Обзор технологии резервирования модулей в Matrice 300 RTK

Конструкция платформы Matrice 300 RTK отображает многофункциональность аппарата и его надежность, что, в частности, воплощено в применении метода резервирования датчиков. Тем самым достигается максимальная безопасность и надежность эксплуатации полетной платформы. Резервирование и механизмы безопасности включаются в себя: датчики системы управления полетом, каналы сигналы управления, интеллектуальные батареи, каналы передачи данных, резервирование системы датчиков обнаружения препятствий и аварийную посадку с тремя винтами.

Резервирование датчиков управления полетом

Два инерциальных измерительных блока (IMU)

Инерциальные измерительные блоки (IMU) широко применяются в авиации, в том числе в беспилотных летательных аппаратах. Основной задачей блока является измерение ускорения летательного аппарата в реальном времени по трем осям и помощь в расчете скорости, положения и угла пространственного положения (тангажа). 

Нет нужды лишний раз говорить, насколько важно, чтобы данный модуль работал исправно все время нахождения беспилотника в воздухе. Выход из строя блока IMU грозит серьезной аварией и выходом из строя любому летательному аппарату. Поэтому при разработке Matrice 300 RTK была использована технология резервирования блока IMU промышленного класса.

При этом резервирование IMU было сделано в дополнение к механизмам диагностики неисправностей и алгоритмам переключения на резервирование. В случае, хотя и маловероятном, отказа основного блока IMU в течение 200 миллисекунд происходит автоматическая активация резервного IMU. Это помогает поддерживать стабильность полета и сохранять высокий уровень безопасности.

Два барометра

Барометр использует данные об атмосферном давлении для определения параметров высоты полета. Именно от этого модуля зависит точность параметров полетной высоты дрона (или другого типа летательного аппарата). Точные данные о высоте полета важны не только для безопасного управления  и предотвращения аварий, но и для эффективного выполнения производственных задач. Поэтому DJI также решила использовать идею резервирования для своего Matrice 300 RTK и установила два барометра в аппарате. Это поможет системе в случае отказа основного модуля автоматически переключиться на резервный барометр. Тем самым будет обеспечена стабильность полета и надежность дрона в самых сложных ситуациях.

Модули RTK + GNSS

Real Time Kinematic (RTK) – это система позиционирования, которая генерирует данные с воздуха. Они включают информацию о широте, долготе и высоте, которые необходимы в первую очередь для системы управления полетом летательного аппарата. В частности, с помощью этой информации дроном можно управлять вручную, используя пульт дистанционного управления. Кроме этого, данные RTK позволяют использовать функции автоматического следования по заданному полетному курсу, а также выполнять различные маневры, включая точное и длительное зависание на месте. Система RTK также бесспорно полезна для геодезических исследований и картографии, так как может записывать записывать метаданные на сделанных снимках с точностью до сантиметра.

В системе RTK важную роль играют двойные антенны. Они помогают поддерживать стабильную работу компаса. А это в свою очередь важно не только для общей ориентации летательного аппарата, но и для его безопасного и стабильного полета в сложных условиях с электромагнитными помехами, например, в районе линий электропередач или металлических конструкций. Модуль GNSS M300 RTK поддерживает спутниковые системы позиционирования GPS, ГЛОНАСС, Beidou и Galileo. Его работу также помогают поддерживать упомянутые две антенны RTK. Это гарантирует получение  точных данных позиционирования и стабильность полета практически в любом месте.

Два компаса

Компас предоставляет информацию о курсе для дрона. M300 RTK имеет два компаса, чтобы обеспечить правильный и точный курс, даже если один из компасов выходит из строя. В свою очередь, как уже говорилось, работа компасов поддерживаются двумя антеннами модулей RTK. Поэтому в случае блокировки модулей RTK, что крайне маловероятно, два компаса помогут дрону придерживаться правильного полетного курса.

6 пар визуальных датчиков

Пары визуальных датчиков служат для обеспечения дрону бинокулярного машинного зрения. С его помощью дрон может определять изменения в своем положении и положении окружающего пространства, визуально позиционировать себя, а также распознавать препятствия. Если одна или несколько пар датчиков не работают, то бесперебойную работу дрона обеспечивают датчики ToF и оставшиеся работоспособные датчики.

