Расширяя горизонты: Как увеличить дальность полета вашего дрона?

Увеличение дальности полета – одна из главных задач, стоящих перед разработчиками и пользователями дронов. Чем дальше может улететь беспилотник, тем шире раскрываются его возможности для решения различных задач: от аэрофотосъемки и мониторинга протяженных объектов до доставки грузов в труднодоступные районы. Расширение радиуса действия позволяет сделать дроны более универсальными и эффективными, особенно в коммерческой сфере, где они задействуются для выполнения работ на значительных расстояниях.

В данной статье мы рассмотрим практические способы существенного увеличения дальности полета беспилотников. Поговорим об эффективных решениях, как для ручного пилотирования дронов операторами, так и для организации их автономных полетов по заданным маршрутам без непрерывного управления. Разберем преимущества, недостатки и особенности применения каждого метода.

1. Режим автономного полета по заданным точкам
Самый простой и удобный способ кардинально увеличить реальную дальность полета дрона – использовать режим автономного полета по заданным точкам маршрута. Этот метод позволяет программировать беспилотник на автоматический пролет по серии географических координат с возможностью выполнения необходимых действий без вмешательства оператора.  

Вместо того, чтобы удерживать дрон в ограниченной зоне действия пульта управления, достаточно активировать данный режим. Беспилотник будет самостоятельно следовать по заранее запрограммированному маршруту из нескольких координатных точек, совершая посадку или иные действия (съемку, доставку груза и т.д.) в нужных местах без постоянного управления человека.

Принцип работы режима таков. Перед полетом в память бортового компьютера дрона вносятся географические координаты серии промежуточных точек маршрута (контрольных точек). После взлета беспилотник начинает автономно перемещаться от одной точки к другой по оптимальной траектории. При достижении контрольной точки дрон корректирует свое положение и курс с высокой точностью, после чего следует к следующей, и так до окончания маршрута.

Использование режима автономного полета по контрольным точкам открывает целый ряд преимуществ:

- Существенная экономия заряда аккумулятора за счет отсутствия необходимости постоянной радиосвязи дрона с пультом управления. Беспилотник лишь периодически корректирует свои координаты.

- Возможность задавать сложные траектории полета произвольной формы с многочисленными поворотами, изменением высоты и посадками. Это идеально для мониторинга протяженных объектов.

- Гарантированное выполнение всего запрограммированного маршрута даже при потере радиосвязи с оператором. Дрон будет лететь от точки к точке.

- Высочайшая точность позиционирования по контрольным точкам и строгое следование маршруту благодаря использованию GPS/GLONASS навигации.

- Возможность совершать автоматические посадки в нужных точках для смены аккумуляторов, погрузки/разгрузки и т.д.

Таким образом, режим автономного полета по контрольным точкам позволяет в разы увеличить реальную дальность действия дрона. При этом обеспечивается безопасность полета и отсутствие риска потери управления даже на больших расстояниях от оператора.

2. Усовершенствование радиоаппаратуры для ручного управления
Если для выполнения задач необходимо непрерывное ручное управление дроном оператором на больших расстояниях, то увеличить дальность полета можно за счет модернизации радиосвязи.

Этот метод подходит в тех случаях, когда требуется постоянный контроль полета и возможность оперативно корректировать действия беспилотника. Для усовершенствования радиоаппаратуры применяются следующие решения:

- Использование мощных пультов управления с увеличенным радиусом стабильной связи. Профессиональные пульты управления обычно рассчитаны на дальность от 5 до 20 км в идеальных условиях. 

- Установка высокоэффективных направленных антенн с высоким коэффициентом усиления сигнала. Они существенно расширяют радиус действия за счет концентрации мощности передатчика в узком секторе.

- Использование ретрансляторов радиосигнала, которые принимают сигнал с пульта, усиливают и передают его дрону. Это позволяет многократно увеличить дальность, размещая ретрансляторы на промежуточных точках.

- Применение модулей радиосвязи увеличенной мощности, работающих в разных частотных диапазонах. Чем выше частота, тем дальше возможный радиус действия.

За счет грамотного комплексного применения указанных решений возможно довести устойчивую дальность управления дроном до 20-30 км в идеальных условиях: на открытой местности, при отсутствии преград и источников радиопомех.

Основным недостатком усовершенствования радиоаппаратуры является ограниченная эффективность в городской среде и местности со сложным рельефом. Радиосвязь существенно ухудшается из-за помех от зданий, рельефа, электромагнитного излучения других источников.

Даже в условиях прямой видимости дальность устойчивого управления редко превышает 5-10 км в городе. А при отсутствии прямой видимости радиус резко снижается. Поэтому для применения в городской черте приходится использовать дополнительные ретрансляторы.

Другим минусом является высокий риск потери управления при пропадании сигнала на больших расстояниях. Если подобное произойдет, дрон может уйти в неконтролируемый полет с вероятностью падения или аварии.

Также на больших дистанциях сильно ухудшается качество принимаемого с дрона видеосигнала. В идеальных условиях четкое изображение можно получать не дальше 10-15 км.

При наличии помех дальность видеосвязи значительно снижается.
Поэтому увеличение дальности только за счет усиления радиосвязи имеет ряд существенных ограничений. Его стоит применять в совокупности с другими методами, например, использованием режима автономного полета по контрольным точкам для удаленных участков. А на коротких расстояниях в городской среде усиленная радиосвязь позволит обеспечить устойчивое ручное управление и качественную видеотрансляцию.

3. Использование сотовой связи и интернета для дистанционного управления
Одним из наиболее перспективных и эффективных способов существенного увеличения дальности полета дронов является использование сотовой мобильной связи и интернета. Этот метод открывает практически неограниченные возможности по дальности управления беспилотниками, позволяя преодолеть ограничения традиционных радиоканалов.

Для подключения дрона к сотовым сетям применяются специальные модемы, модули LTE-связи с обычными телефонными сим-картами. Они обеспечивают передачу телеметрических данных, видеопотока с камер беспилотника в реальном времени через интернет. Оператор может наблюдать за полетом и корректировать действия дрона через веб-интерфейс, мобильное приложение или другие каналы связи. Например, для дрона DJI Matrice 300 RTK можно приобрести LTE-модуль, который продается как один из аксессуаров. Такое оборудование можно найти на площадках вроде AliExpress, и его стоимость составляет около восьми тысяч рублей. Этот LTE-модуль поддерживает подключение к сетям 4G, предоставляя дрону доступ к мобильным сетям и интернету. Модуль позволяет вставлять SIM-карту, обеспечивая стабильную связь даже на больших расстояниях.Таким образом, использование мобильных сетей для управления дроном и передачи данных уже не является чем-то фантастическим. Подобное оборудование доступно в открытой продаже и может значительно расширить возможности вашего дрона.Хотя такие решения для управления дронами через сотовые сети пока малодоступны на массовом рынке, существуют простые и недорогие альтернативы. Например, для этих целей можно использовать обычные смартфоны с качественными камерами, закрепленные на беспилотнике.

Современные смартфоны оснащены высокопроизводительными процессорами, аппаратными модулями GPS/ГЛОНАСС навигации, 4G/5G модемами для выхода в интернет и способны передавать качественную видеотрансляцию в реальном времени через мессенджеры (WhatsApp, Telegram) или специальные приложения. При должной настройке смартфон может выполнять функции полноценного модуля управления беспилотником.

Использование смартфонов для управления дронами имеет ряд весомых преимуществ:

- Возможность управлять полетом и получать видеопоток с беспилотника практически на неограниченной дальности в зоне покрытия сотовой сети и интернета. 

- Стабильная связь в городских условиях, внутри зданий благодаря развитой инфраструктуре вышек мобильной связи в населенных пунктах.

- Минимальная задержка сигнала, вполне приемлемая для дистанционного пилотирования в безопасных условиях.

- Низкая стоимость решения - достаточно иметь недорогой смартфон с хорошей камерой и продвинутую модель дрона с возможностью интеграции.

- Простота настройки и использования - смартфон просто крепится на раму беспилотника.

Более сложный и функциональный вариант - интеграция смартфона напрямую с полетным контроллером дрона. Это позволяет получать полный доступ к телеметрии, осуществлять ручное управление органами управления (стиками и др.), наблюдать карту полетного задания и многое другое. Правда, такая интеграция требует значительных технических навыков по работе с "начинкой" беспилотника и смартфона.

При использовании сотовой связи единственным ограничивающим фактором дальности становится продолжительность полета, определяемая емкостью аккумуляторов дрона. С современными решениями реально достичь времени автономной работы до 45-60 минут. О способах продления времени полета мы рассказывали в одной из предыдущих статей. 

Таким образом, управление дроном через интернет и сотовую связь является одним из оптимальных решений для реализации полетов на огромные расстояния. Это открывает невиданные ранее возможности по мониторингу и дистанционной съемке удаленных объектов, доставке грузов в труднодоступные районы и многому другому. При этом сохраняется оперативный контроль ситуации и способность корректировать полет благодаря минимальной задержке сигналов.

Мы рассмотрели три основных способа увеличения дальности полета дронов: использование режима автономного полета по точкам, усовершенствование радиоаппаратуры и применение сотовой связи/интернета. Каждый метод имеет свои плюсы и минусы, которые возможно будут подробно раскрыты в последующих статьях этой серии. Правильный выбор оптимального решения позволит значительно расширить возможности беспилотников по реализации дальних полетных миссий и решению самых амбициозных задач.