Glascockpit & Autopilot & FMS 4 RC = FlightZoomer!

[mrueedi]

Sali zäme

 

Nachdem ich schon drei Jahre an meinem Projekt FlightZoomer dran bin, möchte ich die Gelegenheit ergreifen, euch dieses hier mal vorzustellen.

 

Es deckt mittlerweile so viele Aspekte ab, dass ich gar nicht recht weiss, wie ich es beschreiben soll.

 

Also, es geht um folgendes:

• Bei FlightZoomer handelt es sich im wesentlichen um zwei Apps, welche auf zwei Smartphones installiert sind und via Mobilfunknetzwerk verbunden sind (via einen Relay Server, der aber zu Hause laufen kann).
   
• Ein Gerät beherbergt die Sensorics-App und ist an einem ferngesteuerten Flugzeug (bevorzugt Multikopter) befestigt. Diese App läuft an Bord des Multikopters:

 

• Auf dem zweiten Gerät läuft die Groundstation-App. Diese dient als Glas-Cockpit am Boden und unterstützt im wesentlichen die Methoden und Prozeduren, mit denen echte Piloten auf einem echten Passagierflugzeug fliegen würden. Diese sieht so aus:

 

• Das Look&Feel wurde wo möglich an das Cockpit des Beoing 787 Dreamliners angelehnt.
   
• Was kann man damit nun tun?
  • Übermittlung von Position und Sensordaten zum Boden, um die Instrumente eines Cockpits nachzubilden -> mit FlightZoomer bekommen RC Piloten erstmals wirklich ein modernes Glas Cockpit. Die Features gehen wesentlich weiter als was sonst so üblich ist im Bereich OSD oder Telemetrie.
  • Anbindung an MAVLink basierte Flight Controllers (momentan Arducopter 3.3). Damit bezieht das System einerseits top-präzise Sensordaten (downlink) und andererseits kann der Flug nun auch mit FlightZoomer gesteuert werden (uplink).
  • Via diesen Uplink ist es nun gelungen, für RC Multikopter (Fläche ist auf der Pendenzenliste) fast alle Autopilot Modi zu realiseren, welche der echte Dreamliner ebenfalls anbietet. Dazu gehören: Heading hold, Track hold, Altitude cature&hold, Vertical speed hold, Flight Path Angle hold, Speed hold, Flight Level Change, LNAV, VNAV, LOC, APP (=ILS).
  • Es gibt ein Flight Management System, welches das Planen von Routen erlaubt.
  • Es gibt eine konfigurierbare Datenbank mit VORs, Airports und Runways, mit welcher ein "Modell"-Luftraum aufgebaut werden kann.
  • Anhand dieser Navigationsdatenbank sind manuelle oder auch vollautomatische ILS Anflüge auf definierte Landebahnen möglich. Ebenfalls können Radials von VORs erflogen werden.
  • Es gibt eine Sprachausgabe, welche mit einer synthetischen Stimme Status-Informationen oder Bestätigungen von Anweisungen ausgegeben werden.
  • Man kann eine Sony Kamera vom Boden aus steuern, welche mit dem Bord Device von FlightZoomer via WiFi verbunden ist.
  • Es gibt eine synthetische Damenstimme, welche in der Groundstation sitzt und die Flugsicherungs-Kommandos simuliert, welche für einen Approach nötig sind! Diese können dann in den Autopiloten gefüttert werden (wie es ein echter Pilot beim Vectoring tun würde) und schon fliegt mein Multikopter einen tip-toppen Approach mit Downwind, Base und Final! Die virtuelle Flugsicherung erteilt mir sogar die Landefreigabe!
     
• Während Scale sich immer nur auf das Äussere bezogen hat, erlaubt es FlightZoomer erstmals "Scale" zu fliegen bezgl. den Instrumenten, den Flug-System inkl. den Prozeduren für Navigation und automatischen Flug.
   
• Bisher gab es im Bereich Scale RC Traumflugzeuge wie dieses hier, ...

