Testy dostrajania wzmocnienia i ekspozycji sygnałów sterowania w dronie DJI Mini 3 Pro

Wstęp

Ten artykuł opisuje testy przeprowadzone dla różnych ustawień wzmocnień i ekspozycji DJI Mini 3 Pro, mające na celu zbadanie wpływu parametrów sterowania na reakcję drona. Ponadto stanowi rozwinięcie wcześniejszego wpisu o dostrajaniu wzmocnienia i ekspozycji w DJI Mini 3 na potrzeby ujęć filmowych. Tym razem przedstawione są praktyczne testy udokumentowane nagraniami z kamery drona, które zostały przeprowadzone dla poszczególnych ustawień wzmocienia i ekspozycji syngnałów sterowania przekazywanych za pomocą fal radiowych z kontrolera do układu sterowania dronem.

Cele testu

Celem testu było sprawdzenie, jak zachowuje się (jak reaguje) dron i kamera przy minimalnych i maksymalnych wartościach poszczególnych parametrów, oraz porównanie ich wpływu na dynamikę drona.

Ponadto celem było zdobycie pełnej informacji na temat tego, czego dotyczą regulacje panelu ustawień „wzmocnienie i ekspozycja”, gdyż po pierwsze nie są one opisane w instrukcji obsługi drona DJI Mini 3 Pro, po drugie ich edycja w aplikacji DJI Fly jest myląca. W instrukcji obsługi jednyna wzmianka na ich temat znajduje się w rozdziale dotyczącym aplikacji DJI Fly, gdzie w punkcie dotyczącym „sterowanie” pojawia się zdanie: „Dotknij … aby ustawić zaawansowane ustawienia aparatury sterującej”. Na tym się kończy. Po drugie w samej aplikacji, po wejściu do panelu ustawień, są  wprawdzie krótkie opisy poszczegulnych ustawień zwierające informacje, za co dane ustawienia odpowiadają, ale są to jedynie podstawowe i niepełne informacje. Przykładowo: dla parmetru „płynność odchylenia” widnieje opis: „Wyższa wartość oznacza łagodniejsze odchylenie drona w lewo lub w prawo po naciśnięciu drążka odchylenia.” Co konkretnie znaczy pojęcie „łagodniejsze”, czy jest to łagodniejsze osiąganie prędkości obrotowej po odchyleniu drążka, czy może łagodniejsze wyhamowanie po zwolnieniu drążka? Tego z aplikacji się nie dowiemy. Inny przykład: opis parametru „czułość hamulca” mówi że „wyższa wartość oznacza krótszą drogę hamowania drona po zwolnieniu drążka”. Opis nie wskazuje którego drążka dotyczy ta regulacja, i pojawiają się pytania, czy jest to regulacja tylko prawego drążka, który odpowiada za ruch postępowy w płaszczyźnie poziomej, czy również dotyczy przypisanej lewemu drążkowi funkcji odpowiadającej za wznoszenie i opadanie drona – czli za przepustnicę? O tym że nie jest to funkcja lewego drążka związana z ruchem obrotowym, można się domyślić, na podstawie tego, że ten parametr jest już obsłużony prze wcześniej występujące regulacje, to jest przez „maksymalną prędkość kątową” i płynność odchylenia”, ale nie ma pewności co to tego czy również wykluczona jest funkcja lewego drążka decydująca za ruch postępowy w płaszczyźnie pionwej. Wreszcie mylący może być opis parametrów ekspozycji. W interfejsie aplikacji opisane są one następująco: „góra/dół”, „odchylenie”, „skok/obrót”. Konkretnie o chodzi trzeci parametr, ponieważ pierwszy jest zgodny z nazwą, tzn dotyczy regulacji opadania i wznoszenia. Termin „odchylenie” w poprzednich parametrach przypisany jest do obrotu drona wokół osi pionowej drona, i tutaj również regulacja dotyczy tego samego. Natomiast termin „skok/obrót” może sugerować, że chodzi o „przepustnicę” oraz o obrót drona wokół osi pionowej, czyli dotyczy funkci skupionych w lewym lewym drążku. Jest jednak odwrotnie: „skok/obrót” oznacza w rzeczywistości „pochylenie/perzechylenia”, czyli dotyczy funkcji prawego drążka. Inną nieścisłością w panelu ustawień jest to, że parametr pierwszy i trzeci opisany jest z użyciem ukośnika (/), natomiast drugi parametr jest opisany jednym wyrazem, co może sugerować dwie informacje: że pierwszy i trzeci parametr regulują jednocześnie dwie funkcje, a drugi tylko jedną, lub że pierwszy i trzeci parametr reguluje funkcje której zakres obejmuje przedział od wartości ujemnych do dodatnich, a drugi parametr tylko funkcję z przedziałem wartości dodatnich (bądź na odwrót). Tymczasem pierwszy i drugi parametr obsługuje tylko jedną funkcję, a trzeci dwie. Mamy zatem niekonsekwencje już na poziomie semiotyki samej aplikacji DJI Fly. Trzeba pamiętać, że polskie wydanie instrukcji jak i aplikacji zostało najprawdopodobniej przetłumaczone przy użyciu i (braku należytej jego korekty) automatycznego translatora, stąd oprócz błędów gramatycznych, są w nim także nieścisłości merytoryczne.