Диапазон обнаружения препятствий:

• Впереди / сзади / слева / справа: 0,7 – 40 м
• Вверху / внизу: 0,6 – 30 м
  

6 инфракрасных датчиков времени полета (ToF)

Инфракрасные датчики ToF определяют расстояние до объекта, используя методы вычисления времени полета и измеряя время прохождения сигнала в инфракрасном диапазоне. M300 RTK оснащен датчиками ToF, которые в режиме реального времени предоставляют информацию об окружающем пространстве по всем шести сторонам дрона. Во время работы в условиях плохого освещения или ночью, когда визуальные датчики не функционируют, беспилотник может полагаться на датчики ToF, чтобы определять наличие препятствий в окружающем пространстве.

Радиус обнаружения препятствий:

0,1 – 8 м, угол обзора 30°

Визуальные и инфракрасные датчики ToF взаимодействуют при работе, помогая летательному аппарату “видеть” окружающую обстановку по шести направлениям. И как уже отмечалось, даже если визуальные датчики не могут работать в условиях темноты, датчики времени полета смогут предоставить дрону достаточно информации, чтобы избежать препятствий.

Вспомогательная подсветка

В верхней и нижней плоскостях корпуса дрон оборудован вспомогательной подсветкой частотой 60 Гц. Эта подсветка имеет максимальный эффективный радиус освещения в 5 м. Если вы включили функцию вспомогательной подсветки, то в условиях недостаточного естественного освещения вспомогательная подсветка заработает в автоматическом режиме. Это будет крайне важно для оптимальной работы визуальных датчиков.

Резервирование сигнала управления

Для обеспечения связи между системой управления полетом и системой электронного регулятора скорости по умолчанию используются сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Хотя ситуация, при которой эти сигналы станут недоступны, маловероятна, тем не менее, на крайний случай в системе предусмотрена возможность использовать канал связи универсального асинхронного приемника-передатчика (UART). Он поможет сохранить стабильность и безопасность критических сигналов управления.

Две интеллектуальных батареи

В M300 RTK устанавливаются в качестве источника питания два аккумулятора емкостью 5935 мАч каждый, напряжением 52,8 В и максимальной зарядной мощностью 470 Вт. Фактически, это дублирование источника питания, так как если в полете одна из батарей выйдет из строя, вторая сможет обеспечить достаточное питание для возвращения и посадки дрона.

Каналы связи

Такая же система дублирования используется для антенн RTK дрона M300 RTK. Она гарантируют, что в случае выхода из строя хотя бы одной из них другая сможет продолжать передавать критически важные сигналы и данные. Кроме того, система дублирования по сути прослеживается и в возможности использовать один из двух каналов связи: 2,400–2,4835 ГГц и 5,725–5,850 ГГц. То есть, когда летательный аппарат будет работать в условиях высокого уровня внешних помех на одном канале, его система автоматически сможет переключиться на другой, свободный от помех, канал.

Режим двух пультов управления

Режим двойного дистанционного управления M300 RTK позволяет каждому из двух операторов быстро взять на себя управление дроном и подвесным оборудованием, если потеряна связь между одним из пультов и дроном. Дублирование системы управления также расширяет возможности для качественного и эффективного выполнения производственных задач, а также для обучения новичков в паре с опытным пилотом. Все операции можно выполнять таким образом без особых проблем и без ущерба для безопасности полетов.

Дополнительные конструктивные компоненты для повышения безопасности и надежности

Экстренная посадка на трех пропеллерах

Хотя случаи выхода из строя двигателей дрона M300 RTK в полете маловероятны, тем не менее, такие ситуации не должны пугать вас. Система безопасности предполагает возможность аварийной посадки квадрокоптера  всего с тремя работающими винтами/двигателями. Все основные элементы управления – набор высоты, снижение или горизонтальный полет – остаются работоспособными даже в такой ситуации. Если аварийная ситуация грозит посадкой с перспективной повреждения дрона и его оборудования, то работающие три двигателя и винта помогут пилоту маневрировать и найти безопасное место приземления.

Широкоугольная FPV-камера

Камера FPV имеет угол обзора 145° и обеспечивает прямую трансляцию в формате 960p. Даже если основная камера (установленная на подвесе) не работает, FPV-камера сохраняет возможность для пилота получать всю необходимую информацию для безопасного управления и посадки квадрокоптера.

Приемник ADS-B

M300 RTK оснащен технологией DJI AirSense, которая повышает безопасность воздушного пространства. Она предоставляет пилоту в режиме реального времени информацию ситуации в воздушном пространстве, например о наличии самолетов, вертолетов и других дронов в радиусе 20 км. Эта информация включает местоположение, высоту, курс и скорость воздушных судов. Система извещает пилота о риске вероятного столкновения с другим воздушным судном в режиме реального времени в приложении DJI Pilot. Такое решение позволяет оператору своевременно принимать важные решения и избегать столкновений в воздушном пространстве.