... die jedoch auf eine Art und Weise geflogen wurden wie echte Piloten nicht mal dieses hier fliegen würden:

 

• Mit FlightZoomer kann man nun (angenähert) jeden schnöden Multikopter auf eine Art und Weise fliegen, wie echte Piloten diesen hier fliegen würden:

 

• Hier noch ein paar Videos:
  • In freier Wildbahn, mit der Version 2.0. Das Video demonstriert den ersten absolvierten ILS Anflug mit Flugsicherungs-Simulation und dem Autopiloten, welcher Localizer und Gleitstrahl selbstständig einfängt:
  • https://www.youtube.com/watch?v=ns_TekJtw-M
  • Demo der 14 Autopilot Modi mit der Groundstation-App im Emulator:
    https://www.youtube.com/watch?v=mnYl1uMFQj0
  • Video zum Release von Version 1.5 mit einem Systemüberblick auf dem Esszimmertisch:
    https://www.youtube.com/watch?v=GR9qho8ksc0

 

• Welche Info fehlt noch?
  • Dieses System erfordert zwar etwas Einarbeitung und Vorbereitung bei der Konfiguration, ist jedoch absolut Consumer-tauglich. FlightZoomer ist für Benutzer und nicht für Hacker!
  • Es handelt sich um eine reine Softwarelösung, bestehend aus den zwei Apps und der Relay Server Desktop Applikation.
  • Die Hardware ist an jeder Ecke zu bekommen.
  • FlightZoomer 1.5 ist erhältlich im Windows Phone Store, Version 2.0 demnächst.
  • Es ist alles gratis.
  • Ausführlichste Dokumentation (mehr als 140 Seiten, vorerst in Englisch und für Version 1.5) auf meiner Webseite http://flightzoomer.com/

 

Gruss Martin

Bearbeitet 28. Februar 2016 von mrueedi

[Meerkat]

Ansich eine interessante entwickelbare Idee. Nur, wenn sehe ich ein paar wesentliche Knackpunkte.

Die Multikopterpiloten, denen ich bis jetzt begegnet bin, verwenden ein Video-Downlink und nutzen eine Video-Brille. Quasi FPV-Fliegen. Und da sehe ich den Nutzen eines separaten zu bedienendes Smartphones wenig, obwohl die Bedienung der Flugrichtung mit dem Finger sehr praktisch erscheint.

Des weiteren nutzen meines Wissens Freizeit-Quadkopter ihre Freiheitsgrade und fliegen keine Anflüge auf Pisten wie eine B787 oder B52. Lasse mich da gerne korrigieren. Diese App müsste daher eher für klassische Modellflugzeuge gemacht sein. Und wenn man die entsprechenden Frequenzen und Ausrüstung verwendet wie TBS Crossfire mit 868MHz oder vom Smartphone UMTS, dann sollte die Reichweite für Flächenflugzeuge kein Problem sein.

Hingegen ein Modellflugzeug klassisch fliegen, im Auge behalten, und zugleich ein Bildschirm mit flugrelevanten Daten ist scheinbar unpraktisch wenn ich die diversen Erfahrungen bei der FPV-Ecke im Netz lese. Man müsste dann die ganze Zeit mit den Augen zwischen den Bildschirm und den Fluggerät hin und her switchen. Sorry für meine "vernichtende" Kritik.

Mal abgesehen von der rechtlichen Situation, wäre es eher interessant via Smartphone UMTS nicht nur die Flugdaten sondern auch gleich ein Kamerabild auf eine FPV-Brille oder Laptop mit einem UMTS- bzw. Internetadapter in Echtzeit runter zu laden. Dann "müssten" die Modellflugzeuge nicht mehr in Sihtlinie geflogen werden, sondern könnten ruhig hinter dem Hügel verschwinden, man hat ja via Internet Verbindung zu diesem. Oder man könnte so Abends gemütlich in der Stube sitzen während dessen dank Internet der Modellflieger in Australien in der Morgendämmerum herum fliegt.


Das Ganze mit dem Autopilot- und Anflug zum Fliegen ist eher etwas für Amazon, kommerzielle Nutzer, falls sie tatsächlich mal mit Drohnen Express-Kleinwaren ausliefern.


P.S. Was für Modellflugzeuge fliegst du so?
 

[mrueedi]

Danke Hans für die Antwort!