Dlatego też niniejszy test miał na celu zbadanie tych niejasności, i opisanie poszególnych parametrów, najpierw przy użyciu pojęć z dziedziny mechaniki, a w następnej kolejności za pomocą języka który praktycznie zobrazuje, co dla manewrowości drona oznaczają poszczególne regulacje.

Metodyka testów

Przygotowanie warsztatu testowego

Do testów przygotowane zostały dwie skale w postaci pachołków ustawionych na ziemi. Posłużyły one za punkty odniesenia, dzięki nim można było obserwować różnice w ruchu drona pomiędzy porównywanymi ustawieniami sterowności. Pierwsza skala – w kształcie celownika – posłużyła do testowania wszystkich ustawiewń związanych z przesuwaniem się obrazu kamery na boki, a wiec po pierwsze obrotami drona wokół osi pionowej, a także do testów ruchów w płaszczyźnie poziomej, w których kamera rzutowana jest prostopadle do ziemi. Druga skala – w formie liniowej – do testowania ruchów kamery gdzie obraz przesuwa się w pionie, a więc zarówno ustawień przemieszczenia drona przód-tyły, góra-dół, oraz ustawień ruchów samego gimbala, którego pochyleniem może manipulować pilot BSP.

Na ekranie widoczna jest siatka interfejsu DJI Fly w postaci celownika kamery oraz pionowych i poziomych lini, kótra pomaga w analizie ruchu drona i unaocznieniu różnic pomiędzy skrajnymi ustawieniami parametrów. Obraz interfejsu pozwala też przeanalizować parametry lotu (prędkość postępowa, prędkość wznoszenia, odległość od punktu bazowego) w trakcie testów, na podstawie których można również było dokonać porównania pomiedzy ustawieniami, a w dalszej kolejności wyciągnąć wnioski.

Zestaw testowanych parametrów

Testowi podlegały następujące z parametrów ustawień sygnałów sterowania:

1. Maksymalna prędkość kątowa;
2. Płynność odchylenia;
3. Czułość hamulca;
4. Ekspozycja (góra-dół / odchylenie / skok);
5. Prędkość pochylenia gimbala;
6. Płynność pochylenia gimbala.

Nie były zatem testowane  trzy pozostałe parametry dostępne w ustawieniach drona, to jest: maksymalna prędkość pozioma, maksymalana prędkość wznoszenia, oraz maksymalna prędkość opadania. Są to na tyle oczywiste parametry, że nie wymagają sprawdzania. Test miał na celu przede wszystkim ułatwić w dobór optymalnych ustawień na potrzeby nagrywania ujęć video (uzyskanie płynnych ruchów kamery drona), i liczyły się tu przede wszystkim informacje pokazujące stopień bezwładności drona w zależności od ustawień i zakresu wychylenia drążków aparatury sterującej. Wyjątek tu stanowi parametr prędkości pochylenia gimbala, który również został przetestowany.

W sumie więc, zważywszy że w ramach ekspozycji były do sprawdzenia 3 parametry, testowanych było 8 różnych parametrów

Warunki brzegowe

– dla testów wzmocnienia:

Na każdy z parametrów przypadają po dwa testy, pokazujące reakcję drona, gdy parametr był ustawiony na:

• minimalną wartość;
• maksymalną wartość.

Za każdym razem drążkek był wychylany od razu ma pełen zakres.

– dla testów ekspozycji

Osobno zostały potraktowane testy dotyczące trzech parametrów ekspozycji, dla których na każdy z parametrów przypadają po trzy testy, to jest gdy parametr był ustawiony na:

• minimalną wartość;
• średnią wartość;
• maksymalną wartość.

Powodem tego jest charakterystyka wykresów krzywych opisujących ekspozycję. Mianowicie dla małych i dużych wartości ekspozycji wykresy mają postać krzywych sigmoidalnych (funkcja typu arcus sinus dla małych wartości, oraz fukcja logistyczna dla dużych wartości) natomiast dla średniej wartości, wykres przybiera postać prostej y=x, co oznacza wprost proporconalny przyrost reakcji drona do wychylenia drążka, i należało ten przypadek osobno przetestować.

W tych testach drążek był wychylany na 3 sposoby, co w sumie dawało po 9 testów na jeden parametr.

– wspólne:

Podczas gdy wybrany parametr był testowany, pozostałe były ustawione na wartość „domyślną”, zgodnie z trybem „Cinema”, czyli trybem dedykowanym do ujęć na potrzeby nagrywania filmów, który już sam w sobie charakteryzuje się mniejszą dynamiką i spowolnieniem rekacji na sygnały sterowania, w stosunku do trybu „Normal”, a tym bardziej do trybu „Sport”.

Próbki testu w postaci nagrań, nie były przetworzone na precyzyjne pomiary, nie zostały przetwarzone za pomocą tabel, czy wykresów celem ich dalszej analizy. Do każdego z testów jest jedynie pobieżny komentarz i ewentualnie ogólne wnioski na temat wpłuywu ustawień na sterowność drona.

Celem testu było bowiem jedynie ogólen zorientowanie co do reakcji drona na ustawienia, a do tego wystarczają filmy.

Sposoby testowania

Kolejność opisanych poniżej testów jest zgodna z kolejnością parametrów w panelu ustaweiń.

