DJI Phantom 4 – das Profibuch E-Book

Christian Rattat

• Herausgeber: dpunkt.verlag
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2018

Seitenzahl: 345

Beschreibung

Das Buch hilft Einsteigern und Fortgeschrittenen auf rund 260 Seiten, den Phantom 4 mit all seinen Funktionen zu verstehen und damit richtig und verantwortungsvoll zu fliegen. Das Thema Drohnen-Gefahr ist nicht umsonst immer wieder mit negativen Schlagzeilen in den Medien vertreten. Das liegt in der Regel nicht an böswilligen Menschen, die damit bewusst gegen Regeln verstoßen, sondern meist daran, dass die Regeln nicht bekannt sind. Darüber hinaus erklärt es Anfängern im Drohnenfliegen, die aber bereits gute Film- oder Fotografie-Kenntnisse besitzen, wie sie mit einer fliegenden Kamera umgehen. Die Perspektive einer Kameradrohne ist eine völlig andere, als eine Kamera auf einem Stativ oder in der Hand. Sie eröffnet Möglichkeiten, die vielen oft nicht bewusst sind, verleitet jedoch dazu, einiges falsch zu machen. Dabei ist nicht zu unterschätzen, dass neben den Aufnahmen auch noch eine Drohne zu fliegen ist. Zwei Kapitel mit Grundlagen zum Fotografieren und Filmen verhelfen Einsteigern in Film und Fotografie schnell und zuverlässig zu guten Ergebnissen. Typische Fehler, die schnell zur Gewohnheit werden, lassen sich damit leicht vermeiden. Nicht zuletzt hilft das Buch auch Eltern, deren Kinder bereits einen Phantom 4 besitzen oder für die die Anschaffung eine Kameradrohne geplant ist, die der immer rasanteren Entwicklung der Technik aber nicht mehr hinterher kommen. Welche Möglichkeiten eine Kameradrohne bietet, wie die Technik funktioniert, aber auch gesetzliche Regelungen und Voraussetzungen und die zum Teil empfindlichen Strafen werden verständlich erklärt.

Leseprobe

Christian Rattat arbeitet seit über 22 Jahren als Softwareentwickler und Softwarearchitekt und begann seine Karriere 1987 mit einem Commodore Amiga 2000. Heute arbeitet er für eine große Unternehmensberatung mit eigener Software und Cloud, hat aber auch mikrocontrollerbasierte Anwendungen gebaut und dafür Software implementiert.

Seit über zehn Jahren fotografiert er semiprofessionell und besitzt ein eigenes Fotostudio. Sein Hobby, das Bauen und Fliegen von Multicoptern, erfordert unter anderem auch immer wieder den Einsatz von Werkzeugmaschinen wie CNC-Fräsen und 3-D-Druckern.

Mit seinem neuen Buch DJI Phantom 4 – Das Profibuch befasst er sich dieses Mal nicht mit Themen aus dem Make-Bereich, sondern hilft Einsteigern und Fortgeschrittenen beim Fliegen und Filmen mit einer des besten Kameradrohnen im Hobbybereich, dem Phantom 4.

Zu diesem Buch – sowie zu vielen weiteren dpunkt.büchern – können Sie auch das entsprechende E-Book im PDF-Format herunterladen. Werden Sie dazu einfach Mitglied bei dpunkt.plus+:

www.dpunkt.plus

Christian Rattat

DJI Phantom 4 – Das Profibuch

Fliegen – Filmen – Fotografieren

Christian Rattat

[email protected]

Lektor: Dr. Michael Barabas

Copy-Editing: Claudia Lötschert, www.richtiger-text.de

Satz: Christian Rattat (Autor)

Herstellung: Stefanie Weidner

Umschlaggestaltung: Helmut Kraus, www.exclam.de

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN:

Print

978-3-86490-624-4

PDF

978-3-96088-641-9

ePub

978-3-96088-642-6

mobi

978-3-96088-643-3

1. Auflage 2018

Copyright © 2018 dpunkt.verlag GmbH

Wieblinger Weg 17

69123 Heidelberg

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Die im Buch verwendeten Bezeichnungen für Software, Hardware, Markennamen und Produktbezeichnungen unterliegen im Allgemeinen dem Schutz von Warenzeichen, Markenzeichen oder Patenten und gehören den jeweiligen Firmen.

Die Angaben im Buch wurden mit größter Sorgfalt kontrolliert. Der Autor kann für Schäden, die im Zusammenhang mit der Verwendung dieses Buchs entstehen, nicht haftbar gemacht werden.

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Vorwort

Meine ersten Berührpunkte mit Drohnen hatte ich 2010. Ein Jahr später war dann auch meine erste, selbst gebaute Drohne mit Motoren von T-Motor, 14-Zoll-CFK-Propellern, CFK-Auslegern und teuren Akkus von SLS flugfähig. Trotzdem dies anfangs nicht ganz einfach und reibungslos verlief, wurde daraus schnell ein ernsthaftes und sehr gut funktionierendes Hobby – und das weit vor der Verfügbarkeit der ersten kommerziellen Drohnen.

Motiviert durch Fehlschläge aber auch durch Erfolge vertiefte ich meine Kenntnisse in der Modellflugtechnik, und so entstand schließlich mein erstes Buch »Multicopter selber bauen« (dpunkt.verlag 2015). Keine drei Jahre nach Erscheinen des Buchs und einigen Tausend verkauften Exemplaren besitze ich inzwischen etliche selbst gebaute Drohnen, die sich vor den aktuellen Modellen von DJI & Co. nicht verstecken müssen. Mein Hexacopter (Bauprojekt 2 aus dem Buch) sucht mit einer Flugzeit von maximal 50 Minuten und etwa 1.000 Euro Gesamtkosten nach wie vor seinesgleichen. Zudem kann ich meine Drohnen problemlos selbst reparieren, was bei kommerziellen Produkten durch die starke Integration kaum noch möglich ist.

Viele Modellflieger – und auch ich selbst – haben die ersten kommerziellen flugfertigen Drohnen wie den Phantom 1 und Phantom 2 noch belächelt. Der erste Anflug von Neid kam bei mir mit Erscheinen des DJI-Lightbridge-Systems auf, als einer der Fliegerkollegen diese an einer selbst gebauten Drohne vorführte. Selbstverständlich haben alle am Platz die »katastrophale« Latenz von 250 ms bei der Bildübertragung schlecht geredet. Der positive Eindruck von hochauflösenden nicht ständig einbrechenden Bildern am Boden blieb. Die über 1000 Euro für ein Lightbridge-System wollte ich aber nicht ausgeben, und so ging es lediglich mit VGA-Auflösung und zunehmend verbesserter Antennentechnik weiter.

Die eigentliche Wende kam für mich mit dem Phantom 3 Advanced mit integriertem Gimbal und einer Kamera, die nun zumindest brauchbar war. Ich fotografiere seit vielen Jahren mit einer professionellen Vollformat-DSLR-Ausrüstung und eigenem Fotostudio und habe die eine oder andere Hochzeit und andere Events als Hauptfotograf gemeistert. Insofern sind meine Ansprüche an die Fototechnik und Bildqualität sehr hoch.

Die Fotoqualität des Phantom 3 Advanced war immer noch grenzwertig und für professionelle Fotos nicht geeignet. Aber zumindest waren die Bildbestandteile nun deutlicher erkennbar. Beim Studieren der Spezifikation des Phantom 4 Professional bekam ich leuchtende Augen, und die Bestellung war zu dem Zeitpunkt im Kopf bereits abgeschlossen.

