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FPV-Flug

In dieser Rubrik möchte ich alles, was man rund um FPV Flug wissen muss, sowie eigene Erfahrungen mit diesem Thema vermitteln. Inhalt: Allgemeines Gesetzteslage Equipment o Brille / Monitor & Empfänger o Sender o Kamera o OSD o Antennen Praxiserfahrungen Allgemeines: Das first person view (FPV) fliegen wurde in den letzten Jahren immer populärer. Die Technik ermöglicht es erstmals das sich der Modellflug Pilot wie ein echter Pilot oder gar wie ein Vogel fühlen kann. Dieses Gefühl aus der Sicht des Fluggerätes alles zu sehen, ist einfach wahnsinn. Dieses Gefühl sollte jeder Modellfugpilot einmal erleben. Er wird danach nichts anderes mehr machen wollen :-) . Dennoch sollte klar sein, dass es unabdingbar ist, dass man das Fluggerät auch ohne FPV Brille perfekt beherschen können sollte. Den diese Technik ist noch sehr Fehlerbehaftet und es muss einem möglich sein, sein Flugzeug bzw. Quadrocopter dann auf Sicht landen zu können. Das fliegen via FPV Brille hat so seine Vor- und Nachteile. Einerseits lässt es sich vorallem für PC-Games Freaks einfacher fliegen, da nicht mehr umgedacht werden muss. Das Modell fliegt nach links, wenn man den Steuerknüppel nach links bewegt, außerdem hat man eine ganz andere Perspektive und man kann viel einfacher Kunststücke erlernen. Aber man verliert auch die Perspektive, die Sicht ist eingeschränkt und die Videoübertragung ist mit einer gewissen Latenz behaftet und auch Fehleranfällig bzw. teilweise unstabil (Signal geht verloren). All diesen Nachteilen sollte man sich bewusst sein, bevor man sich ans FPV Fliegen heranwagt. Gerade mit 5,8GHz Übertragungstechnik ist das Signal ganz schnell weg, wenn das Modell z.B um einen Baum oder einem anderen Hinternis herumfliegt. Gesetzeslage: In Deutschland ist das FPV Fliegen grundsetzlich nicht verboten (Stand 2017). Aber es unterliegt starker regularien, an die man sich zu halten hat. Es sind zwei Frequenzen erlaubt und diese haben sich auch etabliert: 2,4 GHz (eher selten verwendet, da eher für Fernsteuerung ferwendet wird) und 5,8 GHz (am weitesten verbreitet). Durch die hohe Frequenz lassen sich sehr viel Daten übertragen und dadurch eine Hohe Bildqualität sowie eine geringe Latenz erreichen. Aber ein großer Nachteil ist damit auch verbunden. Gerade die 5,8GHz Wellen kommen so gut wie nicht durch Hindernisse hindurch. Dadurch ist das Bild sofort weg, sobalt zwischen Senderantenne und Empfangsantenne ein Hinternis steht. Ansonsten muss laut Gesetzeslage dem Modellflugpiloten immer möglich sein, sein Modell auf Sicht (ohne FPV) fliegen und landen zu können. Daher man darf nicht außer Sichtreichweite fliegen (Dank Richtantennen und Antennentracker sind theoretisch Reichweiten über 1km möglich). Außerdem ist die Sendeleistung in Deutschland beschränkt. Bei 5,8GHz sind es maximum 25mW und bei 2,4GHz 10mW (100mW bei digitaler Übertragung). Das hört sich jetzt alles sehr wenig an. In der Tat lassen sich damit in der Praxis nur schwer Reichweiten jenseits von einem Kilometer erreichen. Mit guten Antennen Richtantenen auf der Empfängerseite ist dies zumindest nicht unmöglich. Aber auch mit normalen Antennen ist diese Sendeleistung ausreichend, da man ja eh nur im Sichtbereich fliegen darf. Auch sind nicht alle Bänder in Deutschland erlaubt: Die Rot dargestellten Frequenzen sind in Deutschland nicht erlaubt. Daher darf praktisch Band E nicht geflogen werden. Band F und A hingegen komplett. Das Raceband hat den Vorteil, dass die Frequenzen weiter außeinander liegen und dadurch, wenn mehrere FPV Piltoten in der Luft sind, Störungen untereinander vermieden werden. Kleine Randbemerkung: Die meisten Modellflugversicherungen, welche man gesetzlich benötigt, schließen FPV Flug aus. Daher wäre man nicht versichert und ohne Versicherung darf man nicht fliegen ;-) . Equipment: Für den FPV Flug benötigt man im Grunde 3 Komponenten: Die Kamera, um das Bild aufzunehmen den Videosender, um das Bild