Testy ruchu obrotowego

Dla testów dotyczących ruchu obrotowego drona, badanie wyglądało następująco:

1. kamera skierowana na wprost, lekko opuszczona – wycelowana na środkowy pachołek;
2. obrót w prawo o 90° (do prawego pachołka);
3. obrót  w lewo o 180° (do lewego pachołka);
4. obrót w prawo o 90° (do środkowego pachołka).

Testy związane z parametrem prędkości (max V obrotowa i ekspozycja odchylenia)  polegają na pokazaniu jak szybko celownik kamery zmienia pozycję od jednego do drugiego pachołka.

Testy związane z parametrem przyśpieszenia (płynności odchylenia) polega na pokazaniu jak daleko po osiągnięciu pachołka i odpuszczeniu drążka dron sam się będzie jeszcze obracał aż do całkowitego zatrzymania.

Testy ruchu postępowego

Dla testów dotyczących ruchu postępowego, badanie wyglądało następująco:

1. kamera skierowana prostopadle w dół, wycelowana na punkt środkowy (lądowisko);
2. lot do przodu do przedniego pachołka (lub na prawo do prawego pachołka);
3. lot do tyłu do tylnego pachołka (lub na lewo do lewego pachołka);
4. lot do przodu do punktu środkowego (lub na prawo do punktu środkowego).

Testy czułości hamulca polegały na pokazaniu jak długo dron „dryfuje” po doleceniu do pachołka i odpuszczeniu drążka.

Testy ekspozycji

Testy ekspozycji sterowania przód/tył i prawo/lewo polegały na pokazaniu dynamiki drona w różnych stopniach wychylenia drążka i w różnych ustawieniach ekspozycji.

Osobny przypadek stanowią testy ekspozycji wznoszenia i opadania, gdzie kamera jest skierowana z lekkim pochyleniem na wprost i pachołki są rozstawione w rzędzie na przeciw drona, tak aby przesuwały się względem celownika w miarę wznoszenia i opadania. Wznoszenie odbywa się od momentu gdy celownik drona przebędzie drogę od pierwszego do ostatniego pachołka. Opadanie – w przeciwnym kierunku.

Testy espozycji były wykonane w trzech trybach o różnych wychyleniach drążka:

1. minmalne wychylenie;
2. średnie wychylenie;
3. maksymalne wychylenie.

Podyktowane to było kształtem krzywych ekspozycji, u których można było (z wyjątkiem wykresów dla średniej wartości ekspozycji, które przybierają postać prostych), wyróżnić dla wartości niskiego, średniego i wysokiego wychylenia drążków trzy odmienne charakterystyki.

Testy gimbala

Analogiczna perspektywa jest w testach gimbala, z tą różnicą, że tu dron jest nieruchomy, a przesuwa się tylko celownik kamery na wyświetlaczu względem pachołków.

Stopień wychylenia drążków / pokrętła gimbala

Z powyższego wynika więc, że wszystkie testy oprócz testów dotyczących ekspozycji były wykonane przy maksymalnym wychyleniu drążków / pokrętła gimbala, to jest z chwilą rozpoczęcia danego manewru drążek był przesuwany do maksymalnego wychylenia i w momencie gdy dron obrócił się lub doleciał do zadanego celu, drążek wracał do pozycji centralnej. Miały one na celu pokazać, jaką maksymalną prędkość (obrotową / postępową) osiągnie dron / gimbal, oraz jak długo dron / gimbal będzie hamował po osiągnięciu maksymalnej prędkości. Testy ekspozycji (responsywności, lub po prostu czułości drążków) natomiast, dotyczące parametru który dodatkowo pozwala wyregulować precyzję manewrowania, musiały badaniem objąc zarówno sam parametr, jak i drążek, w tym ich skrajne i centralne stopnie ustawienia, stąd na każdy z badanych parametrów przypada po 6 testów.

Opis testowanych parametrów:

Celem teoretycznego wprowadzenia do eksperymentu, poniżej znajduje się opis badanych parametrów, z wyjaśnieniem o jakich ruchach drona decydują, i do którego kanału sterowania są przyporządkowane, przy założeniu, że aparatura sterująca jest ustawiona na tryb pracy – 2, który jest trybem powszechnie przyjętym do sterowania wielowirnikowcami. W trybie pracy – 2 drążek lewy odpowiada za odchylenie (yaw) oraz za wznoszenie i opadanie (throttle), natomiast prawy za przechylenie (roll), oraz pochylenie (pitch).

Utawienia drona

MAKSYMALNA PRĘDKOŚĆ KĄTOWA

• Określa z jaką prędkością kątową dron będzie obracał się wokół własnej osi po wychyleniu drążka, w tym jaką osiągnie prędkość w przypadku maksymalnego wychylenia.
• Obrót wokół osi normalnej (pionowej) statku powietrznego to w terminologii lotniczej odchylenie (Yaw).
• Za odchylenie na kontrolerze odpowiadają ruchy lewego drążka w prawo i w lewo.