Mit dem Inspire 1 konnte ich mich hingegen nie anfreunden. Dieser bietet in puncto Qualität nicht viel mehr als der Phantom 4 (Standardversion), und das viele Geld für den Inspire 2, der erst ab dem Zenmuse X5R mit Dual-Fernsteuerung wirklich sinnvoll ist, wollte ich nicht investieren, obwohl ich immer wieder die Webseite besuche und ins Grübeln gerate – dann aber doch die Vernunft siegt. Der Inspire 2 ist für professionelle Anwendungen ausgelegt, und einen Totalverlust für eine fliegende Kamera für über 5000 Euro durch einen Absturz möchte ich nicht erleben. Dass dies passiert, zeigen viele Videos im Internet, auch wenn davon sicher einige Abstürze vermeidbar gewesen wären. Der Phantom 4 Professional mit seinem 1-Zoll-Sensor schließt die Lücke zu einem akzeptablen Preis.

Heute ziehe ich den Phantom 4 Professional für ein paar Stunden Cruisen meinen selbst gebauten Varianten oft vor. Damit erstellte Fotos und Filme begeistern mich und andere immer wieder aufs Neue, und die Vorbereitung auf den Flug ist schnell erledigt.

Der Phantom 4 und vergleichbare Drohnen ersetzen aber längst nicht alle Drohnen. Weder erreicht man damit den Flugspaß eines 120 km/h schnellen Race-Copters, noch lassen sich damit Kunststücke wie beim 3-D-Kunstflug bewältigen. Der Phantom 4 ist und bleibt eine gute Kameradrohne, die sich hervorragend zum Cruisen und zum Filmen und Fotografieren eignet. Er eignet sich auch nicht zum Einstieg ins Drohnen-Rennen oder in den 3-D-Kunstflug, da die Fähigkeiten dazu nur in den entsprechenden Flugmodi erlernbar sind.

Was Sie in diesem Buch finden

Ich entschloss mich, dieses Buch zu schreiben, da es insgesamt einfach keine Lektüre gab, die den Phantom 4 und alle seine Optionen für den Flug, aber auch für die Kamera vernünftig erklärten.

Zweifellos finden sich, wie heute zu jedem Thema, Unmengen von Dokumenten im Internet und noch sehr viel mehr Diskussionen in Foren. Wie verlässlich oder richtig die Aussagen sind, ist oft nur schwer nachvollziehbar. Vor allem in Foren werden in Beiträgen häufig nur ein bis zwei Sätze zu einem Thema geschrieben, und zum selben Punkt finden sich in anderen Beiträgen gegensätzliche Aussagen.

Mein Anspruch an dieses Buch war, die Funktionalität der Phantom-4-Modelle so gut wie möglich in vollem Umfang und verständlich zu erklären. Neben einer Übersicht zu Drohnen sind die folgenden Themen enthalten:

Eine Übersicht über die Phantom-4-Varianten und deren Eigenschaften.

Eine Beschreibung der App DJI GO 4 für einen schnellen Einstieg.

Eine Beschreibung der erweiterten Funktionen der App DJI GO 4 für Fortgeschrittene.

Eine Beschreibung der Optionen zum Fliegen sowie von sicherem und verantwortungsvollem Fliegen.

Übungen für den Einsteiger, um den Phantom 4 und dessen Flugverhalten kennenzulernen.

Grundlagen der Fotografie und der Bildbearbeitung sowie die Nutzung des Phantom 4 zur Erstellung von hochwertigen Fotos.

Grundlagen des Filmens und der Videobearbeitung sowie die Nutzung des Phantom 4 zur Erstellung von hochwertigen Filmen.

Beschreibung von verfügbarem Zubehör und dessen Nützlichkeit sowie einer Grundausstattung und einer erweiterten Ausstattung.

Tipps und Tricks

Eine Zusammenfassung von Regeln und Gesetzen, die im Rahmen des Modellflugs relevant sind.

Warum Sie dieses Buch lesen sollten

Dieses Buch hilft Einsteigern und Fortgeschrittenen, den Phantom 4 mit all seinen Funktionen zu verstehen und damit richtig und verantwortungsvoll zu fliegen. Das Thema Drohnen-Gefahr ist nicht umsonst immer wieder mit negativen Schlagzeilen in den Medien vertreten. Das liegt in der Regel nicht an böswilligen Menschen, die damit bewusst gegen Regeln verstoßen, sondern meist daran, dass diese Regeln nicht bekannt sind und allgemein eine Drohne lediglich als Spielzeug betrachtet wird.

Darüber hinaus erklärt es Anfängern im Drohnenfliegen, die aber bereits gute Filmoder Fotografie-Kenntnisse besitzen, wie sie mit einer fliegenden Kamera umgehen. Die Perspektive einer Kameradrohne ist eine völlig andere als die einer Kamera auf einem Stativ oder in der Hand. Sie eröffnet Möglichkeiten, die vielen oft nicht bewusst sind, verleitet aber auch dazu, vieles falsch zu machen. Dabei ist nicht zu unterschätzen, das neben den Aufnahmen auch noch eine Drohne zu fliegen ist.

Nicht zuletzt hilft das Buch allen Eltern, deren Kinder bereits einen Phantom 4 besitzen oder für die die Anschaffung eines Phantom 4 geplant ist, die der immer rasanteren Entwicklung der Technik aber nicht mehr hinterherkommen. Welche Möglichkeiten eine Kameradrohne bietet, wie die Technik funktioniert, aber auch gesetzliche Regelungen und Voraussetzungen und die, zum Teil empfindlichen, Strafen werden verständlich erklärt.

Weitere Hinweise, Korrekturen und Dateien zum Download finden Sie auf der Webseite zum Buch:

http://phantom4profibuch.de

Ich wünsche Ihnen viel Vergnügen und allzeit sicheres Fliegen mit Ihrem Phantom 4!

Inhalt

Vorwort

1Einleitung

1.1Sensoren

1.2Flugfähigkeit

1.3Steuerung

1.4Flugrichtung

2Der Phantom 4

2.1Phantom 4 Standard

2.2Phantom 4 Pro

2.2.1Phantom 4 Pro Plus

2.2.2Phantom 4 Pro V2.0

2.3Phantom 4 Advanced

2.4Welcher Phantom 4 ist der richtige?

3Die APP GO 4

3.1Erste Schritte

3.1.1Privatsphäre

3.2Einstellungen

3.2.1Remote Identification

3.2.2Startpunkt

3.2.3Automatische Rückkehr

3.2.4Akku-Management

3.2.5Hinderniserkennung

3.2.6Softwareaktualisierung

3.2.7Flugzonen und Flysafe

3.2.8Fernsteuerung binden

3.2.9Fernsteuerung kalibrieren

3.2.10Kompass kalibrieren

3.3Autonome Flugfunktionen

3.3.1Automatische Abhebe- und Rückkehrfunktion

3.3.2Draw

3.3.3Geste

3.3.4Active Track

3.3.5Tapfly

3.3.6Stativ

3.3.7Terrain Follow

3.3.8Point of Interest

3.3.9Folgemodus

3.3.10Waypoints

3.3.11Startpunktverriegelung (Home Lock)

3.3.12Kursverriegelung (Course Lock)