vom Modell an Boden zu senden die Videobrille oder den Monitor mit Empfänger um das Bild zu empfangen Zusätzlich kann man sich noch ein On Screen Display (OSD) einbauen, um diverse Informationen direkt im Bild einblenden zu lassen. Brille / Monitor & Empfänger: Für den Empfang des Videobildes wird ein Empfänger sowie eine Videobrille oder ein Monitor benötigt. Bei den Videobrillen ist meist schon ein Empfänger integriert. Führender Hersteller von FPV Brillen ist die Firma Fatshark. Sie hat verschiedene Brillen in verschiedenen Preissegmenten im Angebot. Die Videobrille bzw. der Monitor ist wohl auch die teuerste Anschaffung (beginnend bei ca. 100€ bis über 1000€) für den FPV Flug. Ich selbst verwende die, im Bild ersichtliche Fatshark Attitude V4 (ca. 450€) mit integriertem 32 Kanal Video Empfänger. Diese kann ich voll und ganz empfehlen.  Ob du mit Videobrille oder Monitor fliegen magst ist dir überlassen. Letztendlich hat auch hier beides seine Vor- und Nachteile. Ich fliege lieber, wie die meisten anderen, mit Brille um das FPV feeling voll und ganz genießen zu können. Bei den Brillen gibt es im Grunde folgende drei wichtige Eigenschaften: Blickwinkel / Blickfeld Auflösung Augenabstand Der Blickwinkel entscheidet darüber wie scharf das Bild am Rand wirkt bzw. wie groß das Bild wirkt. Je größer der Blickwinkel, desto größer wirkt das Bild. Aber desto weniger scharf werden die Ränder dargestellt. Die von mir verwendete Brille hat 32° (meine vorherige Brille hatte 35° und hier war die Randschärfe für mich zu gering). Die Auflösung des Bildes gibt die Detailschärfe wieder. Dies kennt man durch den heimischen TFT Fernseher. Je höher die Auflösung desto schärfer und klarer das Bild. Allerdings sollte man beachten, dass die meisten Kameras sowieso nur eine Auflösung von 640x480 pixel liefern, und daher die oft bei den Herstellern der Brillen beworbene FullHD Auflösung nicht wirklich was bringen. Daher sind 640x480 auf jeden Fall ausreichend. Der Augenabstand muss definitiv einstellbar sein. Hierrauf solltest du achten. Bei Fatshark ist er um 10mm verstellbar, was für die meisten Menschen ausreichend ist. Bei allen Fatshark Brillen können außerdem für Brillenträger zusätzliche Dioptrien Linsen eingesetzt werden. Manche Brillen haben zusätzlich noch einen eingebauten Rekorder, welcher das übertragene Videobild auf eine SD Karte speichert, sowie zusätzliche Ein- und Ausgänge um das Bild an andere Geräte weiter reichen oder die Brille z.B. an den PC anschließen zu können. Außerdem ist bei heißen Sommertemperaturen ein Lüfter hilreich, welcher verhindert, dass die Brillengläser beschlagen. Sender: Hier gibt es zahlreiche verschiedene Typen und Hersteller auf dem Markt. Letztendlich ist es fast egal,  welchen man da verwendet. Ich habe schon viele verschiedene eingesetzt und bin noch mit keinem wirklich eingegangen. Wichtig sind nur die folgenden Eigenschaften: Sendeleistung: In Deutschland sind nur max 25mW erlaubt, daher muss der Sender 25mW haben! Videoformat: NTSC/Pal (In der Regel können alle beide Formate) Frequenz: 5,8GHz (oder falls nicht mit einer 2,4GHz Fernsteuerung geflogen wird kann auch 2,4GHz verwendet werden) Frequenzbänder / Kanäle: A, B, E, F Band bzw. 32Kanal oder 40Kanal (siehe hierzu auch in der Rubrik Gesetzeslage) Versorgungsspannung: Wichtig darauf achten, dass der Videosender für deine Batteriespannung geeignet ist. Andernfalls musst du ggf. noch einen Spannungsregler zwischen schalten. Die meisten Videosender decken aber einen Bereich von 6-30V ab. Antennenanschluss: SMA / R-SMA. Siehe hierzu unter der Rubrik Antennen Abmessungen und Gewicht: Hier solltest du so klein und so leicht wie möglich wählen ;-) Ansonsten haben manche Videosender noch einen zusätzlichen 5V Spannungsausgang für die Versorgung der Videokamera, oder ein integriertes Mirkofon für die Audioübertragung an Board. Bei manchen können auch externe Mikrofone angeschlossen werden, um den Ton zu übertragen. Kamera: Die Videokamera ist