PŁYNNOŚĆ ODCHYLENIA

• Określa wielkość opóźnienia kątowego z jaką dron będzie spowalniał ruch obrotowy po odpuszczeniu drążka.
• W praktyce oznacza to, jak długo dron będzie się jeszcze obracał gdy odpuścimy drążek.
• Niska wartość parametru oznacza dużą wartość opoźnienia kątowego, wysoka – niską.
• W praktyce oznacza to, że dla niskiej wartości dron szybko wyhamuje, dla dużej – długo.
• Obrót wokół osi normalnej (pionowej) statku powietrznego to w terminologii lotniczej odchylenie (Yaw).
• Za odchylenie odpowiadają ruchy lewego drążka w prawo i w lewo.

CZUŁOŚĆ HAMULCA

• Określa wartość ruchu opóźnionego z jaką dron będzie reagował po zwolnieniu drążka, czyli jak długo dron wyhamowuje ruch postępowy w płaszczyźnie poziomej.
• W praktyce oznacza to, jak daleko dron jeszcze poleci do przodu / do tułu / na boki gdy odpuścimy drążek.
• Niska wartość parametru przekłada się na niską wartość ruchu opóźniającego, wysoka wartość parametru – na wykoką wartość ruchu opóźniającego.
• Za ruch postępowy drona typu wirnikowiec odpowiadają kąty zawarte pomiedzy osiami podłużną i poprzeczną drona a płaszczyzną poziomą.
• Kąt pomiędzy osią podłużną a płaszczyzną poziomą to w terminologii lotniczej pochylenie (pitch), kąt pomiędzy osią poprzeczną a płaszczyzną poziomą to przechylenie (roll).
• Za pochylenie odpowiadają ruchy prawego drążka do przodu i do tyłu.
• Za przechylenie odpowiadają ruchy prawego drążka w prawo i w lewo.

EKSPOZYCJA

• Określa moc reakcji drona w zależności od stopnia wychylenia drążków.
• W ramach ekspozycji regulowane są 3 parametry, ale w rzeczywistości dotyczy ona 4 kanałów sterowania:
  • 1. parametr obsługuje wznoszenie i opadanie drona;
  • 2. parametr obsługuje odchylenie drona;
  • 3. parametr obsługuje pochylenia i przechylenia drona.
• W praktyce oznacza to, że ustawienia ekpozycji wpływają na stopień reakcji drona dla wszystkich ruchów obydwu drążków.
• Za ruch postępowy drona typu wirnikowiec odpowiadają kąty zawarte pomiedzy osiami podłużną i poprzeczną drona a płaszczyzną poziomą.
• Kąt pomiędzy osią podłużną a płaszczyzną poziomą to w terminologii lotniczej pochylenie (pitch), kąt pomiędzy osią poprzeczną a płaszczyzną poziomą to przechylenie (roll).
• Obrót wokół osi normalnej (pionowej) statku powietrznego to w terminologii lotniczej odchylenie (Yaw).
• Sterowanie wznoszeniem i opadaniem wirnikowców w terminolgi lotniczej bywa w skrócie określane „throttle” – czyli przepustnica, co jest związane z tym że to moc silnika regulowana przepustnicą decyduje o wznoszeniu bądź opadaniu śmigłowca.
• Ustawienia parametrów oscylują od zależności nieliniowej – gdy jest niska wartości ekspozycji, poprzez zależność liniową (wprost proporcjonalną) – gdy jest średnia wartość ekspozycji, skończywszy ponownie na zależności nieliniowej – gdy jest najwyższa wartość ekspozycji.
• W zależności od stopnia wychylenia drążka:
  • Niskie wartości ekspozycji powodują następujące reakcje drona:
    • Małe wychylenia (centrum): reakcja drona jest minimalna – bardzo łagodna responsywność;
    • Średnie wychylenia: reakcja wzrasta szybciej niż w centrum (krzywa się „zaokrągla” w górę);
    • Maksymalne wychylenia: dron osiąga raptowne przyspieszenie/rotację (krzywa przybiera kształt prostej pnącej się w górę).
  • Średnie wartości ekspozycji powodują następujące reakcje drona:
    • Małe wychylenia: od razu widoczna proporcjonalna reakcja (nie „stłumiona” jak przy niskiej ekspozycji);
    • Średnie i duże wychylenia: wzrost reakcji równomierny — przewidywalny, bez zaskoczeń.
  • Wysokie wartości ekspozycji powodują następujące reakcje drona:
    • Minimalne wychylenia: od razu wywołują gwałtowną reakcję drona (krzywa w centrum pnie się niemal pionowo w górę);
    • Małe wychylenia: w miarę wzrostu wychylenia spowalniają początkowo gwałtowną reakcję drona (krzywa zaczyna się pochylać);
    • Średnie i duże wychylenia: dron reaguje proporconalnie do wychylenia (krzywa przybiera kształt prostej biegnącej pod kątem 30°).

 

Ustawienia gimbala

MAKSYMALAN PRĘDKOŚĆ STEROWANIA W OSI POCHYLENIA

• Określa z jaką prędkością kątową gimbal będzie obracała się wokół osi poprzecznej po wychyleniu drążka, w tym jaką osiągnie prędkość w przypadku maksymalnego wychylenia.
• W praktyce oznacza to po prostu jak szybko można podnosić i opuszczać kamerę.

