Ich habe darüber nachgedacht eine Drohne beim Höhlenforschen mitzunehmen. Gerade bei vertikalen Schächten könnte dies eine gute Möglichkeit sein, um zu schauen ob es weiter geht. Im Wissen, dass es in einer Höhle kein GPS Signal gibt, habe ich etwas recherchiert, um herauszufinden ob es eine Möglichkeit gibt auch ohne GPS zu fliegen.
Kann eine Drohne ohne GPS fliegen? Ja, Drohnen können auch ohne GPS geflogen werden. Das Fliegen ohne GPS Unterstützung ist schwieriger und erfordert viel Übung. Es gibt unterschiedliche Flug-Modi, von „Manuell“ über „Halte die Höhe“ bis hin zu „Halte Position“. Bei jedem Flug-Modi ist auch das Flugverhalten unterschiedlich.
Eine Drohne ohne GPS zu fliegen ist wie einen Ball auf einer Platte zu balancieren. Du musst jede Flugbewegung schnell korrigieren und es gibt dabei einiges zu beachten.
Was ist wichtig, wenn man eine Drohne ohne GPS fliegen will?
Es gibt unterschiedliche Flug-Modi, in welchen die Drohne geflogen werden kann. Die gängigen Flug-Modi sind Manuell, Stabilisierung, Halte Höhe und Halte Position. Dabei ist das GPS-Signal nur wirklich für den Modus „Halte Position“ notwendig. Wenn du in einem anderen Modus die „coming home” Funktion verwenden willst, benötigst du ebenfalls ein GPS-Signal.
Generell ist es kein Problem eine Drohne ohne GPS-Signal zu fliegen, du musst nur beachten, dass die Drohne ihre Position nicht halten wir, wenn du die Steuerknüppel auslässt. Das bedeutet, dass du jede unerwünschte Flugbewegung, welche beispielsweise durch Wind entsteht, aktiv korrigieren musst. Dies ist gerade für Anfänger eine Herausforderung, aber mit genügen Praxis wird man den Unterschied zu einer GPS stabilisierten Drohne nicht erkennen.
Wenn du das Fliegen ohne GPS erlernen möchtest, empfiehlt es sich mit dem „Halte Höhe“ Modus (ATTI / altitude hold ) zu beginnen.
Fliege zuerst die Drohne im „Halte Position“ Modus (GPS, loiter) auf eine sichere Höhe. Mache dich bereit die Drohne aktiv zu steuern und schalte auf den „Halte Höhe“ (altitude hold) Modus. Du wirst sehen, dass die Drohne horizontal wegdriften wird. Dies ist aufgrund von Wind oder einer schlechteren Kalibrierung ganz normal. Nun musst du die Drohne mit einer entsprechenden Gegenbewegung wieder auf die gewünschte Position steuern.
Solltest du dich unwohl fühlen oder etwas funktioniert nicht so wie du willst, schalte sofort wieder in den „Halte Position“ Modus. Die Handbewegung vom Steuerhebel hin zum Modusschalter solltest du zuvor üben, dass du dies auch blind machen kannst, ohne den Schalter zu suchen.
Wenn du diesen Modus beherrscht, kannst du auch mit “Halte Höhe” starten und andere Modi ausprobieren. Auf jeden Fall solltest du zuvor wissen wie die Drohne in welchem Modus reagieren wird.
Welcher Flugmodi verwendet GPS und wie ist dabei die Drohne zu steuern?
Der meist benutzte Flugmodus ist „Halte Position“ (loiter oder GPS). In diesem Modus verwendet die Drohne das GPS Signal, um dessen Position genau zu bestimmen. Jeder Umgebungseinfluss, welcher die Position der Drohne verändert, wie beispielsweise Wind, wird automatisch von der Steuerung korrigiert und die Drohne fliegt somit selbstständig zur ursprünglichen Position zurück. Wenn du eine Steuerbewegung ausführst, wird die neue GPS Position gespeichert.
Der nächst schwierigere Flugmodus, welcher bereits ohne GPS funktioniert ist „Halte Höhe“ (altitude hold). Hierzu verwendet die Drohne einen Drucksensor, um den Luftdruck zu messen. Dieser Sensor ist so sensibel, dass er bereits kleine Höhenunterschiede der Drohne messen kann. Die Drohne hält zwar automatisch die Höhe (Gas), aber die Achsen Roll, Nick und Gier müssen vom Piloten aktiv gesteuert werden.
Wenn du zum ersten Mal einen anderen Flugmodus ausprobieren möchtest, solltest du dies auf einem großen freien Feld machen. Gerade am Anfang brauchst du sehr viel Platz. Fliege in ausreichender Höhe, dass du Zeit hast im Notfall auf den „Halte Position“ Modus umzuschalten.
Wenn du dann im jeweiligen Modus aktiv gegensteuern musst, tute dies im ersten Moment sehr sanft und werde erst dann stärker. Die Gefahr ist, dass du die Drohne bei ruckartigen Steuerbewegungen übersteuerst und du dann auf der Fernsteuerung zum Rühren anfängst.
Der nächste Modus ohne GPS Signal ist „Stabilisieren“ (stabilize). Hierbei musst du alle Achsen der Drohne (Roll, Nick, Gier und Gas) selbst steuern. Wenn du in diesem Modus nach einer Steuerbewegung den Steuerknüppel auslässt, nivelliert sich die Drohne wieder von selbst horizontal. Sie wird zwar dann weiterhin in irgendeine Richtung wegdriften, bleibt jedoch stabil.
Der letzte gängige Modus ist „Manuell“ (manual). Dieser wird eher für Kunstflug genutzt und erfordert viel Übung. In diesem Modus macht die Drohne nichts von selbst. Wenn du also eine Steuerbewegung beispielsweise nach rechts machst. Kippt die Drohne in einer entsprechenden Geschwindigkeit nach rechts. Wenn du dann den Knüppel auslässt, bleibt die Drohne in diesem Winkel stehen und wird immer weiter nach rechts fliegen. Erst wenn du eine entsprechende Gegensteuerung nach links durchführst bleibt die Drohne auf ihrer Position stehen.
Was ist IOC, und kann ich es ohne GPS Signal verwenden?
IOC steht für intelligent orientation control, also ein intelligenter Steuermodus. Generell gibt es drei Modi bei IOC. Jeder Modus ändert die Art und Weise wie die Drohne auf deine Steuersignale von Nick und Roll reagiert.
Normalflug (normal flying): In diesem Modus fliegt die Drohne vorwärts, wenn du den Steuerknüppel der Nick-Achse nach vorne bewegst. Dabei ist es egal wie die Drohne in der Luft steht, nach vorne steuern ist immer für die Drohne nach vorne fliegen.
Kursrichtung (course lock): Hierbei merkt sich die Drohne in welche Richtung die Nase beim Einschalten blickt. Diese Richtung ist dann deine Kursrichtung. Egal in welche Richtung die Drohne dann im Flug blickt. Eine Steuerbewegung der Nick-Achse nach vorne ist immer eine Bewegung in Kursrichtung. Sei vorsichtig, dass du dich während des Fluges nicht selbst drehst, sondern blicke immer in Kursrichtung.
Startpunkt Ausrichtung (Home lock flying): Dieser Modus verwendet den Startpunkt für die Umrechnung der Steuersignale. Hierbei bedeutet eine Steuerbewegung der Nick-Achse vorwärts eine radiale Bewegung weg von dir. Wenn du roll nach rechts steuerst, fliegt die Drohne eine Kreisbewegung um den Startpunkt im Uhrzeigersinn.
Jeder IOC-Modus hat Vor und Nachteile und für jede Anwendung sind andere Modi geeignet. Am besten du probierst alle aus.
Wie funktioniert die GPS Positionsbestimmung?
Das Globale Positionierungs- System (GPS) ist ein Netzwerk von 30 Satelliten auf einer Umlaufbahn in einer Höhe von 20.000 km. Jeder Satellit versendet in regelmäßigen Abständen seine Position, seinen Orbit und die die aktuelle Zeit. Das GPS-Modul der Drohne empfängt diese Information und berechnet über die Zeitdifferenz den Abstand zu jeden Satelliten, der in Reichweite ist.
Mit mindestens drei Satelliten kann das GPS-Modul dessen Position berechnen. Dafür wird die Trilateration verwendet. Bei drei Kreisen (Abstand zu den Satelliten) und drei verschiedene Mittelpunkte (Satellitenposition) gibt es nur einen Schnittpunkt (Position der Drohne).
Einstein und GPS
Die Relativitätstheorie von Einstein beschreibt, dass Zeit für ein Objekt schneller vergeht, wenn es starke Gravitation erfährt oder sich sehr langsam bewegt. Für einen sehr schnellen Satelliten vergeht somit die Zeit langsamer als auf der Erde und dies muss für ständig korrigiert werden, damit die Positionsbestimmung richtig ist.
Was ist der “home point” einer Drohne?
Wenn die Drohne eingeschaltet wird sucht sie als erstes nach Satelliten, die in Reichweite sind. Wenn sie genug für einen Positionsbestimmung gefunden hat wird die Position (home point) berechnet und gespeichert. Dann erhältst du das Signal, dass die Drohne startklar ist. Dieser „home point“ ist ein Sicherheitsmechanismus. Sollte die Drohne den Funkkontakt zu dir verlieren, fliegt sie automatisch auf einer voreingestellten Höhe zum „home point“ und landet dann automatisch.
Du kannst einen „coming home“ Schalter programmieren, bez. ist er bei manchen Flugmodischalter hinterlegt.
Wenn du diese Funktion testen möchtest vergewissere dich, dass der „home point“ richtig gespeichert wurde. Solltest du in einem Flugmodi starten, welcher kein GPS Signal braucht, kann es sein, dass der „home point“ erst während des Fluges gespeichert wird. Wenn du dann die „coming home“ Funktion verwendest landet die Drohne nicht auf deinem Startplatz, sondern bei dem gespeicherten „home point“ der irgendwo sein kann.
Kann ich den Autopiloten ohne GPS benutzen?
Nein, jeder Autopilot braucht ein GPS-Signal um den Weg der vorgegebenen Route zu folgen. Der Autopilot berechnet die Differenz der aktuellen Position und der Sollposition und führt entsprechende Steuerbewegungen durch. Deshalb brauchst du für den Flug das GPS-Signal.
Braucht eine Drohne eine Internetverbindung zum Fliegen?
Nein, wenn du eine Drohne mit einem Mobiltelefon oder ein Tablet fliegst brauchst du lediglich eine WiFi Verbindung für die Steuer- und Videosignale. Wenn du Karten in Verbindung mit Autopiloten oder Positionsanzeige benutzen willst, brauchst du Internet. Dabei wird zur aktuellen Position die entsprechende Karte heruntergeladen. Du kannst diese Karten auch vor dem Flug herunterladen und dann offline benutzen.