3.4Erweiterte Konfiguration

3.4.1Anfängermodus beenden

3.4.2Flugdistanz und Flughöhe limitieren

3.4.3Feintuning

3.4.4Kalibrierung der IMU

3.4.5Gimbal-Konfiguration

3.4.6Notabschaltung der Motoren

3.4.7Liveübertragung von Videos

3.4.8Kartenoptionen

3.4.9Videoaufzeichnungen

3.4.10Sonstige Einstellungen

4Sicher fliegen

4.1Fernsteuerung und Drohne

4.2Vorbereitung

4.3Abheben, Fliegen, Landen

4.4Nachbereitung

4.5Notfallmaßnahmen

4.6Übungen

4.6.1Vorbereitung für die Übungen

4.6.2Übung 1 – Aufstieg und Abstieg

4.6.3Übung 2 – Horizontal fliegen

4.6.4Übung 3 – Ausrichtung ändern

4.6.5Übung 4–Kurvenflug

4.6.6Weiterführende Übungen

4.7Erweiterte Flugmodi

4.7.1Flugmodus S

4.7.2Flugmodus A

5Fotografieren

5.1Fotoqualität

5.1.1Phantom 4

5.1.2Phantom 4 Professional (V1.0, V2.0), Advanced und Plus

5.1.3Das Bild macht der Fotograf

5.2Grundkurs Fotografie

5.2.1Gelungene Aufnahmen

5.2.2Farben

5.2.3Bildsensor und Bildqualität

5.2.4Dynamikumfang

5.2.5Bildrauschen und ISO

5.2.6Blende und Tiefenschärfe

5.2.7Belichtungszeit

5.2.8Belichtungskorrektur

5.2.9Weißabgleich

5.2.10Vorsatzfilter

5.2.11Bildgröße und Dateiformat

5.2.12Bildgestaltung

5.2.13Nachbearbeitung

5.3Kameraeinstellungen zum Fotografieren

5.3.1Grundeinstellungen für den Phantom 4

5.3.2Kameraeinstellungen in der Übersicht

5.3.3Sonstige Einstellungen

5.4Mit dem Phantom 4 fotografieren

6Filmen

6.1Die Phantom-4-Kameras

6.2Grundkurs Filmen

6.2.1Motive und Idee

6.2.2Aufnahmetechnik

6.2.3Ausschnittgestaltung

6.2.4Sequenzplanung

6.2.5Vertonung

6.2.6Nachbearbeitung

6.2.7Aufnahmeformate

6.2.8Videoauflösung

6.2.9Rolling-Shutter, Blurring und Co.

6.3Kameraeinstellungen zum Filmen

6.3.1Weitere Filmeinstellungen

6.4Mit dem Phantom 4 filmen

7Zubehör

7.1Grundausstattung

7.1.1Kennzeichnung

7.1.2Zusätzliche Flug-Akkus

7.1.3Kfz-Ladegerät und Backup-Ladegerät

7.1.4Dreifachladegerät

7.1.5Brandschutzbehälter

7.1.6Propeller

7.1.7Sonnenschutz

7.1.8Unterlage für Start und Landung

7.1.9Kosten für die Grundausstattung

7.2Erweiterte Ausstattung

7.2.1Transportbehälter

7.2.2Objektivfilter

7.2.3Tragegurte für die Fernsteuerung

7.2.4Kosten für die erweiterte Grundausstattung

7.3Sonstiges Zubehör

7.3.1DJI Goggles

7.3.2Zusätzliche Ausgabegeräte

7.3.3Propellerschutz

7.3.4DJI Care & DJI Care Refresh

7.3.5Leistungsverstärker für Antennen

7.3.6Verzierungen

7.3.7Beleuchtung

7.3.8Kosten für sonstiges Zubehör

8Tipps & Tricks

8.1Wartung von Verschleißteilen

8.1.1Propeller und Propelleraufnehmer

8.1.2Motoren

8.2Akkus für Fernsteuerung und Drohne

8.2.1Temperatur

8.2.2Transport und Lagerung

8.2.3Laden und Entladen

8.2.4Defekte Flug-Akkus

8.2.5Defekter Akku der Fernsteuerung

9Regeln

9.1Wildfliegen

9.2Grundlegende Regelungen

9.2.1Drohnenführerschein

9.2.2Flughaftpflichtversicherung

9.2.3Kennzeichnungspflicht

9.3Einschränkungen

9.3.1Luftverkehr

9.3.2Umwelt

9.3.3Sicherheit

9.4Kameraaufnahmen

9.5Strafen

9.6Eltern haften für ihre Kinder

10Glossar

11Index

1 Einleitung

Drohnen sind technische Meisterwerke, die den Modellflug revolutioniert haben. Nie war es einfacher, Fluggeräte ohne jegliche Erfahrung in die Luft zu befördern oder gar selbst Luftaufnahmen anzufertigen. Wie das funktioniert und welche Technik eine Drohne benötigt, um zu starten und dann stabil in der Luft zu bleiben, wird in dieser kurzen Einführung erklärt.

Drohnen erobern seit etwa zehn Jahren Kinderzimmer und Bastelkeller. In den Anfängen wurden diese kaum ernst genommen, und flugfertige oder quasi flugfertige Varianten gab es noch nicht zu kaufen. Vielmehr war es findigen Tüftlern überlassen, mit Steuerungen der Nintendo Wii und abenteuerlichen Konstruktionen Fluggeräte zu bauen, die aber bereits erstaunlich gut funktionierten. Selbststabilisierende Drohnen, die mithilfe von GPS ihre Position erkennen und halten und dem Steuerer viele Aufgaben abnehmen, gibt es, seit der Einführung des DJI Phantom 1 im Jahr 2013.

Je mehr Aufgaben eine Drohne bei der Flugsteuerung übernimmt, desto mehr Sensoren benötigt diese zur Erfassung von Fluglage, Flughöhe und Flugrichtung. Bedingt durch die Bauart und die, gegenüber Flugzeugen erheblich geringere Fluggeschwindigkeit befindet sich eine Drohne permanent in einer instabilen Lage.

Außerdem werden Drohnen durch ihre starre Konstruktion zum Fliegen in die gewünschte Flugrichtung gekippt. Anderenfalls könnten sie lediglich nach oben und unten fliegen. Jede Drohne würde in wenigen Augenblicken abstürzen, würde die Flugsteuerung nicht permanent Gegenmaßnahmen ergreifen.

Heute werden Drohnen in vielen Bereichen weit über den Modellflug hinaus genutzt und sorgen weltweit für Milliardenumsätze. Sie dienen zur Überwachung von Veranstaltungen, zur Lagebeurteilung bei Unfällen und Katastrophen, zur Vermessung und Kartografierung, zur Inspektion von Gebäuden und Industrieanlagen und zu vielen weiteren Zwecken.

Es gibt bereits autonom fliegende Drohnen, die so intelligent sind, dass sie auch mit Hindernissen und Ausnahmesituationen problemlos zurechtkommen. Dabei ist die Forschung in wissenschaftlichen Bereichen schon sehr viel weiter und lässt ganze Drohnenschwärme miteinander agieren und interagieren, die so gemeinschaftlich sehr komplexe Aufgaben fehlerfrei erledigen.

Wer nur den Umgang mit flugfertigen Modellen kennt und noch keine Drohne selbst gebaut hat, wird sich sicher fragen, wie Drohnen funktionieren und was dazu alles notwendig ist. Eine Drohne – hier werden ausschließlich solche mit elektrischem Antrieb betrachtet – besteht nur aus wenigen funktionalen Baugruppen:

in der Regel mehrere Antriebe bestehend aus Elektromotor, Motorregler und Propeller

ein Rahmen zur Befestigung der Antriebe und weiterer Komponenten

eine Flugsteuerung mit Empfänger für die Fernsteuerung

eine Energiequelle, für die fast ausschließlich Lithium-Polymer-Akkus verwendet werden

Die Antriebe sind symmetrisch verteilt an einem starren Rahmen montiert, sodass es einen Schwerpunkt in deren Mitte gibt, in der die Flugsteuerung montiert ist. Der Rahmen dient nur dazu, alle Komponenten miteinander zu verbinden und zu tragen.

Eine symmetrische Anordnung sorgt dafür, dass bei gleicher Drehzahl aller Motoren und ohne äußere Einflüsse wie Wind nur eine vertikale Bewegung erfolgt oder die Drohne schwebt.

Aber auch bei nicht symmetrisch angeordneten Antrieben sorgt die Flugsteuerung für einen stabilen Flug. Diese besitzt dazu Sensoren, mit denen sie Informationen zur Fluglage erhält. Wird vom Steuerer der Drohne nichts anderes signalisiert, so ist der Sollzustand der Drohne eine waagerechte Lage und eine feste Position – die Drohne schwebt auf der Stelle.

Meldet ein Sensor, dass diese nicht so ist, ändert die Flugsteuerung den Schub der Antriebe derart, dass dieser Zustand wieder erreicht wird. Dazu kann sie mehr Schub erzeugen oder eine Seite anheben oder absenken, bis der Sollzustand wieder erreicht ist. Dabei muss gleichzeitig die gewünschte horizontale Position, aber auch die gewünschte Höhe gehalten werden, die sich beim Absenken oder Anheben einer Seite aber zwangsläufig ändert. Also muss die Flugsteuerung den Schub so ändern, dass beides gleichzeitig passiert.

Tatsächlich gibt es bei modernen Drohnen wie dem DJI Phantom 4 gleich eine ganze Reihe solcher Sensoren. Deren Informationen bringt die Flugsteuerung alle miteinander in Bezug, um den Befehlen des Steuerers möglichst gut nachzukommen. Gleichzeitig sorgt sie aber auch für einen sicheren Flug, indem sie selbstständig äußere Einwirkungen und auch Fehlentscheidungen des Steuerers korrigiert.

1.1Sensoren

Die einfachsten Sensoren sind Gyroskop, Beschleunigungssensor, Kompass und Barometer. Diese Sensoren geben der Drohne Informationen zur eigenen Flugrichtung, Geschwindigkeit, Fluglage und Flughöhe und sind dabei in der Regel sehr zuverlässig. Andere Sensoren sind sehr viel genauer, aber oft viel anfälliger für äußere Störungen.

Gyroskop

Ein Gyroskop misst die Veränderung der Neigungswinkel in den drei Raumachsen. Diese Informationen benötigt die Drohne, um ungewollte Veränderungen der Fluglage zu erkennen und um diese zu korrigieren. Sorgt beispielsweise eine Windböe dafür, dass die Drohne in eine Schieflage gerät, wird diese entweder in einer horizontalen Bewegung wegfliegen oder im schlimmsten Fall sogar abstürzen. Solche Lageänderungen passieren im Flug innerhalb von wenigen Millisekunden, weshalb die Fluglagekorrektur in Echtzeit passieren muss. Aus einer Flughöhe von 2 bis 3 Metern stürzt eine Drohne in Sekundenbruchteilen auf den Boden, wenn eine instabile Fluglage nicht sofort korrigiert wird.

Beschleunigungssensor

Ein Beschleunigungssensor misst die Veränderung der Beschleunigung in den drei Raumachsen. Dadurch ist indirekt die relative Flugposition ermittelbar. Da die Flugposition beim Abheben steht fest, kann aus einer Beschleunigungsänderung in Richtung einer Raumachse die Geschwindigkeit abgeleitet werden. Diese wiederum erlaubt die Berechnung der Entfernung vom Startpunkt.

Da die Messungen der Geschwindigkeitsänderungen in Echtzeit und viele Male pro Sekunde erfolgen, ist die Entfernung vom gewünschten zum aktuellen Aufenthaltsort berechenbar und kann korrigiert werden. Diese Positionierung ist aber nicht allzu exakt und verhindert lediglich das Abdriften der Drohne bzw. macht es langsamer. Durch diese Unterstützung wird das Steuern deutlich einfacher.

Kompass

Ein Kompass ermöglicht der Drohne, ihre Ausrichtung zu erkennen. Wie Neigung und Position ändert sich auch die Ausrichtung der Drohne durch Windböen und andere Einflüsse. Die für Drohnen verwendeten Kompasse erkennen die Ausrichtung anhand des lokalen Erdmagnetfelds. Hierzu ist es wichtig, dass eine Kalibrierung des Kompasses im Fluggebiet erfolgt, da sich das Erdmagnetfeld in jedem Gebiet ändert. Gegebenenfalls wird in jedem Fluggebiet eine neue Kalibrierung des Kompasses erforderlich.

Ein Nachteil magnetischer Kompasse ist, dass diese durch elektromagnetische Felder beeinflusst werden. Elektromagnetische Felder werden praktisch durch jede elektrische Anlage erzeugt. In der Regel sind diese aber auf lokale Bereiche um solche Anlagen begrenzt. Anders ist das bei sehr starken Energiequellen, vor allem bei Hochspannungsleitungen sowohl über als auch unter der Erde. Drohnen sind daher nur mit einem Abstand von einigen Hundert Metern zu Hochspannungsleitungen sicher zu fliegen.

Barometer

Ein Barometer misst den Luftdruck, der sich mit unterschiedlicher Höhe ändert. Die für Drohnen verwendeten Barometer messen bereits relativ geringe Höhenänderungen. Sie sind aber noch nicht genau genug, um für eine konstante Höhe zu sorgen. Auch Barometer sind für Störungen anfällig, die durch lokale Luftdruckschwankungen durch Windböen, aber auch durch die abströmende Luft der Propeller erzeugt werden. Diese Änderungen sind allerdings recht kurz, und die Höhenstabilisierung funktioniert so bereits gut genug, um eine Drohne einigermaßen gut zu stabilisieren. Zumindest aber verschafft ein Barometer dem Steuerer mehr Zeit zum Eingreifen.

GPS

Wie in fast allen Navigationssystemen sorgt ein GPS-Empfänger (Global Positioning System) bei Drohnen für eine deutlich exaktere Positionierung. Für die Positionssteuerung von Drohnen werden dazu zwei unabhängige Satellitensysteme – NAVSTAR GPS (USA) und GLONASS (Russland) – oft sogar beide gleichzeitig verwendet. Die Positionsgenauigkeit von GPS liegt zwar minimal im geringen Zentimeterbereich, die für Drohnen verwendeten Systeme liefern aber »nur« eine Genauigkeit von etwa ±0,5 m vertikal und bis ±1,5 m horizontal. Gelegentlich kommt es zu Ausreißern, die aber auch nicht mehr als etwa ±3 m betragen.

GPS liefert auch Höheninformation, wodurch eine Drohne bis zum Ende der Flugzeit ohne Eingreifen des Steuerers problemlos an Ort und Stelle positionierbar ist. Zusammen mit den anderen Sensoren funktioniert das selbst bei Böen und Windgeschwindigkeiten über 30 km/h äußerst zuverlässig. Je nach Gewicht und Leistungsklasse der Drohne funktioniert dies auch noch bei deutlich höheren Windgeschwindigkeiten.

Ultraschallsensor

Zum Ausgleich der GPS-Ungenauigkeit oder wenn kein GPS verwendet wird, werden oft weitere Sensoren eingesetzt. Für eine exaktere Höhenbestimmung über Grund als die mit GPS oder einem Barometer werden auch Ultraschalldistanzmesser verwendet. Diese finden sich beispielsweise auch an Fahrzeugen als Messsonden für die Einparkhilfe. Da sie nur geringe Abstände bis zu einigen Metern messen, werden sie lediglich in relativer Nähe zum Untergrund hinzu geschaltet. Die Höhenstabilisierung funktioniert dann auf wenige Zentimeter genau und unterliegt weder GPS- oder Luftdruckschwankungen.

