De werking van drones – Hoe werkt een drone?

Hoe krijgen drones zichzelf in de lucht? De drones van vandaag hebben enorm veel functies en mogelijkheden. Veel drones wegen al snel een kilo en kunnen toch voor een aardige tijd vliegen. In dit artikel richt ik me vooral op de populaire drones. Dit zijn voornamelijk de camera-drones van het merk DJI. Ze hebben ontzettend veel functies en worden voor een relatief lage prijs verkocht. Ze komen veel overeen met de rest van de drones op de markt. Na het lezen weet je hoe (militaire) drones werken.  

Dit artikel richt zich voornamelijk op de functies en mogelijkheden van de drones. Meer uitleg over de onderdelen die drones gebruiken. Niet opzoek naar hoe drones werken, maar naar hoe je een drone bestuurt? Bekijk het hier. >> 

Een drone werkt beter met handige drone accessoires:

Drone accessoires	Doel	Prijs
Landingpad voor drone	Vlakke ondergrond	Bekijk op Bol.com >>
Drone tassen	Vervoer- en opbergmiddel	Bekijk op Bol.com >>
Drone ND-filters	Realistischer beeld	Bekijk op Bol.com >>
Extra accu’s	Langere vliegduur	Bekijk op Bol.com >>

Hoe werkt een drone? 

Ik ga het vooral hebben over de Phantom series van DJI. Deze modellen zijn ideaal om te gebruiken als demonstratie. Ze beschikken namelijk over de allernieuwste technologie. Een onbemand luchtvaartuig is gemaakt van lichte materialen om het gewicht te verminderen en de wendbaarheid te vergroten. Door de sterkte van dit compositiemateriaal kunnen militaire drones ontzettend hoog vliegen.  

UAV (Unmanned Aircraft Vehicle) -drones beschikken over geavanceerde technologie, zoals infraroodcamera’s en een GPS. Drones worden vaak op afstand bestuurt (remotely controlled). Ze noemen het ook wel een grondcockpit. In principe bestaat een drone uit 2 delen. Het luchtvaartuig zelf en de besturing. Toch heeft het woord ‘drone’ meer betekenissen. Je kunt dit hier vinden: wat is een drone? >>  

Radar positie en Return to home 

De nieuwste drones hebben Global Navigation Satellite Systems (GNSS), zoals GPS en GLONASS. Met GNSS kunnen drones uit zichzelf in de lucht blijven vliegen. Mocht je de controller loslaten, dan valt de drone niet meteen naar beneden. Bij de Phantom drones van DJI kun je kiezen in welke modus je vliegt. Zo kun je de GNSS-functie gebruiken, maar ook zonder deze functie vliegen. Dit noem je ATTI-mode. Als je de drone niet bestuurt valt hij niet naar beneden, maar houdt die zichzelf niet stil in de lucht. Hij kan dus wel gewoon met de wind wegvliegen.  

Drone met of zonder GPS kopen? >>

Hoe nauwkeuriger deze dronenavigatie is, hoe stabieler je vliegt. Hoe duurder de drones, hoe beter deze navigatie is. Daarom vliegt de Mavic 2 Pro helemaal stil in de lucht, terwijl de Mavic Mini zich een beetje beweegt. De nauwkeurigheid hiervan is al helemaal belangrijk bij 3D mapping, het verkennen van landschappen en opsporingen.  

Wanneer je een quadcopter aanzet, zoekt en detecteert hij GNSS-satellieten. Geavanceerde GNSS-systemen maken gebruik van een zogeheten satellite constellation technology. In principe houdt dit in dat een groep van satellieten met elkaar samenwerken. Ze overlappen elkaar als het ware. Op die manier houd je altijd verbinding met GNSS-satellieten.  

