FPV na Prática e sem mistério – Parte I

Apesar de hoje em dia termos muita informação sobre FPV, ainda encontramos muitas pessoas que tem apenas uma vaga ideia do que se trata e não encontram informação organizada sobre ela no mesmo local. Em 2009 preparei uma matéria em conjunto com o jornalista Roberto Caiafa sobre FPV que foi publicada nas edições 66 e 67 da revista Hobby News.

A repercussão foi muito boa e aproveito para reeditar aqui a minha parte nesta co-autoria para que vocês possam conhecer mais sobre os conceitos e particularidades desta modalidade. Algumas tecnologias foram aperfeiçoadas, o link AV de 5.8GHz tornou-se uma realidade, novos modelos de antenas surgiram e sistemas UHF para rádios foram lançados. Contudo mesmo assim esta matéria continua sendo uma boa leitura.

O que é FPV?

FPV é a sigla em inglês para First Person View, que traduzido para português significa Visão em Primeira Pessoa. Este conceito é utilizado em muitos games onde o jogador tem a sensação de fazer parte do cenário, tendo a visão através do personagem. Apesar de ainda ser pouco difundido em nosso país, o FPV abrange aeromodelos, automodelos, nautimodelos e demais dispositivos que possam ser controlados a distância. Mais popular entre os aeromodelistas usa o conceito básico dos primeiros veículos aéreos não tripulados (UAVs) onde o operador controlava o voo através de uma tela, tendo as imagens vindas do veículo.

FPV e aerofilmagem é a mesma coisa?

Ainda há uma certa confusão entre aerofilmagem e FPV. Algumas vezes encontramos um vídeo feito através de uma câmera instalada no avião, porém o piloto estava olhando para seu aeromodelo do solo sem qualquer dispositivo online de video . Este vídeo não é considerado voo em FPV, pois o piloto não se utilizou da visão em primeira pessoa. Seria FPV se o piloto estivesse recebendo a imagem da câmera do aeromodelo no solo, em tempo real, e através dela controlasse o voo.

A quem é indicado?

O FPV é uma experiência totalmente nova para o piloto e é a mais próxima da pilotagem de um avião escala cheia. Através da modalidade de imersão você se “desconecta” do mundo real e se “transporta” para a cabine do aeromodelo, onde tem a sensação de voar e com auxílio da navegação é desafiado com novos limites.

Recomendo esta modalidade de voo aos aeromodelistas que já tenham um bom controle de vôo, sendo capazes de controlar com segurança seu aeromodelo, e que estejam querendo novos desafios ou sejam apaixonados pelo voo em escala cheia ou adoram voar de planador ou gostam muito de vídeo ou de curtir a paisagem. Confesso que me enquadro em todas as opções 

A grande maioria dos praticantes de FPV optam por modelos com propulsão elétrica e de alta estabilidade como planadores e treinadores. Os modelos elétricos tem menos vibração, dificilmente “morrem”, não sujam o equipamento e tem força para retomadas emergenciais.

Como configurar um sistema de FPV?

A configuração de um sistema de FPV não é complexa e tem como principal característica a modularidade, que facilita o upgrade do sistema de acordo com as necessidades e bolso do piloto.

Todo sistema FPV é composto de 2 subsistemas: no aeromodelo e no solo. A figura 1 mostra a menor configuração possível de um sistema de FPV. No aeromodelo temos uma câmera, microfone e o transmissor de audio e vídeo (AV). Em terra temos o receptor de AV e um dispositivo de visualização que pode ser um monitor, uma TV ou um laptop com capacidade de capturar vídeo.

Esta configuração permitirá o piloto iniciante viver a experiência do vôo em primeira pessoa, porém precisará de ajuda para voar, pois estará sem informações de navegação do aeromodelo. Será um vôo puramente visual, terá dificuldade em se localizar e principalmente na manutenção da altitude do aeromodelo. Assim a presença de colegas ao lado orientando o vôo é fundamental até que o piloto se acostume com esta nova modalidade. O uso do microfone é interessante pois pode-se ouvir o motor e o som do deslocamento de ar. Este segundo é interessante no caso se um planador, com motor desligado, para se saber se ele esta “voando”, pois se ouvirmos o som do vento significará que ele esta descendo e voando para a frente.

