Ab der Farbe Gelb wird es zumindest bedenklich. Fliegt im GPS mit großer Vorsicht und vertraut dann nicht zu sehr auf automatische Funktionen wie RTH.
So sieht die Seite aus, wenn gerade Sonnensturm ist, das geomagnetische Feld instabil ist und man lieber vorsichtig oder gar nicht im GPS Modus fliegen sollte:
Es gibt praktische Apps für’s Smartphone, die das kosmische Wetter anzeigen.
Wenn ihr euch morgen also über Sonnenaktivität unterhaltet, werden viele denken, ihr seid plötzlich ganz naturverbunden geworden und habt vielleicht sogar einen Hang zur Esoterik entwickelt. Und nur wenige werden wissen, dass in Wahrheit nicht ihr, sondern eure hochkomplexen Fluggeräte sehr naturverbunden sind.
Am und im Boden
Auch am Boden oder in der Bodennähe kann das Magnetfeld gestört werden. Diverse Mineralien sind magnetisch. Ihr Störpotential liegt, wie bei der Sonne, zwischen 100 und 1000 nT.
Bei der Kalibrierung sollte man auch keine magnetischen Gegenstände an sich tragen. Sonst wird der Kompass inkorrekt kalibriert.
Fazit
GPS Flug ist viel komplexer und sensibler als es scheint.
Schaltet nur dann in GPS, wenn ihr den Kopter gut seht und ausreichend Platz für Korrektur und Abbruch habt. Beobachtet den Kopter nach dem Umschalten auf GPS genau und seid bereit, vor allem in dem ersten Moment, wieder in Manuell zu schalten.
Die Fähigkeit zum manuellen Flug, zumindest im ACC Modus, ist wirklich wichtig. Kauft euch einen kleinen Kopter und übt damit fliegen.
Fly safe!
hallo,
zum FAZIT halte ich noch so es eralubt ist einige ergänzungen für angebracht.
auf grund der komplexität und möglichen fehleranfälligkeit scheint es NICHT angebracht, sich alleine auf gps zu verlassen, selbst wenn die werbung fast alleine fliegende und von jedem zu beherrschende drohnen suggeriert.
das erlernen des manuellen modus ist unumgänglich, sodaß man im notfall jederzeit auf diesen umschalten kann, selbst wenn man im gps-modus flog. heute gibt es spottbillige kleine copter, mit welchen man hervorrfagend lernen kann, selbst in der stube im winter.
abgesehen davon ist das fliegen, so man nicht filmt, im manuellen modus ungleich interessanter.
vg. @bodensurrer
+1
Hallo,
danke für diesen tollen Artikel. Wie sieht es denn mit den genannten Problemstellen im Talli H500 von Walkera aus? Ab einem bestimmten Preisniveau sollte man hier ja Qualität erwarten. Oder sind die Kollegen vom DJ Phantom da weiter?
Gruß aus Hamburg
Joachim
Hallo Joachim,
die im Artikel beschriebenen Probleme betreffen alle Kopter aller Hersteller.
Sogar Verkehrsflugzeuge haben derzeit Probleme.
Auch an dich schöne Grüße,
Sergei
Hier ein Artikel: http://www.aerotelegraph.com/sonnenstuerme-indien-asien-luftfahrt-kommunikation-gestoert
und noch eine Meldung, die das alles etwas relativiert:
http://www.heise.de/newsticker/meldung/Geomagnetisches-Stuermchen-droht-2390734.html
Achja, zum Thema Kamera: Ich habe vor kurzem mal eine Testreihe mit der weissen Walkera DV04 Kamerazusammen mit dem TX5804 am QRX350 gemacht und konnte keine Auswirkungen auf die GPS-Funktionen feststellen.
hi,
man müßte das wohl noch weiter relativieren, wenn solche stürmchen so gravierende auswirkungen hätten, würde kein navi mehr funktionieren etc. etc. viel schlechter werden die gps empfänger in den coptern auch nicht sein, sodaß die wirkliche beeinflussung eher üerschätzt und als ausrede benützt wird..
man sollte nicht wie bei vielen phantom-„piloten”, ich nenne sie eher „drohnenhebler” beim unvermögen händischen steuerns und seltsamem verhalten, gleich alle möglichen ursachen von wasser über sonnenstürme und eisen und pflastersteinen vermuten à la kaffeesudlesen.
die verifizierung eines möglichen fehlers ist aber sicher nicht einfach, wie ich selbst erfahren muss.
seit 1 woche geht mir beim x350 (ohne pro) das IOC nicht mehr. warum? kein schwein weiß das.: – )) reagiert beim einschalten von IOC (gektors modellfile mix schalter ) entweder gar nicht oder mit „falscher” himmelsrichtung bei steuerungsbewegungen. kalibriert, funke hinter copter gelegt bei bindung, nicht bewegt, alles ok. gleichzeitig funktioniert gps-schweben fast zu genau, lediglich höhenschwankungen zu verzeichnen und rth einfach wie immer beim x350 „ohne pro” sensationell. landet einem fast auf dem kopf.
also wer da noch ne idee hat, dem wird mein dank lange zeit nachschleichen.