 

Vielleicht fange hinten an bei Deinen Punkten ;)

 

Früher flog ich diverse Flächenflugzeuge. Als Testplatform für FlightZoomer bin ich jedoch auf Quadcopter umgeschwenkt, weil diese in vielerlei Hinsicht prädestiniert sind (extrem stabiler Flug, kann man mal parkieren in der Luft, Bewegungen relative präzise vorhersagbar, bessere Unterstützung des GUIDED mode bei Arducopter als bei Arduplane).

 

Ein Einsatz für Flächenflugzeuge ist aber auf jeden Fall angedacht und auch problemlos machbar mit ein paar kleinen Software Erweiterungen. Etwas mühseliger/aufwendiger ist der Flugbetrieb = Test des Systemes.

 

Meine persönliche Motiviation für das Ganze war und ist...

 

• etwas zu machen, was es noch nicht gibt
• der Wunsch im Bereich der Avionik auch mal etwas mehr "Scale" zu sein
• FPV heisst ja, den Flug erleben wie ein echter Pilot es würde. Mit FlightZoomer kann man den Flug erleben, wie ein echter Pilot einen Instrumentenflug erleben würde.
• Normales FPV = VFR FPV, FlightZoomer = IFR FPV

Keine Interesse habe ich...:

• daran ein Tool zu schaffen um die regulatorischen oder gesetzlichen Regeln zu brechen (und zwar nicht im geringsten)
• damit Geld zu verdienen

 

Übertragung des Kamerabildes

Dies ist trotz allen Fortschritten nur schwer zuverlässig machbar mit Handynetzen. Ich könnte mir aber vorstellen, ein Feature zukünftig einzubauen, mit dem man Snapshot-Bilder zur Groundstation übermitteln könnte. Auf jeden Fall ist aber eine Flug anhand der Instrumente alleine sehr wohl auch möglich. Einfach so, wie ein echter Pilot IFR fliegen würde (bitte aber stets nur in Übereinstimmung mit den lokalen Gesetzen, wie Du richtig sagst).

 

 

Einsatz bei Modellflugzeug

Nach meiner Erfahrung mit dem Kopter müsste es schon gehen, indem der Blick primär auf dem Flugzeug ruht und immer wieder kurz der Autopilot bedient wird.
Klar ist es eher ein weiträumiges Fliegen mit weiten Kurven. Es braucht Konzentration und Vorausdenken. Wie in echt. Falls etwas schief geht (beim Kopter Stichwort "Flyaway"), würde FlightZoomer aber sogar mehr Sicherheit bieten, den der Flug könnte über beliebige Distanzen getrackt werden und auch wieder kontrolliert werden, sobald der Flight Controller wieder ansprechbar wird.

 

Es ist richtig, dass der klassische Kopterpilot sich wahrscheinlich nicht direkt angesprochen fühlt vom FlightZoomer. Der Kopter ist momentan für mich einfach diejenige Platform, welche den Einsatz von FlightZoomer am einfachsten macht. Wobei ich auch mit dem Kopter bei meinen Tests praktisch immer ein Flugzeug simuliere, indem ich meistens mit vorwärtspeed fliege.

[wkhard]

Hallo Martin,

 

gratuliere Dir zur Umsetzung dieses interessanten Projektes! Die Optik sieht wirklich heiss aus. Ich habe mir Deine Dokumentation durchgelesen, da steckt viel Zeit (und Herzblut) drin.

 

Für mich leider so nicht verwendbar, mir widerstrebt es ein Mobiltelefon zusätzlich auf eines meiner Fluggeräte zu packen, weil ja schon 433 MHz und 2,4 GHz Telemetrie vorhanden sind.

Aber als reine Groundstation Software zur Darstellung der Mavlink Daten und Uplink wäre es toll.

 

beste Grüsse

Kurt

 

 

[mrueedi]

Hallo Kurt

 

Danke für das Feedback!

 

Eine Systemarchitektur nur mit GroundStation habe ich mir noch nicht überlegt, wäre aber mit grösserem Aufwand verbunden. Es würde wahrscheinlich gehen, jedoch würde ich viele Vorteile aufgeben:

- Eigener (viel mächtiger als MAVLink) bidirektionaler Kommunikationsbus zwischen Onboard Smartphone (bei diydrones würden sie "Companion Computer" sagen).