Um pequeno mas poderoso upgrade na recepção do sinal de AV é o uso da antena patch no receptor AV. A figura 2 mostra a adição desta antena de formato quadrado que dá maior ganho na recepção do sinal, permitindo ao piloto voar mais longe. Entretanto ela tem a desvantagem de ser direcional, ou seja, um dos colegas deverá direcionar a antena para o aeromodelo toda vez que o sinal apresentar interferências na recepção.

Na figura 3 temos um pequeno upgrade no sistema que permite um maior campo de visão e maior imersão ao piloto. No aeromodelo há a adição do movimento horizontal e vertical da câmera, conhecidos como pan e tilt respectivamente. Os movimentos são realizados por micro servos através de 2 canais do rádio controle. Estes movimentos permitirão ao piloto se orientar procurando os pontos de referência no solo e apreciar o espaço aéreo coberto pelo raio de ação dos servos.

Em terra temos a substituição do monitor pelo óculos de realidade virtual, conhecidos como video goggles. Os óculos focam toda a visão do piloto para a câmera de vôo, sem interferência do ambiente ao redor. O resultado é uma incrível experiência de imersão a “bordo” do aeromodelo.

A adição de “instrumentos” de navegação é mostrada na figura 4. Os dados fornecidos por um GPS

e alguns sensores externos se concentram em um microprocessador que disponibiliza as informações sobrepostas a imagem da câmera. Esta tecnologia de sobreposição é conhecida como OSD em inglês On Screen Display, que você já conhece a muito tempo da sua televisão através dos gráficos de volume, menu ou troca de canais. O OSD fica montado no aeromodelo entre a câmera e o transmissor AV. Ele transmite várias informações como: altitude, razão de subida, razão de descida, posição relativa em graus, direção de retorno para casa, velocidade em relação ao solo, no de satélites, tempo de vôo, voltímetro, amperímetro, horizonte artificial, radar, etc.

O uso do OSD permite menor dependência do piloto em relação aos colegas, maior segurança no vôo, além de permitir vôos mais longos e fora do campo visual normal de um aeromodelista. Há casos de vôos de dezenas de quilometros lá fora.

 

 E por fim chegamos na figura 5 com a adição de um co-piloto ao OSD, permitindo que um conjunto de sensores, no aeromodelo, controlem as superfícies de comando para ele voltar para casa em segurança no caso de perda do sinal de radio controle. Estes sistemas requerem configuração complexa, mas pode salvar o aeromodelo em caso de panes ou obstrução no sinal. No solo temos a adição de uma base móvel para a antena patch, permitindo a ela os movimentos de pan & tilt rastreando o aeromodelo durante todo o vôo.

As configurações acima mostram como o FPV é modular, podendo passar de uma configuração simples a complexa com a edição de dispositivos novos ao sistema. Além disso fica claro que esta modalidade de vôo permite uma experiência sem precedentes aos seus praticantes, onde muitas vezes um vôo de 30 minutos pode valer por vários vôos convencionais.

 

Vale a pena lembrar aos que curtem recordar as imagens do seu vôo, que pode-se ligar um dispositivo gravador de AV (filmadora com AV in, DVR, Laptop, etc) em quaisquer das configurações acima no RX AV, tendo apenas o cuidado de se evitar a perda de sinal na simples divisão do sinal de AV. Normalmente o sinal é capturado da saída do receptor AV e assim dividido

entre os óculos e o gravador de AV. Para esta divisão utilize um splitter que compense as duas saídas, ou um receptor AV com 2 ou mais saídas (figura 6)

Escolher e conectar estes dispositivos é importante para ter um vôo seguro. A seguir vamos destacar alguns pontos chaves de cada dispositivo, buscando facilitar a sua escolha

Câmeras

As câmeras são os seus olhos nesta modalidade. Normalmente utilizamos mini câmeras que são mais compactas e leves, não comprometendo assim o peso final do aeromodelo. Há a possibilidade de utilizarmos as câmeras de CFTV (circuito fechado de TV) que são amplamente vendidas em lojas especializadas em segurança. Nas lojas de hobby especializadas em FPV você encontrará outros modelos bem compactas e de excelente qualidade (figura 7).