Betekenis GNSS-sattelieten: Een systeem dat wereldwijde dekking heeft, wordt ook wel aangeduid als GNSS of Global Navigation Satellite System. Een voorbeeld van een GNSS-systeem is NAVSTAR, beter bekend als GPS. De radartechnologie geeft een aantal dingen weer op het display van je controller/telefoon: 

• Geeft aan of de drone genoeg GNSS-signaal heeft gedetecteerd. Je drone is dan ‘Ready To Fly’.  
• Geeft de huidige positie en locatie van de drone weer ten opzichte van de piloot. Bijvoorbeeld: 50 meter ver en 100 meter hoog.  
• Hij slaat een home point op. Dit is het punt waar de drone naartoe vliegt als je hem automatisch terug laat vliegen.  

De beste drones met Radar positie en de Return to home functie:

De Return To Home functie kan op 3 verschillende manieren geactiveerd worden: 

• Activeer het door op een knop te drukken op de controller of in de app op de mobiel. 
• Wanneer het batterijpercentage te laag is. Deze staat meestal ingesteld op 10%. 
• Als de verbinding tussen de drone en de controller is verbroken. 

Hieronder zie je waar je dit in de DJI-app kunt vinden. Je ziet dat er 3 opties zijn om uit te kiezen.

Intelligent Flight modes 

De drones van DJI kunnen op veel verschillende manieren vliegen. Zo zijn er ook manieren waarop de drone automatisch kan vliegen. Deze functies vallen vaak onder de Intelligent Flight modes. Deze ‘intelligente’ functies zorgen ervoor dat hij je kan volgen of jouw geselecteerde waypoint volgt. Hieronder zie je ze vrijwel allemaal op een rijtje: 

Door drone accessoires haal je het meeste uit je drone:

Obstakeldetectie 

De nieuwste drones beschikken tegenwoordig over obstakeldetectie. Hiervoor gebruiken ze sensoren die de omgeving in de gaten houdt. De software en technologie zetten de beelden om in 3D-kaarten. Hiermee beschikt de drone over genoeg informatie om obstakels te vermijden en te ontwijken. Dit soort systemen combineren verschillende soorten sensoren. Hieronder zie je er een paar op een rijtje: 

• Vision sensor 
• Ultrasoon  
• Infrarood 
• Lidar 
• Vluchttijd 
• Monoculaire visie 

Neem de Mavic 2 drones als voorbeeld. Ze beschikken over een hele goede obstakeldetectie. Ze maken gebruik van 6 sensoren: boven, onder, links, rechts, voor en achter de drone. Nadat de drone een obstakel heeft gedetecteerd vliegt hij er automatisch omheen. Deze technologie staat bekend onder de naam ‘APAS’ (Advanced Pilot Assistance System).  

Gyroscoop stabilisatie, IMU en Flight Controllers 

De Gyroscoop-technologie zorgt ervoor dat de drone zich goed kan balanceren en stabiliseren. De gyroscoop reageert meteen op zijn omgeving. Hij corrigeert zich als het ware in de lucht, bijvoorbeeld tegen wind. Verder levert hij essentiële informatie over de navigatie aan de centrale vluchtcontroller.  

Dan hebben we ook nog de IMU. Dit is een sensor die bewegingen langs het horizontaal vlak detecteert, maar ook stijgingen en dalingen in hoogte. De gyroscoop maakt onderdeel uit van de IMU. De IMU maakt weer onderdeel uit van de Flight Controller. Dit is het brein van de drone. Vanuit hier worden alle onderdelen bestuurt. Meer over de onderdelen van een drone. Daar leg ik ook uit wat een Flight Controller precies is. 

UAV Drone propulsion Technology 

Dit systeem bestaat uit motors, electronic speed controllers en propellers. Dit is de technologie die ervoor zorgt dat de drone kan vliegen, remmen of kan hoveren op één plek. Op een quadcopter heb je 4 motors en 4 propellers. 2 daarvan draaien met de klok mee en 2 daarvan draaien tegen de klok in. Zij krijgen informatie door van de flight Controller en de electronic speed controls. Op die manier weet de drone of hij moet vliegen of moet hoveren. 