ganz entscheidend für die Qualität des Videobildes. Auch hier gibt es, wie bei den  Videosendern, extrem viele verschiedene Hersteller, Modelle und Varianten zu unterschiedlichsten Preisen. Hier muss man auch etwas ausprobieren, um das passende zu bekommen. Ich fliege bei den meisten meiner Modelle mit der RunCAM PZ0420M-L28-P Kamera, welche nebenst auch abgebildet ist. Diese gibt es auch noch mit Gehäuse, dann ist sie aber auch etwas schwerer. Wichtig sind folgende Eigenschaften: CCD oder CMOS Chip: Generell sind die CMOS Chips die modernere und überlegenere Variante. Aber :-). Im FPV Umfeld sind CCD Kameras wie die Runcam PZ0420M überlegener, da diese Aufgrund der noch verwendeten Analogtechnik schneller zwischen Dunkel und Hell umschalten / sich schneller veränderten Lichtverhältnissen anpassen, und deren Latenz geringer ist. Allerdings ist das Bild bei CCD Kameras etwas blasser und nicht so Farbecht. Wer aber schonmal mit einer CMOS Kamera in die Sonne geflogen ist, weiß, dass man besser CCD Kameras verwendet und auf die Farben keinen großen Wert legt ;-) . Weil man fliegt dann einige Sekunden blind…. Zumindest bis es geeignete CMOS Kameras auf dem Markt gibt. Auflösung: Da beim FPV xFlug noch Analog geflogen wird gibt es nur PAL oder NTSC und alle mir bekannten Kameras unterstützen beides. (Auflösung max: 753x582 bzw. 768x494) Stromversorgung: Hier sollte es zum Videosender bzw. zum Akku passen. Die meisten können aber von 5-17V alles vertragen. Linse: 2,8mm Objektiv ist meiner Meinung am besten. Wer Weitwinkel mag und auf die Randschärfe verzichten kann, kann auch 2,4mm verwenden. Ansonsten muss man probieren, was einem am besten vom Bild her gefällt und was von der Größe am besten in das Fluggerät rein passt. Es gibt die Kameras mitlerweile in einer Größe von einem ca. 10 Cent Stück. Diese bieten immer noch ein brauchbares Bild. Außerdem haben manche Kameras eine Nachtsichtfunktion, mit der es möglich ist auch bei sehr geringen Lichtverhältnisse (Abenddämmerung) noch fliegen zu können. OSD: Das On Screen Display (OSD)  ermöglicht alles  mögliche in ein FPV Bild einblenden zu lassen. Hierdurch hat man z.B. die Batteriespannung, die Fluglage, die Entfernung, die Geschwindigkeit oder die Höhe immer im Blick. Das OSD wird zwischen Kamera und Videosender geschaltet. Daher das Videosignal wird einmal durch das OSD geschleift. Auf dem OSD ist ein Chip, welcher die Daten ins Videosignal einfügt. Das OSD ist in aller Regel frei konfigurierbar. Benötigt aber auch immer eine Flugsteuerung, welche dem OSD die nötigen Daten zur Verfügung stellt. Rechts ist das OSD von meinem FPV49 Flieger zu sehen. Ein sehr verbreites OSD ist das MinimOSD. Dieses lässt sich über Arduino flashen und über ein Programm entweder (direkt MinimOSD oder MW-OSD) einrichten bzw. konfigurieren. Ich möchte hier aber nicht genauer darauf eingehen, da es im Netz hierfür tausend Anleitungen und Infos gibt und dieser Bereich sich momentan rasant ändert. Hier ist sehr viel bewegung drin, sodass alles, was ich hier erkläre morgen eh zu alt ist. Antennen: Die Antennen sind extrem entscheidend für die Bildübertragung, die Reichweite und die Qualität. Mit auwahl der richtigen Antenne lässt sich übertragungstechnisch am meisten im legalen Bereich rausholen. Es gibt viele verschiedene Antennen, mit unterschiedlichen Eigenschaften. Jeder Typ hat Vor- und Nachteile, welche ich hier kurz erklären möchte: Stabantenne (Rundstrahlend): Die klassichen Stabantennen werden sowohl auf der Empfänger, als auch auf der Senderseite eingesetzt. Sie strahlen bzw. empfangen in alle Richtungen (360°) ab. Dadurch sind sie sehr universell und bieten ein stabiles Signal, egal wo sich das Modell oder in welcher Fluglage es sich befindet. Allerdings ist dadurch die Reichweite auch nicht so hoch (ca. 50-100 Meter bei 25mW). Cloverleaf Antenne: Strahlen ähnlich einem Doughnuts ab und ermöglichen einen höheren Antennengewinn, im Vergleich zu den Stabantennen. Allerdings haben sie