Hinweis

So komfortabel und einfach die Unterstützung durch Sensorik und intelligente Flugsteuerungen auch sein mag, wenn Sensoren ausfallen und Sie nicht in der Lage sind, die Kontrolle selbst zu übernehmen, sehen Sie dabei zu, wie Hunderte Euro auf dem Boden zerschellen. Daher ist es wichtig, die Steuerung der Drohne auch in den Flugmodi mit weniger Unterstützung zu üben und perfekt zu beherrschen. Bei Ausfall der Unterstützung bleibt im schlechtesten Fall nur wenig Zeit zum Eingreifen, und wer dann erst überlegt, wie die Steuerung funktioniert, für den kann es bereits zu spät sein.

Optischer Sensor

Zur Verbesserung der horizontalen Positionierung werden auch optische Sensoren eingesetzt. Das sind kleine Kameras die ununterbrochen den Untergrund filmen und mit vorherigen Bildern abgleichen. Daraus werden Veränderungen der horizontalen Position wie auch der Ausrichtung (Drehung in der Hochachse) abgeleitet. In Zusammenarbeit mit GPS und Kompass lässt sich die Genauigkeit noch weiter steigern. Allerdings ist die optische Mustererkennung mit den hier verwendeten Low-Cost-Kameras bei kontrastarmen Flächen unzuverlässig. Die Herausforderung besteht hier, im Gegensatz zu den meisten anderen Sensoren, darin, zu erkennen, ob überhaupt ein sinnvolles Muster erkannt wurde und wenn nicht, die Daten des Sensors erst gar nicht zu verwenden. Kameras werden auch zur Hinderniserkennung beim horizontalen Flug verwendet.

Infrarot- und Lasersensor

Ähnlich wie Ultraschallsensoren, aber mit unterschiedlichen Eigenschaften und Messbereichen, werden auch noch Infrarot- und Lasersensoren zur Distanzmessung verwendet. Diese werden vorwiegend zur Erkennung von Hindernissen beim horizontalen Flug verwendet. Manche Drohnen haben solche Sensoren in alle Richtungen verbaut und können auf vorgegeben Flugrouten vollständig autonom fliegen und dabei selbstständig die Flugroute ändern, um Hindernisse zu umfliegen und trotzdem am gewünschten Ziel anzukommen.

1.2Flugfähigkeit

Entscheidend für die Flugeigenschaften, oder die Flugfähigkeit überhaupt, ist das Verhältnis von Gewicht zu Antriebsleistung. Eine Drohne fliegt, weil der durch die Propeller erzeugte nach unten gerichtete Luftstrom eine Auftriebskraft erzeugt. Dieser wirkt einer Kraft entgegen, nämlich der Schwerkraft. Ist die nach oben gerichtete Kraft größer als die Schwerkraft, so steigt die Drohne auf.

Durch Verwendung zusätzlicher Motoren reduziert sich die Kraft, die ein einzelner Motor liefern muss. Bei einem Hexacopter muss jeder Motor ein Drittel weniger Leistung als bei einem Quadrocopter erzeugen.

Ein Motor mit weniger Leistung ist bei sonst gleichen Eigenschaften und bei gleicher Bauart leichter. Weniger Schubkraft ermöglicht außerdem kleinere Propeller, und diese sind leichter, wodurch sie schneller beschleunigt und abgebremst werden und die Drohne so agiler wird. Ein weiterer positiver Effekt kleinerer Propeller ist die geringere Geräuschentwicklung. Pro zusätzlichem Antrieb werden aber auch zusätzliche Kabel, Motorregler und Montageteile erforderlich, sodass die Anzahl der sinnvoll zu verwendeten Antriebe im Verhältnis zu Größe und Gewicht des Fluggeräts nicht beliebig ist.

Eine größere Zahl von Antrieben bringt aber einen ganz anderen Vorteil. Bei vier und weniger Antrieben führt der Ausfall eines Antriebs sofort zum Absturz, da die Drohne in Richtung des ausgefallenen Motors wegkippt. Bei sechs Antrieben kann die Drohne bei einem ausgefallenen Antrieb mit recht hoher Wahrscheinlichkeit noch sicher gelandet werden. Es gibt bereits Verfahren, die selbst bei Ausfall eines Antriebs bei einem Quadrocopter eine Landung hinbekommen. Dazu wird die ganze Drohne in Rotation gebracht, was bei den meisten Modellen aber aufgrund der Bauweise und der Anbauteile wie Gimbal und Kamera schwerfallen dürfte. Außerdem sind diese Verfahren derzeit noch der Forschung vorbehalten.

Hat eine Drohne ausreichend Leistung zum Abheben, ergibt sich das erste Problem: Wie kann die Flugrichtung beeinflusst werden? Die Drohne fliegt durch die starren nach oben wirkenden Antriebe entweder nach oben oder nach unten.

Abbildung 1-1: Mit viel Schub wird viel transportiert.

Genau wie bei einem Flugzeug (zumindest bei herkömmlichen) ist die Wirkrichtung des Antriebs genau eine und kann sich nicht ändern. Der Flug in einer horizontalen Richtung funktioniert daher nur dann, wenn das ganze Fluggerät gekippt wird und sich damit auch die Wirkrichtung der Antriebe ändert.

Abbildung 1-2: Vortriebs- und Auftriebskraft

Wie in Abbildung 1-2 skizziert, muss die Auftriebskraft exakt der Schwerkraft entsprechen, damit eine Drohne ihre Höhe beibehält. Wird die Drohne geneigt, steigt die Vortriebskraft, und da es keine Kraft gibt, die dieser entgegenwirkt, bewegt sie sich horizontal. Weil die resultierende Kraft sich in die beiden Komponenten Vortrieb und Auftrieb aufteilt, wird der Auftrieb mit zunehmender Neigung kleiner. Da die Schwerkraft aber gleich bleibt, sinkt die Drohne ab.

Damit das nicht passiert, wird der Schub erhöht, bis die Schwerkraft kompensiert ist. Dadurch erhöht sich aber auch die Vortriebskraft und somit steigt die horizontale Fluggeschwindigkeit. Dann wird die Neigung wieder ein wenig verringert, wodurch sich die Auftriebskraft erhöht, und das ganze Spiel geht von vorne los. Genau diese Aufgaben erledigt die Flugsteuerung ununterbrochen. Anderenfalls müsste dies alles durch den Steuerer erfolgen, was diesem sehr viel Aufmerksamkeit und Geschick abverlangt. Mit so vielen Aufgaben wäre der Steuerer sicher nicht mehr in der Lage, auch noch zu filmen oder zu fotografieren.

Aus der Beziehung zwischen horizontalem und vertikalem Schub lässt sich ableiten, dass die Antriebe eine bestimmte Reserve benötigen. Wäre die Antriebsleistung im Schwebeflug bereits maximal, würde durch Neigung nicht mehr ausreichend Leistung zur Verfügung stehen, um ein Absinken zu verhindern. Außerdem könnte die Drohne so auch nicht weiter steigen. Es reicht also nicht aus, bei einer Drohne mit einem Gesamtgewicht von 1 kg einen Antrieb mit einem Gesamtschub von 1 kg zu verwenden, denn 1 kg Schub ist bereits nur zum Schweben erforderlich.

Ein großer Posten beim Gewicht ist der Flug-Akku bzw. die Flug-Akkus. Zum Einsatz kommen bei Drohnen fast ausschließlich Lithium-Polymer-Akkus, da sie eine hohe Energiedichte besitzen. Die Energiedichte gibt die Energie pro Gewicht der Akkus an, und da das Gewicht bei Drohnen eine erhebliche Rolle für die maximale Flugzeit spielt, sind leichte Akkus mit hoher Leistung äußerst wünschenswert. Im Vergleich dazu besitzen Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd), wie sie in jedem Elektrofachmarkt zu kaufen sind, bei gleicher Leistung etwa das doppelte Gewicht.

Das Gewicht des Akkus wirkt sich direkt auf die Leistung der Antriebe aus. Daher kann nicht einfach ein beliebig großer bzw. schwerer Akku verwendet werden. Für das höhere Gewicht wären sonst auch stärkere Motoren, größere Propeller oder beides erforderlich. Die Abstimmung von Anzahl und Leistung der Antriebe zum Akku-Gewicht ist daher keine triviale Aufgabe.

Eine Lösung wären Akkus mit noch höherer Energiedichte. Obwohl die Elektroautoindustrie seit Jahren enorme Aufwände und Mittel in die Erforschung besserer Akku-Technologien investiert, sind bis heute quasi keine besseren Akkus als Lithium-Polymer-Akkus für Drohnen verfügbar. Die aktuelle Forschung liefert vielversprechende Aussichten, und es scheitert bei den Kandidaten mit den besten Aussichten vor allem an der Massenfertigung und Haltbarkeit. Die Energiedichte liegt bei diesen beim Doppelten von Lithium-Polymer-Akkus, und theoretisch ist noch ein Vielfaches davon machbar. Damit würden Drohnen wie der Phantom 4 Pro eine Stunde und mehr fliegen oder aber die Akkus könnten halb so groß werden, womit das Gewicht geringer wird und so ebenfalls längere Flugzeiten erzielt würden.

1.3Steuerung

Die Steuerung einer Drohne erfordert zwei Komponenten: die Flugsteuerung und die Fernsteuerung. Die Fernsteuerung, die sich beim Steuerer auf dem Boden befindet, liefert Signale an die Flugsteuerung. Damit überträgt der Steuerer die gewünschten Flugänderungen an die Flugsteuerung. Wird beispielsweise der Gasknüppel der Fernsteuerung auf 75 % bewegt, weiß die Flugsteuerung, dass die Drohne aufsteigen soll. Mithilfe der Sensoren kann die Flugsteuerung nun prüfen, ob die Drohne aufsteigt und bei Bedarf die Schubleistung der Motoren erhöhen.

Der Steuerer gibt dabei in der Regel nicht die direkte Schubleistung an, sondern dass die Drohne mit einem bestimmten Teil der verfügbaren Flugleistung steigen soll. Vereinfacht betrachtet entsprechen 50 % Aussteuerung des Gasknüppels dem Schweben, darunter sinkt die Drohne ab, darüber steigt sie auf. Dasselbe gilt auch für den Horizontalflug. Mit diesem Verfahren erhält die Flugsteuerung der Drohne also lediglich einen Rahmen, in dem sie – meist sehr viel besser als der Steuerer – das gewünschte Verhalten herstellen kann.

Die Flugsteuerung versucht dabei zu jedem Zeitpunkt, den vom Steuerer vorgegebenen Sollzustand beizubehalten. Dieser kommen dabei Massenträgheit, Luftdruckschwankungen, Windböen aber auch schnelle Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen durch den Steuerer in die Quere.

Die Flugsteuerung ist daher ununterbrochen damit beschäftigt, die Daten aller Sensoren miteinander in Bezug zu bringen und daraus die Veränderung der Soll- zur Istsituation abzuleiten, um derartige Unterschiede auszugleichen.

Professionelle Flugsteuerungen für Drohnen, die beispielsweise wie der Phantom 4 Professional das Gesamtpaket der zuvor genannten Sensoren verwenden, müssen sich vor moderner Luftfahrttechnik nicht verstecken. Diese bringen Höchstleistungen und sorgen für äußerst stabile und sichere Flüge, bei denen der Steuerer kaum noch in der Lage ist, etwas falsch zu machen.

Die Betonung liegt hierbei auf kaum, denn jede Drohne kann durch den Steuerer zum Absturz gebracht werden, und sei es nur dadurch, dass dieser Sicherheitsmaßnahmen einfach deaktiviert oder neben Hochspannungsleitungen oder Richtfunkantennen fliegt.

1.4Flugrichtung

Obwohl viele Drohnen aus allen Richtungen betrachtet mehr oder weniger gleich aussehen, gibt es eine Hauptflugrichtung und die ist nach vorne. Das bedeutet aber nicht, dass sie nur vorwärts fliegen. Praktisch kann eine Drohne im Rechteck fliegen, da sie an jedem beliebigen Punkt anhalten und von da in jede beliebige Richtung weiterfliegen kann, ohne dazu ihre Ausrichtung zu verändern.

Das ist besonders bei Anfängern beliebt, da diese die Ausrichtung der Drohne immer so halten können, dass vorne vom Steuerer weg zeigt und damit die Flugrichtungen exakt der des Steuerknüppels für den horizontalen Flug entspricht. Die Drohne fliegt dann genau in die Richtung, in die der Steuerknüppel bewegt wird.

Wird die Drohne allerdings um 180° gedreht, sodass deren Front zum Steuerer zeigt, funktioniert die horizontale Steuerung seitenverkehrt. Der Steuerer muss dann umdenken und den Steuerknüppel statt nach vorne nach hinten oder statt nach rechts nach links bewegen. Das führt nicht selten zu kritischen Situationen, vor allem, wenn in einer Gefahrensituation schnell agiert werden muss und der Steuerknüppel intuitiv in die falsche Richtung bewegt wird.

Bei vielen Drohnen, so auch beim Phantom 4, gibt es die Option, die Richtung unabhängig von deren Ausrichtung zu steuern. Dabei bleibt die Flugrichtung immer gleich, egal wie die Drohne gerade ausgerichtet ist. Eine weitere Option ist die, dass die Bewegung des Steuerknüppels nach vorne und hinten immer den Abstand zwischen Steuerer und Drohne steuert, ebenfalls unabhängig von deren Ausrichtung und Position. Es ist aber empfehlenswert, das Steuern ohne derartige Hilfsmittel richtig zu lernen, da so kritische Situation besser beherrschbar sind und auch der Spaß am Fliegen deutlich größer ist.

Es gibt aber auch gute Gründe, in den meisten Fällen vorwärts zu fliegen. In diese Richtung wird in Kombination mit dem zweiten Steuerknüppel für die Ausrichtung ein eleganter und weicher Kurvenflug möglich – die Drohne fliegt dann wie ein Flugzeug. Da bei Kameradrohnen die Kamera in der Regel nach vorne ausgerichtet ist, wird während des Flugs ein Film wie aus einem fliegenden Flugzeug aufgenommen. So sind realistische Kamerafahrten möglich, und es können gleichzeitig bewegliche Objekte wie Autos oder Boote mit der Kamera verfolgt werden.

Darüber hinaus ist bei Drohnen, wie beispielsweise beim Phantom 4, die ein starres Landegestell besitzen, ein seitliches Filmen grundsätzlich nicht sinnvoll und meist auch nicht möglich, da sonst das Landegestell im Bild wäre.

Leider ist gerade der Kurvenflug die am schwersten zu beherrschende Flugweise, da hier drei Steuerknüppelrichtungen gleichzeitig und feinfühlig zu kontrollieren sind. Außerdem verändert sich während des Kurvenflugs kontinuierlich die Ausrichtung der Drohne zum Steuerer, wodurch ein ständiges Umdenken erforderlich ist. Diejenigen, die dies sicher beherrschen, befinden sich gedanklich quasi im Cockpit.