De motors en propulsion systemen zijn vrij complex en bestaan uit de volgende onderdelen: 

De electronic speed controls zorgen ervoor dat de motors de juiste informatie krijgen. Op die manier weten de motors hoe snel ze moeten draaien.  

Realtime telemetrie-vluchtparameters 

De meeste drones maken gebruik van een Ground Station Controller (GSC), een app of een smartphone. Hiermee houd je live de telemetrie van de drone in de gaten. Je weet precies hoe ver de drone van je afvliegt, hoe sterk het GNSS-signaal is en nog veel meer. Veel van dit soort ‘Drone Ground Controllers’ gebruiken FPV (First Person View). De video die door de drone wordt gemaakt zie je meteen terug op het display van de controller of je mobiel. Op die manier wordt het vliegen met een drone een stuk eenvoudiger.   

Betekenis telemetrie: meten op afstand 

No Fly zone drone technologie 

Er zijn genoeg gebieden waar je niet mag vliegen met een drone. Zo ook in Nederland. Waar mag je vliegen met een drone? Tegenwoordig gebruiken de drones van het merk DJI geofencing. Dit zorgt ervoor dat drones van dit merk niet kunnen opstijgen in deze no fly zones. Je krijgt hiervan een melding in de app. Toch is dit systeem vrij eenvoudig te omzeilen. Veel mensen krijgen het voor elkaar om dit uit te schakelen.  

GPS Ready To Flight modus technologie 

Als het kompas van de drone is gekalibreerd, zoekt het de locatie van de GPS-satellieten. Zorg dat de drone een GPS-signaal van minimaal 6 heeft. Het balkje bovenaan de app verandert dan naar groen. Er staat dan: ‘Ready To Fly’. Op de foto hieronder kun je zien waar dat balkje is. Als er een probleem of error is, dan is het balkje niet groen. Er staat dan vaak wat het probleem precies is. Zo had ik een keer de batterij van de drone er niet goed ingestopt. Hij zat niet helemaal goed vastgeklikt. Ik kreeg hiervan een melding, waarna ik hem zo snel mogelijk heb geland.  

Interne Kompas- en Failsafe-functie 

Hierdoor weet de drone zijn exacte locatie. Dan hebben we ook nog een failsafe-functie. Zo kun je een home point instellen. Dit doen de wat duurdere en nieuwe drones vaak automatisch. Mocht je de verbinding met de drone verliezen, dan vliegt de drone automatisch naar dit punt. Dit is vaak het punt waar je bent opgestegen. Mocht deze failsafe-functie niet werken, dan kun je altijd nog lezen wat je moet doen als een drone niet terugkomt.  

FPV Live Video  

FPV staat voor ‘First person View’. Vrijwel alle drones beschikken over een camera. Zelfs bij veel speelgoeddrones van slechts 100 euro is dit vaak al het geval. Maar ook bij race drones worden camera’s gebruikt. Voor het maken van mooie luchtfoto’s- en video’s is zon FPV-view essentieel. De beelden die de drone maakt worden rechtstreeks naar de controller of je smartphone gestuurd. Op de smartphone kun je dan precies zien wat de drone ziet. Dit helpt je bij het oriënteren in de lucht. Je durft hierdoor verder of hoger te vliegen.

Gebruik deze functie niet te vaak. Het beeld dat je krijgt is aardig scherp, maar niet heel veilig. Zo zie je niet wat er aan de zijkanten of achter de drone zit. Ook is afstand inschatten een stuk moeilijker. Je zult tijdens het vliegen merken dat je het toch fijn vindt om naar de drone zelf te kijken.

Bij race drones (FPV-drones) is zo’n live videobeeld nog belangrijker dan bij camera-drones van DJI. Veel dronepiloten gebruiken bij het racen zogenaamde goggles (soort VR-brillen). Via deze brillen kun je zien wat de drone ziet. Dit soort brillen kun je trouwens ook kopen voor de drones van DJI. Klik op het linkje voor meer informatie op DJI.com.

Let er ook op dat het in Nederland verplicht is om je drone in zicht te houden. Je moet je drone dus altijd vanaf jouw positie kunnen zien. Dit is waarom FPV-drones niet zijn toegestaan in Nederland. FPV-drones bestuur je vrijwel alleen met goggles. Op dat moment kijk je niet naar de drone, en dat is verboden.  

Er is natuurlijk een verbinding nodig om deze live videobeelden vanaf de drone te kunnen zien. Dit noemen we het maximale bereik van een drone. Het bereik tussen de drone en de controller is echter vele malen groter. Neem de DJI Mavic Air 2 als voorbeeld. Het maximale bereik is 10 kilometer, maar het bereik tussen de controller en de drone is zelfs 18 kilometer. Dit is waarom je vaak een aparte RTH-knop (Return To Home) op je controller hebt zitten. Je kunt hierdoor altijd nog op deze knop drukken, zodat de drone automatisch naar huis vliegt.  

Firmware en Flight Assistent Port 

De Flight Controller communiceert met een PC via een micro-USB-kabel. Hierdoor kun je de firmware van een drone eenvoudig upgraden. Bij de drones van DJI is dit al helemaal eenvoudig. De app laat weten als er een nieuwe firmware update beschikbaar is. Je hoeft dan enkel en alleen de drone, de controller en je smartphone met elkaar te verbinden. Het is belangrijk om dit bij te houden en regelmatig te updaten. Vaak zorgen deze updates voor meer mogelijkheden, maar ze lossen hiermee ook problemen op.  

Een hele eenvoudige definitie van een drone is een vliegende computer. Net zoals computers gebruiken drones firmware software die opdrachten verzenden naar de componenten. Uiteindelijk heeft het woord ‘drone’ meerdere betekenissen. Wat is een drone precies?  

Betekenis Firmware: software die geprogrammeerd is in een apparaat. Het bepaalt de mogelijkheden van het apparaat.  

LED verlichting 

Verlichting zie je meestal aan de voorkant en de achterkant van de drone. Over het algemeen zijn deze lichten groen, rood of geel. De lichten aan de voorzijde geven vaak aan dat dit de voorkant is. De lichten aan de achterkant geven vaak de status van de drone aan. Het is dus belangrijk om te weten wat deze lichten betekenen. Hiervoor kun je het best kijken in de handleiding. Dit is per drone (merk) natuurlijk verschillend. Op deze manier zijn drones makkelijk te herkennen in de lucht.

UAV-afstandsbediening systeem 

De oudere drones maken soms gebruik van een 5.8 GHz-frequentie. Neem de Phantom 3 series als voorbeeld. Deze oudere drones verbind je ook op een andere manier. Zo maken ze gebruik van een ingebouwd WiFi-signaal. Je verbindt je smartphone met de controller via WiFi. Hierdoor heb je echter veel minder bereik. Je krijgt veel last van andere WiFi-signalen met een 2.4 GHz-frequentie. 

De nieuwe drones zijn hier veel beter tegen bestemd. Doordat ze ook 2.4 GHz gebruiken, hebben ze hier veel minder last van gekregen. Daar komt bij dat je de smartphone via een draadje aan de controller verbindt. Zo gebruiken DJI-drones een zogeheten Ocusync-verbinding. Let hier dus op voordat je een drone gaat kopen.  

Hoe verbind je een drone met een telefoon? >> 

Een drone kun je beter laten werken door verschillende drone accessoires uit te proberen:

Drone app 

Veel RTF-drones (Ready-To-Fly) kun je gebruiken met een app. Deze kun je gewoon vinden in de Appstore of de Playstore. Als je zelf een drone gaat bouwen zal je deze luxe niet hebben. Ook maken veel FPV-drones hier geen gebruik van. Toch maakt de app een groot deel uit van de drone die je koopt. Zo hebben de DJI-apps enorm veel mogelijkheden.  

Let erop dat niet elke drone dezelfde app gebruikt. Op deze website kun je alle DJI-apps vinden. Bij de nieuwe drones zit zelfs een ingebouwde Flight simulator. Kortom, je kunt veel doen met drones. Meer hierover vind je hier: wat kun je doen met drones? Hier ga ik ook wat dieper in op de mogelijkheden van de DJI-apps. 

Handige gratis drone apps voor je op een rijtje >>

Camera en gimbal van de drone 

De camera is een belangrijk onderdeel van een drone. Dit is waarom ik hier wat verder op in ga. De camera’s worden steeds beter. De DJI Mavic 3 en de DJI Mavic Air 2 zijn hier een voorbeeld van. Zo filmt de Mavic 3 met een 4/3 inch sensor. Verder filmt hij in 4K 120 fps met 20 MP-foto. De Mavic Air 2 kan zelfs filmen in 4K 60 fps met 48 MP-foto’s. Hij gebruikt helaas een ½ inch sensor in plaats van een 1 inch. En natuurlijk geldt hierbij: hoe duurder de drone, hoe beter de camera.  

Dan zijn er ook nog steeds meer drones met een zoom-functie. Denk aan de Mavic 2 Zoom en de Zenmuse X3. De Zenmuse X3 is een camera die je op professionele drones kunt zetten, bijvoorbeeld op de Inspire 1. Het is een camera met 3.5x optische zoom.

De Mavic 2 Zoom maakt gebruik van een camera met 2x optische zoom. Dit levert ook een stuk meer mogelijkheden op voor de maatschappij. Door de zoomfunctie kun je veel eenvoudiger objecten inspecteren. Je hoeft namelijk niet zo dicht op een object te vliegen. 

Niet alleen de kwaliteit van de camera, ook de gimbal is onmisbaar bij het maken van de luchtopnames. De gimbal zorgt ervoor dat de camera stabiel blijft. Zonder gimbal krijg je hele schokkerige beelden. Je hebt zowel 2-assige als 3-assige gimbals. Een 3-assige gimbal levert je de meest stabiele beelden op. De duurdere drones van DJI hebben een ontzettend goede camera en gimbal. Hieronder zie je de beste camera drones naast elkaar:

Drones met sensoren  

Lidar, multispectrale en fotogrammetrische sensoren worden gebruikt om 3D-modellen van gebouwen en landschappen te bouwen. Nachtzicht- en thermische zichtsensoren worden gebruikt bij weinig licht. Hiermee kunnen ze gebouwen en landschappen scannen om te helpen bij landbouw, brandbestrijding, zoektochten en reddingsacties. Oftewel, drones kunnen over een hoop verschillende sensoren beschikken. Dit kun je vervolgens combineren met een software. Op deze manier kun je aan een hoop data komen vanuit de lucht. Ze noemen dit in het Engels ‘sensor fusion’.  

Het werkt als volgt: 

Het is software die op intelligente wijze gegevens van verschillende sensors combineert om de applicatie- of systeemprestaties te verbeteren. Voorbeelden van sensors zijn een thermische camera en een gewone RGB-camerasensor. Door de gegevens van meerdere sensors te combineren corrigeer je de fouten van individuele sensors. Hierdoor bereken je nauwkeurige positie- en oriëntatie-informatie.  

Ik zal hiervan een voorbeeld geven. Denk aan een drone met Lidar en fotogrammetrische sensoren. In dit geval is de UAV in staat om automatisch een route af te leggen. Dit doet hij door middel van geselecteerde waypoints. De camera van de drone maakt vervolgens om de 0.5 of 1 seconde een foto. Deze foto’s worden vervolgens samengevoegd aan de hand van een fotogrammetrische software. Hierdoor worden er 3D-foto’s gecreëerd. Hiernaast zie je een video van de software Pix4D Mapper. Zo krijg je een goed beeld van wat een drone software doet.

Hoge resolutie foto’s maken op een gestabiliseerde drone is erg belangrijk. Het gebruik maken van een goede software met fotogrammetrie is net zo belangrijk. Hieronder zie je een lijst van de beste software voor drone mapping:  

• DroneDeploy 3D Mapping Solutions 
• Pix4D Mapper Photogrammetry Software 
• AutoDesk ReCap Photogrammetry Software 
• Maps Made Easy – Orthophoto and 3D Models 
• 3DF Zephyr Photogrammetry Software 
• Agisoft PhotoScan Photogrammetry Software 
• PrecisionHawk Precision Mapper / Viewer 
• Open Drone Map 
• ESRI Drone2Map For ArcGIS 

Welke drones werken het fijnst? 

Ik heb het in dit artikel voornamelijk gehad over de drones van het merk DJI. Niet alleen omdat ze de meeste functies hebben, maar ook omdat ze het fijnst werken. Een groot voordeel is dat DJI veruit het populairste drone merk is. Daarom staat er veel informatie over DJI-drones op het internet. Grote kans dat iemand anders hetzelfde probleem heeft gehad als jij. Op die manier kun snel een oplossing vinden op forums of blogs, maar ook op YouTube. Als je voor wat voor reden dan ook geen drone van DJI wil kopen, dan zijn Parrot en Yuneec ook nog een optie. Hieronder zie je de drones die het makkelijkst en het best werken: 

	De beste drones van dit moment	Merk	Prijs
1.	Beste koop: DJI Mini 3 Pro	DJI	Bekijk op Bol.com
2.	DJI Mini 3	DJI	Bekijk op Bol.com
3.	DJI Mavic 3 Pro	DJI	Bekijk op Bol.com
4.	DJI Air 2S	DJI	Bekijk op Bol.com
5.	DJI Avata	DJI	Bekijk op Bol.com
6.	DJI Ryze Tello	DJI	Bekijk op Bol.com

• DJI Mavic 2 Pro/Zoom: de duurste drone uit dit rijtje. Hij heeft net wat betere camerakwaliteit dan de Mavic Air 2, maar dat scheelt niet veel. Heb je een hoog budget, kies dan deze.  
• DJI Mavic Air 2: wat betreft de prijs zit hij tussen de Mavic 2 en de Mini in. Hij heeft de beste prijs-kwaliteitsverhouding van dit rijtje.  
• DJI Mini 2: voor de mensen met een wat lager budget is dit de beste optie. De functies komen over het algemeen overeen met de bovenste drones, alleen de camerakwaliteit is wat minder. Als je daar wat minder om geeft is dit een uitstekende keus. Het vliegen van een dure drone is niet heel veel leuker dan een goedkope drone, maar dat is mijn mening. 

De Mavic drones (en de mini 2) zijn in staat om zichzelf in te klappen. Hierdoor kun je ze eenvoudig meenemen in een tas of wat dan ook. Dit terwijl de kwaliteit niet naar beneden gaat.  

Hoe werkt een militaire drone?  

Een UAS (Unmanned Aicraft System) is een systeem van systemen. Denk aan communicatiesystemen, payload-systemen, vluchtregelsystemen, het luchtvoertuig zelf, enz. De manier waarop deze manieren werken en hoe ze samenwerken hangt af van het soort UAS.  

Om een beter beeld te krijgen van deze systemen kun je de DoD AUS Roadmaps bekijken. Het is een stappenplan van de US Department of Defence over UAS. Er zijn er in de loop van de jaren een aantal uitgebracht. Ze hebben allemaal zeer verschillende inhoud, dus let daarop. De meest recente die ik heb kunnen vinden komt uit 2017. Ze kijken hier ook naar de toekomstplannen tot 2042. 

Dit is een hele brede vraag waar je niet zomaar antwoord op kunt geven. Het levert al snel een slecht beeld op. Toch heb ik de belangrijkste punten even op een rijtje gezet.