PŁYNNOŚĆ POCHYLENIA

• Określa wielkość opóźnienia kątowego z jaką gimbal będzie spowalniał ruch obrotowy po odpuszczeniu pokrętła.
• W praktyce oznacza to, jak długo kamera będzie wznosiła się bądź opadała gdy przestaniemy przesuwać pokrętło.
• Niska wartość parametru oznacza dużą wartość opoźnienia kątowego, wysoka – niską.

Przeprowadzenie testu

MAKSYMALNA PRĘDKOŚĆ KĄTOWA

Max V kątowa ustawiona na minimalna wartość:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru prędkości kątowej na wartość minimalną, oraz film pokazujący z jaką prędkością dron obraca się przy takim ustawieniu wokół osi pionej.

Obserwacje:

Dron wprawiono w maksymalną prędkość kątową. Obrót o kąt 60° trwa ok. 12 sekund.

Max V kątowa ustawiona na maksymalną wartość:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru prędkości kątowej na wartość maksymalną, oraz film pokazujący z jaką prędkością dron obraca się przy takim ustawieniu wokół osi pionej.

Obserwacje:

Dron wprawiono w maksymalną prędkość kątową. Obrót o kąt 60° trwa ok. 6 sekund.

PŁYNNOŚĆ ODCHYLENIA

Minimalna płynność odchylenia:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru płynności odchylenia na wartość minimalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia hamuje dron wprowadzony w maksymalną prędkość kątową po odpuszczeniu drążka.

Obserwacje:

Reacja drona jest niemal natychmiastowa.

Maksymalna płynność odchylenia:

Obserwacje:

Reacja drona jest długa – zatrzymuje się dopiero po stopniwym wyhamowaniu prędkości kątowej.

CZUŁOŚĆ HAMULCA

Minimalna czułość hamulca

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru czułości hamulca na wartość minimalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia hamuje dron wprowadzony w maksymalną prędkość postępową po odpuszczeniu drążka.

Obserwacje:

Dron zatrzymuje się dopiero po stopniwym wyhamowaniu prędkości postępowej, to jest po około 14 m od momentu odpuszczenia drążka.

Maksymalna czułość hamulca

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru czułości hamulca na wartość maksymalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia hamuje dron wprowadzony w maksymalną prędkość postępową po odpuszczeniu drążka.

Obserwacje:

Reakcja drona jest stosunkowo szybka – dron zatrzymuje się około 4 metrach od momentu odpuszczenia drążka.

EKSPOZYCJA:

Parametr „Góra-dół” – wartość minimalna:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „góra-dół” na wartość minimalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka dron powoli (ze średnią prędkością 0,3[m/s]) wznosi się i opada. Po odpowiednim wyczuciu drążka, i wychyleniu go zaledwie w minimalnym stopniu, prędkość tę można obniżyć nawet do 0,1-0,2[m/s], co można zaobserwować podczas lotu opadającego. Ustawienie takie zabezpiecza przed niepożądanym szarpnięciem drążka i pozwala na bardzo bezpieczne ruchy dronem, wymagane do manewrów w wąskich przestrzeniach, a także operacji lotniczych wymagających precyzyjnego manipulowania pułapem drona.
• Dla średniego wychylenia drążka, dron reaguje z niewiele większą dynamiką. Prędkość pionowa średnio wynosi 03-04[m/s]. Wynika to z charakterystyki krzywej ekspozycji, która w sąsiedztwie początku układu współrzędnych przybiera wartości blikie zeru, i dopiero po przekroczeniu 1/3 zakreu wychylenia drążka, krzywa zaczyna piąć się w górę. Potwierdza to, że ustawienie minimalnej wartości ekspozycji to opcja dedykowana dla lotów w przestrzeni o podwyższonym ryzyku kolizji drona z obietem.
• Dla maksymalnego wychylenia drążka, dron wzosi się zdecydowanie dynamiczniej i osiąga zaprogramowaną dla trybu „CINEMA” prędkość do 2[m/s] podczas wznoszenia, i do 1,5[m/s] podczas opadania. Oznacza to, że minimalne ustawienie ekspozycji, nie ogranicza manewrowości drona jedynie do bezpiecznych i powolnych reakcji na ruchy drążka, i w razie konieczności – po wychyleniu drążka do maksimum, można wywołać również szybką reakcję.

Parametr „Góra-dół” – wartość średnia:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „góra-dół” na wartość średnią, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka dron wznosi się z prędkością 0,3-04[m/s]. Oznacza to, że osiąga dynamikę zbliżoną dla średniego wychylenia drążka przy ustawieniu parametru na wartość minimalną. Wynika to z wprost proporcjonalnej charakterystyki wykresu ekspozyji, która oznacza, że już od samego początku wychylania drążka, dron zaczyna reagować bardziej zdecydowanie, niż to miało miejsce w przypadku ustawienia ekspozycji na wartość minimalną.
• Dla średniego wychylenia drążka dron wznosi się z prędkością ok. 1,3[m/s] i opada z prędkością ok 0,7[m/s] (Ta różnica może wynikać albo z nieadekwatego wyważenia wychylenia drążka w przeciwnym kierunku, co jest możliwe zważywszy na na małe gabaryty drążków w modelu kontrolera DJI RC-N1, albo jest po prostu cechą wpisaną w charakterystykę aerodynamiczną drona, którą można zaobserwowac w przypadku testów z maksymalnym wychyleniem, kiedy to dron wznosi się i opada z różnymi prędkościami). Ponownie więc widać dwukrotnie zwiększoną czułościa reakcji drona w stosunku do analogicznych wychyleń w przypadku minimalnego ustawienia wartości ekspozycji dla sterowania wznoszeniem i opadaniem.
• Dla maksymalnego wychylenia drążka dron osiąga prędkość 2[m/s] i opada z prędkościa 1,5[m/s], a więc taką samą jak w przypadku minimalnego ustawienia wartości ekspozycji. Na podstawie tego można wstępnie wysunać wniosek, że reakcja drona na maksymalne wychylenia drążka będzie bardzo podobna w przypadku minimalnego i średniego ustawienia parametru, a jedyna namacalna różnica może się pojawić tylko w zestawieniu z maksymalnym ustawieniem parametru, i dotyczyć będzie jedynie krótkiego ułamka sekundy potrzebnego na wykonanie wychyleniua drążka do pełnego zakresu, w wyniku którego dron, który ma ustawioną czułość na maksymalną wartość, osiągnie maksymalną prędkość z większym przyśpieszeniem. Różnica ta będzie bardziej odczuwalna, dla trybów „NORMAL” i „SPORT”, gdzie są zaprogramowane większe prędkości, i tym samym wydłuży się czas potrzebny na osiągnięcie tych prędkości.

Parametr „Góra-dół” – wartość maksymalna:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „góra-dół” na wartość maksymalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka dron osiąga prędkość wznoszenia ok. 1[m/s], oraz opadania ok. 0,5[m/s]. Jest to 3-krotne zwiększenie dynamiki w stosunku do reakcji drona ustawionego na minimalną wartość parametru. Ponadto po rozpoczęciu wznoszenia widać „szarpnięcia”. Dron zatrzymuje się, potem wznawia wznoszenie. Wynika to z charakterystyki krzywej dla maksymalnej wartości ekspozycji, która już przy minimalnych wychyleniach drążka wywołuje gwałtowne rekację drona. Skutkuje to tym, że po pierwsze trudno jest wprawić drona w jednostajne przyśpieszenie, po drugie trudno jest utrzymać stałą prędkość jeżeli drążek nie jest w pełnym wychyleniu i nie ma oparcia w postaci granicy zakresu wychylenia. Najdrobniejsze poruszenie drążkiem skutkuje więc szarpnięciem drona. Można to podsumować jako „prymat manewrowości nad precyzją„.
• Dla średniego wychylenia drążka dron osiąga prędkość wznoszenia ok. 1,8[m/s], oraz opadania ok. 1,2[m/s].
• Dla maksymalnego wychylenia drążka  dron osiąga maksymalną prędkość wznoszenia 2[m/s], orazmaksymalną prędkość opadania 1,5[m/s].

Parametr „Odchylenie” – wartość minimalna:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „Odchylenie” na wartość minimalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka dron obraca się o za pierwszym podejściem kąt ok. 30° w 23 sekuny, a za drugim podejściem w 30 sekund. Można więc dzięki takiemu ustawieniu parametru „roziągnąć” prędkość kątową do 1[°/s], co będzie pomocne podczas nagrywania długich sekwencji panoramicznych.
• Dla śreniego wychylenia drążka dron obraca się najpierw o kąt ok. 30° w 7 sekund, następnie o kąt 60° w około 20 sekund. Jest to również dobre tempo do nagrywania ujęć panoramicznych.
• Dla maksymalnego wychylenia drążka dron osiąga maksymalną prędkość kątową dla trybu „CINEMA” – ok. 60° w około 6 sekund.

Parametr „Odchylenie” – wartość średnia:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „Odchylenie” na wartość średnią, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka dron obraca się z prędkością ok. 30° w 7 sekund oraz 60° w 20 sekund. (Pierwsze podejście mogło być wykonane z większym niż średnie wychylenie drążka, lub drugie podejście mogło być wykonane z mniejszym niż średnie wychylenia drążka – stąd ta różnica w prędkości obrotowej). Trzecie podejście dało wynik: 30° w 10 sekund, co jest potwierdzeniem wyniku z drugiego podejścia – czyli 60° w 20 sekund.
• Dla średniego wychylenia drążka tempo wynosi ok. 30° w 2-3 sekundy, oraz 60°w 5 sekund. Jest to już za duże tempo jeżeli chodzi o panoramiczne ujęcia filmowe. Obraz po pierwsze będzie się przesuwał za szybko, a w przypadku ustawienia klatkażu na niską wartość (30 klatek na sekundę) dodatkowo materiał będzie posiadał wadę w postaci „skoków” – czyli braku płynności w przesuwaniu się obrazu.
• Dla maksymalnego wychylenia drążków dron osiąga prędkość: 30° w 3 sekundy, oraz 60° w 5 sekund. Obserwujemy więc w stosunku do analogicznego badania przy minimalnym ustawieniu parametru, skrócenie czasu o 1 sekundę. Pokazuje to, że średnie ustawienia pozwalają już na szybszą reakcję w przypadku gdy trzeba dokonać błyskawiczej zmiany kierunku obserwacji. Jest to przydatne w przypadku wykorzystywania drona do celów militarnych, np do zadań rozpoznawczych, bądź bojowych, oraz innych operacji wymagających prowadzenia dookrężnej obserwacji przestrzeni. Dron przy średnich ustawieniach ekspozycji szybiej rozpędzi się po gwałtownym wychyleniu drążka do oporu do pełnej prędkości kątowej, niż przy niskich ustawieniach, co jest przydatne, gdy wykonuje się operację lotniczą wymagającą szybkich zmian sektora obserwacji.

Parametr „Odchylenie” – wartość maksymalna:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „Odchylenie” na wartość maksymalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka obserwujemy, że za pierwszym podejściem dron obraca się o 30° w 3 sekundy, a dopiero za drugim podejściem w 6 sekund, czyli dwa razy wolniej. Oznacza to że wysoka responsywność przy maksymalnie ustawionej ekspozycji powoduje z początku trudności z ustabilizowaniem prędkości, i już minimalne ruchy drążka powodują dużą reakcję drona. Dopiera za drugim podejściem, które pozwoliło na wyczucie drążka po pierwszej próbie, udało się zredukować prędkość kątową dwukrotnie. Na końcu testu widać ponadto, że jest problem w ustawieniu kursu drona na precyzyjny azymut – za każdym razem dron przekręca się za daleko. Oznacza to że już nawet przy minimalnych wychyleniach drążka, dron jest pozbawiony precyzji manewrowania.
• Dla średniego wychylenia drążka dron uzyskuje prędkości: 30° w 3 sekundy i 60° w 5 sekund. Jest to ten sam wynik jak przy maksymalnym wychyleniu drążka dla minimalnej wartości ekspozycji badanego parametru. Ponadto dron pozbwaiony precyzji manewrowania tak jak i dla małego wychylenia drążka przy tej samej wartości ekspozycji.
• Dla maksymalnego wychylenia drążka, dron uzyskuje prędkość: 30° w 2 sekundy i 60° w 4 sekundy. Jest to maksymalna zwrotność jaką dron może osiągnąć dla nominalnej dla trybu CINEMA prędkości kątowej, która wynosi 80[°/s]. Jest to wartość o 2 sekundy szybsza, niż w przypadku minimalnego ustawienia wartości ekspozycji odchylenia, kiedy to dron o kąt 60° obracał się w 6 sekund.

Parametr „Skok/obrót” – wartość minimalna:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „Skok/obrót” na wartość minimalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka dron leci z prędkością 0,5[m/s]. Za drugim podejściem pędkość udaje się zmniejszyć chwilami do 0,2[m/s]. Na początku filmu widać, że zanim dron zacznie sie przemieszczać upływa kilka sekund, tak jakby cięzko go było wprawić w ruch. Oznacza to niską responsywność na wychylenia drążka. Jest to zatem ustawienie przeznaczone do lotów w ciasnych przestrzeniach, gdzie zbyt gwałtowne wychylenie drążka może doprowadzić do kolizji, i gdzie wymagana jest wyskoa precyzja manewrowania.
• Dla średniego wychylenia drążka dron osiąga prędkość ok. 1,7[m/s] oraz 1,1[m/s] w drugim podejściu.
• Dla maksymalnego wychylenia drążka dron osiąga prędkość 4,5[m/s], ale dopiero po przebyciu dystansu co najmniej 10 [m], kiedy drążek jest już odpuszczany. Oznacza to że dron ma mniejsze przyśpieszenie i nie rozpęda się do pełnej prędkości trybu CINEMA – czyli do 6[m/s].

Parametr „Skok/obrót” – wartość średnia:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „Skok/obrót” na wartość średnią, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka dron osiąga prędkość średnio 0,5[m/s].
• Dla średniego wychylenia drążka dron osiąga prędkość średnio 3[m/s], a zatem jest to znaczyny – to jest wprost proporcjonalny wzrost prędkości.
• Dla maksymalnego wychylenia drążka dron osiąga prędkość w porywach do 5[m/s], ale podobnie jak w poprzednim badaniu, nie jest to w pełni rozwinięta prędkość, ze względu na krótki dystans rozbiegu.

Parametr „Skok/obrót” – wartość maksymalna:

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru ekspozycji „Skok/obrót” na wartość maksymalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje dron pod wpływem małego, średniego, i maksymalnego wychylenia drążka.

Obserwacje:

• Dla małego wychylenia drążka dron osiąga prędkość w porywach do 1,8[m/s], ale jak pokazuje film, trudno jest wykonac płynny start, ruch drona jest niejednostajny i trudno jest ustabiliować prędkość, co pokazuje bardzo wyskoką responsywność już od minimalnych wychyleń drążka dla tego ustawienia.
• Dla średniego wychylenia drążka dron osiąga prędkość w porywach do 4,8[m/s], ale ruch jest wyraźnie niejdnostajny – dron co chwilę zwalnia lub przyśpiesza. Co więcej, dron schodzi na boki, gdyż minimalne odchylenia drążka na boki wywołują znaczne zejścia z kursu.
• Dla maksymalnego wychylenia drążka dron osiąga prędkość w porywach do 5[m/s], czyli mimo dużej responsywności, nie jest w stanie na tak krótkim odcinku rozwinąc pełnej prędkości. Może być to spowodowane zejściami z kursu pojawiającymi się z tych samych powodów jak w poprzednim przypadku. Wszystko to pokazuje że wysokie ustawienia responsywności mogą być jedynie stosowane kiedy lot odbywa się na dużych, bezkolizyjnych przestrzeniach.

GIMBAL – MAKSYMALNA PRĘDKOŚĆ STEROWANIA W OSI POCHYLENIA

Minimalna Vmax sterowania w osi pochylenia

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru maksymalnej prędkości gimbala na wartość minimalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje kamera.

Obserwacje:

Gimbal podnosi się okąt 90° w czasi 1 minuta 35 sekund. Jest to ustawienie nadające się do długich scen, np otwierających, bądź zamykających film.

Maksymalna Vmax sterowania w osi pochylenia

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru maksymalnej prędkości gimbala na wartość maksymalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje kamera.

Obserwacje:

Gimbal reaguje niemal w sposób niekontrolowany. Nie można nim wykonać zatrzymania na planowanym poziomie – w tym przypadu – kąt 0°. Takie ustawienie może być jedynie wykorzystywane pod warunkiem nauczenia się sterowania gimbalem za pomocą małych ruchów pokrętła.

GIMBAL – PŁYNNOŚĆ POCHYLENIA

Minimalna płynność pochylenia gimbala

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru płynności pochylenia gimbala na wartość minimalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje kamera.

Obserwacje:

Kamera zatrzymuje się niemal natychmiast po zaprzestaniu obracania pokrętłem gimbala – ustawienie odpowiednie dla lotów technicznych, inspekcyjnych, kiedy liczy się szybkość manewru.

Maksymalna płynność pochylenia gimbala

Poniżej zamieszone jest zdjęcie z interfejsu DJI Fly z widocznym ustawieniem parametru płynności pochylenia gimbala na wartość minimalną, oraz film pokazujący jak dla takiego ustawienia reaguje kamera.

Obserwacje:

Kamera płynnie zwalnia po zaprzestaniu kręcnia pokętłem gimbala. Jest to ustawienie odpowiednie dla „miękkich” ujęć filmowych.

Podsumowanie

Przeprowadzony test obejmował badanie ustawień wzmocnień i ekspozycji sygnałów sterowania dronem DJI Mini 3 Pro, do których zaliczają się:

• (1) maksymalna prędkość pozioma,
• (2) maksymalna prędkość wznoszenia,
• (3) maksymalna prędkość opadania,
• (4) maksymalna prędkość kątowa,
• (5) płynność odchylenia,
• (6) czułość hamulca,
• (7) ekspozycja wznoszenia i opadania,
• (8) ekspozycja odchylenia,
• (9) ekspozycja ruchów w płaszczyźnie poziomej,
• (10) maksymalna prędkość sterowania w osi pochylenia gimbala,
• (11) płynność pochylenia gimbala.

W ramach badania testowanych było osiem spośród wymienionych parametrów, z pominięciem maksymalnych prędkości postępowych i pionowych (1–3), które ze względu na swoją oczywistość nie wymagały szczegółowej analizy.

Na podstawie przeprowadzonych obserwacji można zaproponować klasyfikację wszystkich parametrów sterowania na trzy zasadnicze grupy:

• Parametry dotyczące prędkości postępowej i kątowej, czyli te, które określają dynamikę ruchu drona i gimbala: (1), (2), (3), (4), (10);
• Parametry związane z ruchem opóźnionym (przyspieszeniem ujemnym), a więc decydujące o wytracaniu prędkości: (5), (6), (11);
• Parametry określające przyspieszenie, czyli tempo reakcji drona na wychylenie drążków sterujących, obejmujące wszystkie ustawienia ekspozycji: (7), (8), (9).

Z przeprowadzonych testów wynika, że odpowiedni dobór ustawień tych parametrów powinien być uzależniony od charakterystyki lotu i warunków przestrzeni operacyjnej.

• W przypadku ujęć filmowych, gdzie istotna jest płynność ruchu i miękkie przejścia kamery, wskazane jest ustawienie długich dróg hamowania oraz niskich wartości ekspozycji, które ograniczają gwałtowne przyspieszenia i nadają ruchom drona kinową płynność.
• Przy lotach w ciasnych przestrzeniach, wymagających precyzji i kontroli, należy stosować niskie ekspozycje w połączeniu z krótkimi drogami hamowania, co zapewnia szybką reakcję i łatwiejsze zatrzymanie w ograniczonej przestrzeni.
• Dla lotów inspekcyjnych lub obserwacyjnych w otwartym terenie, optymalnym rozwiązaniem jest dobór średnich lub wyższych wartości ekspozycji z jednoczesnym ustawieniem krótszych dróg hamowania, co umożliwia dynamiczne manewrowanie.

Podsumowując, konfiguracja parametrów wzmocnienia i ekspozycji powinna każdorazowo uwzględniać cel lotu oraz dostępny margines przestrzenny. Dla ujęć filmowych w otwartej przestrzeni najbardziej efektywne może być połączenie długiego hamowania i niskich ekspozycji z dużymi prędkościami maksymalnymi, które razem pozwalają uzyskać płynny, naturalny ruch kamery, a także rozwinąć większą prędkość gdy dron w leci w otwartą przestrzeń, bez konieczności przełączania w trakcie nagrywania ujęcia z trybu kinowego na tryb sportowy.