(damit kein mißverständnis entsteht, ioc brauch ich eh nicht, brrr, wenn dann nur für „künstlerisches” herumtanzen)
ich kann nur die alte weisheit zur kenntnis nehmen: „die natur, vor allem die elektronische, kann man nicht verstehen. man muß sie einfach so akzeptieren wie sie ist”.
vg. @bodensurrer
hi.…
irgendwann hatte ich beim QRX350 auch mal das Problem dass GPS nicht loggen wollte und auch kalibrieren nicht klappen wollte. Ursache war dabei wohl ein Kontaktfehler am Kompass. Einmal Stecker abziehen und wieder anstecken hat das Problem gelöst.
Gruss
Hubbi
Dein Auto-Navi interpoliert deine Position auf der Straße, weil er ja die Straßen kennt und nicht annimmt, dass du durch die Felder um die Autobahn herum fährst. Außerdem gibt es da eine Fehlerkorrektur die verhindert, dass du plötzlich auf der Nebenstraße landest. Die Ungenauigkeiten werden also durch diverse Algorithmen beseitigt.
Zudem ist beim Autonavi die Richtung leichter zu bestimmen, weil man sie zwischen zwei oder mehreren Punkten approximieren kann. Das Auto bewegt sich ja meist in eine Richtung und steht nicht still.
Die Fehlerkorrektur beim Kopter ist mehr als dürftig. Die Prozessoren sind noch nicht stark genug oder man hat sich noch nicht ausreichend darum gekümmert.
Der Kompass ist im Kopter eine wirklich schwache stelle und auch wenn das aktuelle „Stürmchen” es lauf Heise leider nicht schafft, mitten in Deutschland ein Polarlicht in den Himmel zu zaubern, kann er den empfindlichen Kompass – der für die Autonavigation fast egal ist – verwirren. Auch GPS Ungenauigkeiten machen dem Kopter aufgrund der fehlenden Straßen mehr aus, als dem Autonavi.
hi,
zumindest meinem QRX350 war der Magnetsurm heute nachmittag um ca 14:00 ziemlich egal. Zwecks Akkutest durfte er im Innenhof bei deutlich spürbaren Windwirbeln ca 13 Min PositionHold Kampfschweben. Die Positionsveränderungen dabei waren die normal üblichen . Nichts desto trotz habe ich ihm natürlich deutlich auf die Finger geschaut. Vorsicht ist die Mutter der Porzellankiste, aber für Panikmache sehe ich so recht keinen Grund.
Wer jederzeit manuell weiter fliegen kann, wenn der Kopter mal zickt, muss eh niemals Panik entwickeln.
Aber gut zu wissen, dass der X350 Pro auch mal einen Sonnensturm aushält! 🙂
Ich finde so wie so, dass X350 Pro sehr zuverlässig ist.
hi,
„zumindest meinem QRX350 war der Magnetsurm heute nachmittag um ca 14:00 ziemlich egal”.
bei mir auch am freitag. schwebte an der stelle wie ne eins.
ok, hab mich überzeugen lassen, daß es sonnenstürme gibt. nichtsdestotrotz hab ich noch nirgends gelesen, ob das auf nen copter wirklich einfluß hatte. nachweisbar natürlich.
also vorschalg: beim nächsten sonnensturm die x350-schwebeplattformen aktivieren und dann testen ne stunde lang. möglichst viele. und dann mal schauen. ich traue mich zu wetten, daß von 100 x350-ern praktisch keiner was bemerkt.
es sei denn, der sonnensturm ist so stark, daß alle geräte ausfallen. aber dann ist sowieso sense.
vg.
Hallo liebe Walkera Fangemeinde,
wir haben in den zurückliegenden Kommentaren ja nun einiges über Sonnenstürme und GPS erfahren.Wichtig bei allem ist doch, dass Firmen wie Walkera, uns für unser gutes Geld, ein technisch bestmöglich konstruiertes und ausgestattetes Fluggerät liefert. Und wichtig ist auch noch das beschwerden der Nutzer in den Produkten wiederzufinden sind und Fehler nicht bei Neuerscheinungen nicht wieder bezahlt werden. Walkera sollte den deutschen Markt nicht schlechter bedienen als die USA. Bevor ich mein Geld ausgebe verfolge ich Walkera noch etwas.
Gruß aus Hamburg
Joachim
LCACE Club: GPS – The history and how it works
https://www.youtube.com/watch?v=TP-USyRalcg