einen Totpunkt direkt oberhalb bzw. direkt unterhalb (in Richtung Kabel) der Antenne. Daher kann das Bild verschwinden, wenn sich das Modell direkt über der Empfangsantenne befindet, oder die Fluglage entsprechend ist. Auch diese Antenne kann an Sender und Empfängerseite verwendet werden. Die Reichweite liegt hier deutlich höher (bis zu 500 Meter bei 25mW). Patchantenne: Patchantennen sind Richtantennen und müssen nachgeführt werden, um das Bild nicht zu verlieren. Sie ermöglichen einen erheblichen Reichweitengewinn und werden nur am Empfänger eingesetzt. Die Patchantenne empfangen nur in einem kleinen Kegel (60-100°) in Antennenrichtung. Daher muss das Modell sich immer in Antennenrichtung befinden bzw. die Antenne nachgeführt werden (Stichwort: Antennentracker). Der Vorteil ist, dass die Reichweite extrem verbessert wird (ca. 1,5km bei 25mW). HelixAntenne: Die Helixantenne ist wie die Patchantenne eine Richtantenne und muss nachgeführt werden, um das Bild nicht zu verlieren. Auch der Empfangskegel ist ähnlich. Die Helixantenne hat aber den Vorteil, dass sie etwas günstiger ist und nochmal ein etwas besseres Bild durch die Polarisation bietet, als die Patchantenne. Ansonsten hat sie die gleichen Vor- und Nachteile wie die Patchantenne. Am meisten in der FPV Welt, eingesetze Antennen sind die Cloverleaf Antennen, welche auch ich fliege. Worauf man noch achten muss, sind auf die Stecker. Es gibt unterschiedliche Steckertypen für die FPV Antennen. Einmal SMA und einmal RP-SMA. Bevor man eine Antenne kauft, muss man schauen, was der Videosender bzw. Videoempfänger für eine Variante hat (SMA oder RP-SMA). Die Antennen haben immer männliche Stecker, die Sender bzw. Empfänger weibliche. Ich habe hier schon viel Lehrgeld bezahlt, da ich den falschen Typ gekauft habe. Praxiserfahrungen: Aus der Praxis kann ich folgendes sagen. FPV-Fliegen ist sehr ansteckend aber auch gewöhnungsbedürftig. Dadurch, dass Perspektive verloren geht, lassen sich Entfernungen nur schwer abschätzen. Gerade der Landeanflug gestaltet sich daher schwieriger. Generell finde ich Quadrocopter via FPV fliegen einfacher als Flieger. Grund ist, dass man beim Quadrocopter jederzeit anhalten und in alle Richtungen ausweichen kann. Es gab schon Situationen bei der es mit dem Flieger sehr eng wurde. Beispiel: Du fliegst mit dem Modell via Brille gerade aus, dann drehst du nach rechts ab. Da die Sicht durch den Kamerawinkel eingeschränkt ist, siehst du den rechts liegenden und jetzt auf dich zukommenden Baum sehr spät. Mit einem Quadrocopter, kannst du nun einfach anhalten, Rückwärtsfliegen, oder anderweitig ausweichen. Beim Flieger hat man nur die Möglichkeit nach oben oder links auszuweichen. Hierfür benötigt man aber auch entsprechende Reaktionen. Daher ist es sehr Ratsam sein Flugareal sich vorher vom Boden aus gut einzuprägen. Auch Hochspannungsleitungen sind teils sehr schlecht erkennbar. Ansonsten ermüden die Augen sehr schnell, daher sollte man zwischen den FPV Flügen immer eine ausreichend lange Pause einlegen. Es ist vergleichbar mit einem Bürojob wo man oft langezeit nur auf den Monitor starrt. Ansonsten sollten gerade Anfänger sich bei der Auswahl der FPV Komponenten an die Erfahrungen der Nutzer aus dem Internet halten. Eine Actioncam wie die GoPro als FPV Kamera zu verwenden, was theoretisch auch möglich wäre, ist keine gute Idee, da die Latenz einfach zu groß ist und, daher in gewissen Situationen nicht mehr schnell genug reagiert werden kann. Als letzte Erfahrung möchte ich dir noch auf dem Weg geben, wenn du mit anderen fliegst, dann testet alle zusammen am Boden ob eure eingestellten Frequenzen euch nicht gegenseitig stören. Ich hatte es schon häufig, dass ich in der Luft war, und mein Kumpel dann dazu kam und plötzlich ich sein Modell auf der Brille hat und mein Modell verschwunden war ;-) . Das kann Gefährlich und mindestens ärgerlich werden, wenn das Modell kaputt im Boden steckt.  
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