- Eigene Logik an Bord, dadurch viel sicherer, da autonome Umsetzung der Kommandos möglich

- Elementare Features befinden sich auch im Relay Server (Loging, Navigations Datenbank)

 

Im Prinzip deckt FlightZoomer den Telemetrie-Bedarf komplett ab, so dass es nur RC und meinen Smartphone Companion Computer mit 3G/4G braucht. 433MHz Telemetrie wäre nicht mehr nötig.

 

Bei meinen Flügen hatte ich nie ein Problem mit zu vielen Funksignalen, selbst wenn ich FlightZoomer mit 3G/4G (zur GroundStation), Bluetooth (zum Pixhawk) und WiFi (zur Sony Kamera) betrieben habe! :mellow:

 

Auf was würdest Du die GroundStation laufen lassen? Einem Notebook oder einem Tablet?

[wkhard]

Hallo Martin,

ich verstehe Deine Argumentation und sehe durchaus Vorteile in Deiner Lösung. Vor allem was die Reichweite betrifft.

 

Ich dachte nicht an Funkstörungen (5,8 GHz Videobänder ist auch noch an Bord), sondern an zusätzliches Gewicht, Kosten (SIM Karte mit Flatrate, evtl. Roaming) und Platz für das Mobiltelefon an Bord.

 

Besonders die Optik und die Funktionalität wie z.B Gleitscope finde ich toll. Im Moment verwende ich Tablet mit Tower App oder Laptop mit Mission Planner und Taranis Telemetrie als Groundstation.

 

Beste Grüsse

Kurt

[mrueedi]

Hoi Kurt

 

Ich benutze an Bord ein Occasionshandy für <50 Euro (D-Ebay). Es hat einen kaum sichtbaren Sprung im Display, aber das ist dem Kopter egal... Als Provider verwende ich eine Prepaid Sim von Lebara. Kosten pro Flug: zwischen 50 Rp. und 1 Fr. Ich müsste viel häufiger fliegen gehen, damit sich ein Abo nur für FlightZoomer lohnt.

 

Der Punkt mit dem Gewicht und der Montage (Platz..) ist natürlich berechtigt.

 

Gruss Martin

[mrueedi]

Diese Woche habe ich die Version 2.1 von FlightZoomer veröffentlicht. Hier ist ein Video von einem echten Flug mit dem System:

https://www.youtube.com/watch?v=t2zg2r0-3jc

 

Ist ziemlich cool, die Genauigkeit des Autopiloten ist noch besser...

 

 

 

[mrueedi]

Mittlerweile steht FlightZoomer Version 3 vor der Tür. Die drei Videos unten geben einen Einblick in die neuen Funktionen. Folgende Highlights sind zu vermerken:

• Die Groundstation App ist nicht mehr länger Phone-basiert, sondern neu zugeschnitten auf die Displaygrösse eines Tablets oder auch eines PC's (Windows UWP app). Jeder Windows 10 PC reicht aus, um mal bei FlightZoomer reinzuschnuppern (z.B. mit dem Simulationsmodus)!!
• Synthetische Aussenansicht (parallel zum normalen FPV Bild) kann FPV revolutionieren (siehe zweites Video!!)
• Der Release erfolgt in den nächsten Monaten.
• Noch bessere Nachbildung (funktional und optisch) des Boeing 787 Cockpits. Damit wird zum ersten Mal "Scale"-Fliegen auch bezgl. der Systemtiefe und den Verfahren ermöglicht!!

1. Innovation: Integrierte, weltweite Höhenmodelle des Geländes erlauben eine Terrain Map und ein Schnitt durch die Landschaft, damit die Höhe über Grund und der Höhenverlauf entlang der momentanen Flugachse extrem präzise verdeutlicht wird:
[video=youtube;kDjgVd2-QFg]

2. Innovation: Synthetische Aussenansicht (Achtung, der klassische FPV stream lässt sich nun via Video-USB-Capture ebenfalls einbinden, das Video zeigt dies ab 4:20):

3. Innovation: Volle Flugkontrolle via Surface Dial (der neue Drehgeber von Microsoft). Alle wichtigen Autopilotmodi und Zielwerte lassen sich extrem simpel und effizient in Echtzeit eingeben: