So funktionieren Professionelle UAVs (Unmanned Aerial Vehicles)

Drohnen mit Kamera etablieren sich zunehmend als Massenkonsumartikel. Davon profitieren auch die professionellen Anwender:innen, weil die Technologie vorangetrieben wird und günstige Komponenten verfügbar macht.

Steuerung und Sensoren

Drohnen brauchen eine komplizierte Steuertechnik, um überhaupt flugfähig zu sein. Für den Antrieb sorgt eine gerade Anzahl von Elektromotoren, vier Stück oder mehr, die paarweise gegenläufig in einer Ebene angeordnet sind. Alle Bewegungen des Fluggeräts werden durch die unterschiedliche Steuerung der einzelnen Motoren eingeleitet. Gleichzeitig kommen viele Sensoren zum Einsatz, um Lage, Beschleunigung, Richtung, Höhe und genaue Position zu bestimmen. Optische Sensoren können individuell eine Topografie des Untergrunds registrieren und sich darin unabhängig von Satellitensignalen von GPS, GLONASS oder BeiDou orientieren. Weitere Sensoren spüren Hindernisse auf und stoppen den Flug oder leiten Ausweichmanöver ein. Alle Komponenten für den Bau einer Drohne werden von verschiedenen Firmen angeboten und sind wegen der großen Nachfrage zu günstigen Preisen verfügbar. Die Technik ist durchgehend auf hohem Niveau.

Flughöhe

Die Flughöhe ist vom jeweiligen Gesetzgeber vorgeschrieben. Für Drohnen ist die Formgebung der Propellerblätter für das Erreichen einer bestimmten Flughöhe entscheidend. Unter Flughöhe kann man entweder die Höhe über dem Bodenniveau oder die Höhe über dem Meeresspiegel verstehen. Für bestimmte Drohnen werden unterschiedliche Propeller für 2.500 Meter und bis 5.000 Meter angeboten. Allgemein darf in Deutschland die Flughöhe nur im Sichtbereich des Piloten bzw. der Pilotin liegen. Mehr als 500 Meter sind deshalb kaum erlaubt. Wer in den Bergen fliegt, kann wegen der Höhenluft andere Propeller benötigen.

Abmessungen

Größere Drohnen können startfertig leicht einen Durchmesser von 1,5 Metern einnehmen. Für den Transport sind die Arme mit den Motoren meist klapp- oder faltbar konstruiert. Kleinere Drohnen passen zusammengefaltet in die Jackentasche.

Marktübersicht

Welche Kameradrohnen für den professionellen Einsatz derzeit auf dem Markt sind, lesen Sie in unserem Schwestermagazin Film & TV Kamera 9.2021.

Sichtbereich

Kameradrohnen brauchen möglichst freie Sicht im Schwenkbereich der Kamera. Deshalb sind die Start- und Landegestelle faltbar und klappen nach dem Abheben aus dem Sichtbereich der Kamera. Naturgemäß hat die Kamera in der vertikalen Achse einen knappen 90-Grad-Bildwinkel, von geradeaus bis senkrecht nach unten. Ein weiteres Schwenken ergibt keinen Sinn, da dann das Bild auf dem Kopf stünde. Über die Ebene der Rotoren kann die Kamera üblicherweise ebenfalls nicht hinwegschwenken. Es gibt jedoch Drohnen, bei denen sich der Gimbal auch auf dem Fluggerät montieren lässt und die Kamera auf diese Weise bis senkrecht in den Himmel aufwärts schwenken kann. Im Gegensatz zu Drohnen für Inspektions- und Überwachungsaufgaben sind Kameradrohnen für die Filmarbeit auf einen sanften ausgeglichenen Flug optimiert.

GPS-Steuerung und RTK

Professionelle Drohnen sind wie normale Flugzeuge durch mehrfach redundante Systeme abgesichert und bleiben nach dem Ausfall eines Prozessors oder eines Akkus weiterhin steuerbar. Das gleiche gilt für die Funkverbindung, die in zwei Frequenzbereichen arbeiten kann und bei Störungen automatisch wechselt.

Die GPS-Steuerung unterliegt Genauigkeitsschwankungen, besonders in Nähe von Hochspannungsleitungen und großen Metallbauwerken sowie bei Wind. Professionelle Systeme verwenden über die üblichen integrierten Satellitensignal-Empfänger hinaus auch die RTK-Technologie (Real Time Kinematic Positioning), die mittels einer vom Benutzer bzw. der Benutzerin aufgestellten festen Bodenstation der Drohne zusätzlich eine genaue GPS-Position liefert und so ein zentimetergenaues Navigieren ermöglicht.

Professionelle Systeme haben zusätzlich einen ADS-Receiver (Automatic Dependent Surveillance), der die Signale nahender Flugzeuge empfängt und auf der Karte der Steuereinheit anzeigt. So kann der/die Nutzer:in auch einen plötzlich auftauchenden Helikopter rechtzeitig erkennen und ihm ausweichen. Neben GPS können viele Empfänger auch die Signale des russischen GLONASS oder des chinesischen BeiDou-Satellitensystems auswerten. RTK-Drohnen haben auf ihrer Oberseite meist eine Zusatzantenne, die wie eine Konservendose anmutet.

Reichweite

Die Reichweite gibt an, wie weit entfernt von der Drohne die Steuerung noch funktioniert. Da aber das Fliegen außerhalb des Sichtbereichs des Piloten untersagt ist, wird man die möglichen Reichweiten kaum jemals ausnutzen. Die Reichweite wird meist nach Bestimmungen der FCC (USA) oder CE (EU) angegeben, wobei die FCC deutlich größere Reichweiten genehmigt. Die Bild-Funkverbindung basiert meist auf WLAN mit 2.4 GHz oder 5.8 GHz. Steuersignale werden im Bereich von 802 bis 928 MHz übertragen.

Inspektion

Eine Drohne ist ein Flugzeug. Sie kann bei unsachgemäßer Anwendung großen Schaden anrichten. Vor jedem Flug muss sich der/die Pilot:in über den Zustand des Gerätes informieren und alle kritischen Teile genau prüfen, insbesondere die Propeller und die Batterieverschlüsse.

Bedienung

Drohnen werden mit einer Bedienkonsole geliefert, über die sie gesteuert werden. Dazu werden zwei Joysticks verwendet, wobei der eine die Flugrichtungen in der Ebene entlang der Achsen vor/zurück und links/rechts und der andere Joystick für die vertikalen Bewegungen und Drehungen steuert. Bessere Flight-Controller haben einen eingebauten Bildschirm, teilweise auch als Touchscreen ausgeführt. Andere Modelle benötigen ein Smartphone oder Tablet, das über Bluetooth oder Kabel mit dem Controller zusammenarbeitet. Kleinere Drohnen werden von einer Person gesteuert, bei professionellen Geräten kann man sich die Arbeit in Pilot:in und Kameraoperator aufteilen. Alle Drohnen lassen sich über Programme steuern, dabei gibt es verschiedene Modi. Drohnen können beispielsweise eine Person verfolgen oder einen Kreis um eine Person fliegen.