Moni huomaa ilmiön ensimmäisellä lennolla: drone nousee ilmaan, ohjaussauvat palautuvat keskelle, mutta laite ei jää täysin liikkumattomaksi. Se saattaa siirtyä hieman sivulle, tehdä pieniä korjausliikkeitä tai vastustaa tuulen puuskaa. Onko paikannuksessa vikaa?

Ei välttämättä. Paikallaan leijuminen ei tarkoita sitä, että drone olisi ilmassa kuin seinään kiinnitetty kamera. Se on jatkuvaa liikkeen mittaamista ja korjaamista.

GPS on osa laajempaa GNSS-järjestelmää

GPS-nimitystä käytetään usein kaikesta satelliittipaikannuksesta, mutta teknisesti GNSS on yleisempi termi. Se tarkoittaa maailmanlaajuisia satelliittinavigointijärjestelmiä. GPS on Yhdysvaltojen järjestelmä, kun taas Euroopan Galileo, Venäjän GLONASS ja Kiinan BeiDou ovat muita esimerkkejä.

Drone voi vastaanottaa yhden tai useamman järjestelmän signaaleja mallista riippuen. Vastaanotin laskee niiden avulla laitteen sijaintia ja liikettä. Ohjausjärjestelmä käyttää tätä tietoa yrittäessään pitää dronen suunnitellussa paikassa.

Satelliittipaikannus ei kuitenkaan ole täysin virheetön. Signaalien laatu, ympäristön rakenteet, heijastukset ja käytettävissä olevien satelliittien geometria vaikuttavat mittaamiseen. Siksi paikannettu sijainti voi hieman vaihdella, vaikka drone ei näkyvästi liikkuisi paljon.

Euroopan avaruusohjelmavirasto EUSPA selittää GNSS-järjestelmien toimintaa ja eri satelliittijärjestelmien eroja GNSS-esittelyssään.

Optinen virtaus katsoo alaspäin

Kaikki paikannus ei perustu satelliitteihin. Joissakin droneissa käytetään alaspäin suunnattua kameraa tai optisen virtauksen sensoria. Se tarkkailee, miten maanpinnan yksityiskohdat liikkuvat kuvassa dronen liikkuessa.

Jos alla oleva pinta näyttää siirtyvän oikealle, järjestelmä voi päätellä, että drone liikkuu suhteessa maahan vasemmalle. Tämän tiedon avulla se voi tehdä korjausliikkeen.

Menetelmä ei toimi samalla tavalla kaikissa olosuhteissa. Se tarvitsee riittävästi tunnistettavia yksityiskohtia ja sopivan toimintaympäristön. Tasainen pinta, heikko valaistus tai sensorin käyttöalueen ylittäminen voi heikentää tulosta.

ArduPilotin teknisessä dokumentaatiossa kuvataan sekä GPS-paikannukseen perustuvaa Loiter-tilaa että optiseen virtaukseen perustuvaa FlowHold-tilaa. Ne ovat esimerkkejä eri ratkaisuista, eivät ominaisuuksia, jotka löytyisivät jokaisesta kuluttajadroneesta. Loiter-tila ja FlowHold-tila.

Tuuli tekee paikallaan pysymisestä aktiivista työtä

Kun tuuli työntää dronea sivulle, sen ohjausjärjestelmän on tuotettava vastakkainen voima. Laite kallistuu hieman tuulta kohti, ja moottorit muuttavat pyörimisnopeuksiaan. Kamerassa tämä voi näyttää siltä, että drone liikkuu tai tekee pieniä nykäyksiä.

Joskus liike on niin vähäistä, ettei sitä huomaa paljaalla silmällä. Kameran rajauksessa tai videon taustalla se voi silti näkyä. Voimakkaat puuskat tekevät tilanteesta vaikeamman, koska tuulen suunta ja voimakkuus voivat muuttua nopeasti.

Myös dronen sisäiset mittausanturit osallistuvat ohjaukseen. Kiihtyvyysanturit ja gyroskoopit kertovat laitteen liikkeestä ja asennosta. Joissakin järjestelmissä käytetään lisäksi esimerkiksi ilmanpainemittaria korkeuden arviointiin. Ohjausjärjestelmä yhdistää eri tietoja sen sijaan, että luottaisi yhteen mittaukseen.

Antureiden yhdistäminen ei silti tee paikallaan pysymisestä täydellistä. Jokaisella mittausmenetelmällä on omat rajansa, ja ohjausjärjestelmä tarvitsee aikaa reagoidakseen muutokseen.

Kun drone liikkuu hieman ohjaussauvojen ollessa keskellä, kannattaa siksi tarkistaa ensin tuuli, paikannustila ja laitteen käyttöohje. Pieni korjausliike voi olla normaalia. Jos laite kuitenkin ajelehtii selvästi, pyörii hallitsemattomasti tai ilmoittaa paikannusvirheestä, lentoa ei pidä jatkaa vain siksi, että ohjaimet näyttävät olevan keskellä.

Paikallaan leijuva drone ei siis ole liikkumaton kone. Se on jatkuvasti ympäristöään mittaava laite, joka tekee pieniä korjauksia pysyäkseen siellä, minne ohjaaja sen haluaa.