2 Der Phantom 4

Der Phantom 4 ist eine technisch ausgereifte Kameradrohne. Mit vielen Extras, wie der Kollisionserkennung und autonomen Flugfunktionen, führt er die Liste der Kameradrohnen in seiner Preisklasse an. Welche Varianten es gibt und worin sie sich unterscheiden, erfahren Sie in diesem Kapitel.

Die erste Version der Phantom-Serie – der Phantom 1 – erscheint Anfang 2013, und kurz darauf folgt bereits der Phantom 2. Beide besitzen noch kein integriertes Gimbal mit Kamera, können aber bereits eine GoPro oder Kamera in ähnlicher Bauweise an einer starren Halterung tragen. Zusätzlich ist das H3-2D Zenmuse Brushless Gimbal zur Stabilisierung der Kamera verwendbar.

Phantom 1 und 2 sind noch in einem sehr experimentellen Status und haben mit vielen kleinen Problemen zu kämpfen. Sie haben aber den Grundstein für den weiteren Erfolg der Phantom-Serie gelegt. Die großen Unterschiede zu anderen Drohnen aus diesem Zeitraum sind das integrierte GPS und die Flugsteuerung DJI Naza, die so gut stabilisiert, dass selbst Anfängern das Fliegen ohne viel Vorwissen und Übung ermöglicht wird.

Abbildung 2-1: Die DJI-Phantom-Historie (ohne Varianten und Zwischenmodelle)

Nach dem Phantom 2 folgen weitere Varianten wie der FC40, Phantom 2 Vision und Vision+. Diese bieten neben Verbesserungen einiger Komponenten und der Kamera auch eine immer bessere Flugstabilisierung und längere Flugzeiten. Was heute aufgrund der stark integrierten Elektronik kaum noch denkbar ist, war hier noch üblich: Zum Einbau von Erweiterungen wird die Drohne zerlegt, die Erweiterung eingebaut, wozu teilweise Lötarbeiten erforderlich sind, und die Drohne wieder zusammengebaut.

Den entscheidenden Schritt zur nächsten Generation macht der Phantom 3. Dieser verwendet bereits eine hochintegrierte Steuerung und hat eine eigene Kamera mit einem gut abgestimmten Gimbal. Ebenso wichtig ist die Integration mit Smart-Devices, mit denen das Livebild der Kamera zu sehen und über die die Kamera steuerbar ist. Mit dem neuen, von DJI selbst entwickelten, Lightbridge-System zur Videoübertragung gelingt dies in hochauflösender Qualität über große Entfernungen.

Das Lightbridge-System stellt die bis dahin üblichen analogen Bildübertragungslösungen in den Schatten. Im Gegensatz zu analogen Videolösungen mit Reichweiten von einigen Hundert Metern mit VGA-Auflösung bei optimaler Technik funktioniert dies mit dem Phantom 3 mit 30 Bildern pro Sekunde mit einer Auflösung von 1.280 x 720 Pixeln (720p) über mehrere Kilometer.

Die hochauflösende, stabile Videoübertragung über weite Strecken ist ein weiterer wichtiger Punkt für den Erfolg der Phantom-Serie und bis heute quasi konkurrenzlos. Die Umgebung ist auf dem Display damit so gut erkennbar, dass nur nach Kamerabild navigiert werden kann. Allerdings ist das in Deutschland und den meisten anderen Ländern nur eingeschränkt oder gar nicht (siehe 9.2 »Grundlegende Regelungen«) erlaubt.

Abbildung 2-2: Phantom 2, Phantom 3 Advanced, Phantom 4, Phantom 4 Pro (v. l. n. r.)

Die aktuelleren Versionen des LightBridge-Systems sind noch besser und übertragen das Kamerabild sogar in Full HD (1080p, 1.920 x 1.080), reduzieren die Auflösung ab einer bestimmten Distanz aber auf 720p. Die Videoübertragung erreicht unter optimalen Bedingungen über sieben Kilometer.

Die gute Übertragungsqualität und Auflösung erreicht DJI durch eine geniale Idee: Statt wie viele Systeme die Signale der Fernsteuerung mit 2,4 GHz und die analoge Videoübertragung mit 5,8 GHz parallel zu übertragen, verpackt DJI die vollständige Information in digitale, komprimierte Datenpakete und sendet diese mit 2,4 GHz. So werden trotz der niedrigeren Frequenz bei 2,4 GHz höhere Übertragungsraten als mit 5,8 GHz erreicht. Dies liegt an der generell höheren Störanfälligkeit höherer Frequenzen und der Energieabsorption durch die in der Luft enthaltenen Moleküle (Dissipation), die sich auf höhere Frequenzen wegen deren niedrigeren Energieniveaus deutlicher auswirken. Die neueren Versionen des Phantom übertragen inzwischen mit 2,4 GHz oder mit 5,8 GHz, womit sich Störungen in einem der Frequenzbereiche umgehen lassen.

Ein kleiner, aber verschmerzbarer Nachteil ist die Übertragungslatenz. Das ist die Zeit von der Aufnahme bis zur Sichtbarkeit auf dem Display am Boden, die mit über 200 Millisekunden recht hoch ist. Bei Drohnenrennen sind bereits 100 Millisekunden ausreichend lange, um die Drohne vor ein Hindernis zu fliegen – hier muss die Übertragung quasi in Echtzeit erfolgen. Die Latenz entsteht vor allem durch die Codierung und Komprimierung sowie durch die Decodierung und Dekomprimierung der Signale am Sender und Empfänger. Bei den geringen Geschwindigkeiten bis etwa 70 km/h beim Phantom – Race-Copter fliegen bis deutlich über 150 km/h – ist das aber vernachlässigbar.

Mit Erscheinen des Phantom 4 Pro V2.0 im Mai 2018 wird für den Phantom 4 auch erstmals DJIs neue OcuSync-Übertragungstechnik verfügbar. Diese war zunächst dem Mavic vorbehalten und überträgt die Videobilder nun auch direkt auf die DJI-Videobrille (DJI Goggles). Zusammen mit dem Head-Tracker, der die Kameraausrichtung durch Kopfbewegungen steuert, bietet diese Kombination ein FPV-Erlebnis in Spitzenqualität.

Nicht ganz so glorreich ist DJI mit seinen Fernsteuerungen. Bezüglich Design, Größe, Haptik und Bedienbarkeit sind diese keine Meisterleistung. Wer High-End-Sender von Multiplex oder Futaba gewohnt ist, findet an den Phantom-Fernsteuerungen nur wenig Gefallen, obwohl diese zuverlässig das tun, was sie sollen.

Als Nachfolger des Phantom 3 ist der Phantom 4 nicht nur eine Versionsnummer, sondern auch tatsächlich eine ganze Klasse besser. Der Standardversion des Phantom 4 fehlen aber noch einige der neuen Features. Erst mit dem Phantom 4 Pro, Phantom 4 Pro V2.0, Phantom 4 Pro Plus und Phantom 4 Advanced gibt es eine deutliche Verbesserung der Kameraqualität für Fotos und Videos. Die erweiterte Hinderniserkennung und damit verbundene interessante Optionen zum autonomen Fliegen gibt es erst ab dem Phantom 4 Pro (V1.0, V2.0, Plus).

2.1Phantom 4 Standard

Abbildung 2-3: Phantom 4

Der Phantom 4 Standard erscheint Anfang 2016. Gegenüber seinem Vorläufer Phantom 3 erhält dieser verschiedene Upgrades. Das sind z. B. ein stabilerer, hochglänzender Rahmen, ein kompakteres, noch besser integriertes Gimbal, längere Flugzeit, neu entwickelte Schnellwechselpropeller und ein System zur Hinderniserkennung und Hindernisvermeidung.

Die neuen Schnellwechselpropeller sind in wenigen Sekunden ohne Kraftaufwand montiert und wieder demontiert. Hierdurch vereinfacht sich der Transport, da die Drohne samt zusätzlicher Flug-Akkus in kompaktere Rucksäcke oder Transportkoffer passt. Das geht zwar auch bereits beim Phantom 3, die verschraubten Propeller dort sind aber nicht so einfach zu montieren, und dessen Innengewinde aus Kunststoff verschleißen schnell, wenn die Propeller häufig gelöst und wieder aufgeschraubt werden.

DJI PHANTOM 4 STANDARD

Straßenpreis

ca. 1.000 Euro

Abfluggewicht

1.380 g

Propellerabstand diagonal

350 mm

Geschwindigkeit

72 km/h

Zulässige Windgeschwindigkeit

36 km/h

Flugzeit

28 min

GPS

GPS und GLONASS

Flug-Akku

4S LiPo 5.350 mAh

Frequenz Fernsteuerung

2,4 GHz

Reichweite Fernsteuerung

3,5 km

Mobile Applikation

DJI GO 4

Live-View-Auflösung

720p

Latenz

Phantom 4 Pro 220 ms

Phantom 4 Pro Plus 160–180 ms

Betriebssysteme

iOSAndroid

Tabelle 2-1: Technische Daten des Phantom 4 Standard

Brandneu sind die Hinderniserkennung und Hindernisvermeidung, die in vielen Fällen Zusammenstöße zuverlässig verhindern. Dazu hat DJI in den Phantom 4 zwei, nach vorne ausgerichtete, Kameras integriert. Damit funktioniert die Erkennung von Hindernissen im Vorwärtsflug, nicht aber beim seitlichen oder rückwärtigen Fliegen. Die Hinderniserkennung funktioniert zuverlässig, wenn die Kameras ein kontrastreiches und ausreichend hell ausgeleuchtetes Bild aufnehmen und Hindernisse groß genug sind, um diese zu erkennen.

Kleinere Hindernisse wie ein weißer Pfahl vor einem weißen Hintergrund, dünne Äste und Stromleitungen erkennt dieses System so gut wie gar nicht. Daher ist die Hinderniserkennung und Vermeidung nur als zusätzliche Sicherheit zu sehen. Bei autonomen Flügen außer Sichtweite des Steuerers sind Kollisionen je nach Umgebung möglich bis sehr wahrscheinlich.

Abbildung 2-4: Front-Kameras zur Kollisionserkennung

KAMERA

Sensor

1/2,3" CMOS

Auflösung

12,4 Megapixel

Sichtfeld

94° (20 mm)Entspricht 35 mm Vollformat

Blende

f2.8

Fokus

Fixfokus bei ∞

Verschlusszeit

8–1/8.000

Verschlussart

Elektronisch

ISO-Bereich

100–3.200 (Video)100–1.600 (Foto)

Videoauflösung

4K 24/25/30 BPS2,7K 24/25/30 BPS1080p bis 120 BPS720p bis 60 BPS

Fotoformat

JPEG, DNG

Filmformat

MP4,MOV (MPEG-4 AVC/H.264)

Speichermedium

Class 10/UHS-1-SD-Karte bis max. 64 GB

Gimbal

3 Achsen

Einstellbare Neigung

–90° bis +30°

Tabelle 2-2: Kameradaten des Phantom 4

Verglichen mit dem Topmodell der Phantom-3-Reihe, dem Phantom 3 Professional, gibt es bei Bildqualität der Kamera des Phantom 4 keinen großen Unterschied. Aufgrund der identischen Daten zur Kamera kann angenommen werden, dass es sich bei beiden eventuell sogar um dieselben Kameras handelt.

Genau wie beim Phantom 3 Professional ist auch beim Phantom 4 die Videoqualität mit einer Ausgabeauflösung von bis zu 4K (4.096 x 2.160 Bildpunkte) gut genug, um damit anspruchsvolle Filme zu erstellen. Die tatsächliche Auflösung liegt aufgrund des kleinen Sensors und Objektivs aber vermutlich erheblich unterhalb von 4K.

Für Fotos ist die Kamera des Phantom 4, genau wie die des Phantom 3, nur bedingt geeignet. Für ein paar Schnappschüsse reicht es aber allemal. Für halbwegs anspruchsvolle Zwecke sind Fotos erst mit der besseren Kamera des Phantom 4 Pro brauchbar. Die Kamera des Phantom 4 Pro findet sich in derselben Form auch beim Phantom 4 Pro Plus, Phantom 4 Pro V2.0 und dem Phantom 4 Advanced. Mehr Details zu Film und Foto gibt es in den entsprechenden Kapiteln (siehe Kapitel »Fotografieren« und »Filmen«).

Abbildung 2-5: DJI-Phantom-4--Gimbal und -Kamera

Gegenüber dem Phantom 3 sorgen beim Phantom 4 leistungsstärkere Akkus für eine längere Flugzeit. Diese besitzen nun eine Kapazität von 5350 mAh, statt der 4480 mAh beim Phantom 3. Die Akkus des Phantom 3 sind mit dem Phantom 4 nicht verwendbar, was diejenigen trifft, die bereits umfangreiches Zubehör für den Phantom 3 besitzen und zum Phantom 4 wechseln.

Der Phantom 4 erreicht durch die besseren Akkus rund 5 Minuten mehr Flugzeit. Zusatz-Akkus schlagen mit etwa 150 Euro pro Stück zu Buche und sind somit im Vergleich zum Phantom 3 erheblich teurer geworden.

Wie diese Preise entstehen, ist schwer nachzuvollziehen. Die sonst im Modellflug verwendeten Spitzen-Akkus kosten weniger als die Hälfte. Dazu muss die in jeden DJI-Akku – DJI nennt diese intelligenten Flugbatterien – integrierte Ladeelektronik der Akkus gerechnet werden. Sollte diese die verbleibende Differenz von rund 75 Euro ausmachen, so ist fraglich, wieso DJI dann keinen Service zum Austausch der Akku-Zellen oder etwas wie ein Pfand für die Rücknahme anbietet. So wandern mit jedem Akku viele Euros in den Müll oder aber die Akkus zur Wiederverwendung gegebenenfalls kostenlos zurück zu DJI.

Die Flug-Akkus des Phantom 4 haben aber auch Vorteile. Neben der Ladeelektronik, die ein Überladen generell verhindern soll, erkennt diese auch defekte Akkus und verfügt darüber hinaus über eine automatische Entladefunktion.

Vor allem das Entladen wird von Modellfliegern gerne vergessen, und nicht geflogene Akkus bleiben dann mit voller Ladung liegen. Genau das sollte aber besser nicht geschehen, da Lithium-Polymer-Akkus brandgefährlich sind und diese sich durch äußere mechanische Beschädigungen, aber auch durch chemische Reaktionen, entzünden können.

Maßgeblich für die Wahrscheinlichkeit eines Brands ist dabei der Ladezustand und damit die gespeicherte Energie. Ein entladender Akku entzündet sich sehr viel unwahrscheinlicher als ein vollständig geladener. Für die Flug-Akkus des Phantom 4 wird in der Software eingestellt, ab welchem Tag nach dem Aufladen die Entladung beginnt. Darüber hinaus ist durch die integrierte Ladeelektronik über kurzes Drücken der Einschalttaste des Akkus der Ladezustand jederzeit überprüfbar.