As principais variáveis na escolha de uma câmera são:

1) Tecnologia do sensor CMOS e CCD. CCD tem melhor qualidade de imagem

2) Resolução em especificada em linhas. Recomendo o mínimo de 380 linhas e se possível 550

3) linhas

4) Lux que é quantidade de luz necessária para a captura da imagem. Há câmeras day & night que mostam as imagens coloridas com mais luz e preto e branco com baixa luminosidade sendo indicadas para vôos diurnos e noturnos. Ao se comparar câmeras com características semelhantes, a de menor número de lux permitirá imagens com menor quantidade de luz. Assim se você preferir voar ao final da tarde estas câmeras serão mais indicadas.

5) Voltagem de 5V e 12V. Normalmente utilizamos 12V o que facilita a alimentação por uma bateria de LiPo de 3S

6) Lente: Normalmente fixas nas mini câmeras, podem ser trocadas para mudar o ângulo de visão de 170° (1,7mm) a 28° (12mm). As lentes abaixo de 3,6mm ampliam o ângulo de visão e ao mesmo tempo “afasta” os objetos (zoom out) onde o piloto tem de se acostumar que os objetos vistos estão mais próximos do que parecem. Por outro lado as lentes acima de 3,6mm diminuem o ângulo de visão e “aproximam” os objetos (zoom in) e o piloto deve se lembrar que os objetos estão mais distantes do que parecem.

7) Pan & Tilt como já visto antes é a capacidade de dar movimento a câmera. Para cada movimento é utilizado um servo como na figura 8.

Normalmente os servos são ligados em dois canais disponíveis a partir do 4 (no caso de planador sem ailerons). O acionamento deve ser independente dos comandos de direção, ou seja, em um modelo de 4 canais não é recomendável colocar o movimento horizontal da câmera em conjunto com o leme. Apesar de parecer interessante, pode levar o piloto a se confundir olhando para o lado. O ideal é o piloto ter a capacidade de movimentar a câmera independente das superfícies de comando, ou seja, olhar para os lados, cima e abaixo sem que o aeromodelo mude de direção. Para permitir esta flexibilidade o radio controle deve de ter no mínimo 7 canais, pois outros canais serão utilizados pelo OSD como veremos mais a frente.

Como você pode observar, voar FPV requer muita atenção e controle, porque o piloto tem controlar o aeromodelo, ler as informações de navegação, se localizar sobre a área de vôo e ainda comandar os movimentos da câmera. Felizmente esta última operação é muito facilitada com o Head Tracker, que é um dispositivo fixado aos óculos, capacete ou boné que aciona os servos da câmera conforme o movimento da cabeça. Lendo vetores do campo magnético terrestre, o Head Tracker é ligado no conector do cabo trainer do radio controle, possui programação para facilitar a configuração dos canais utilizados, sensibilidade, calibração e orientação. Uma das principais vantagens do Head Tracker é que só o ativamos acionando a chave de trainer do radio controle, ou seja, podemos nos concentrar em outros pontos do vôo e quando queremos movimentar a câmera é só acionar a chave trainer e apreciar a paisagem

Qual link de AV escolher?

O link de AV é uma das partes mais importantes do processo. Através das necessidades de vôo e freqüência do radio controle você definirá o melhor conjunto. O objetivo aqui é apresentar o que está disponível no mercado nacional e internacional. O usuário deve se informar com o representante do produto desejado se o mesmo esta de acordo com as normas de radio difusão da Anatel.

Hoje as freqüências mais comuns dos equipamentos transmissores (TX AV) e receptores (RX AV) são: 900Mhz, 1.2Ghz, 1.3Ghz, 2.4Ghz e 5.8Ghz.

A freqüência mais popular é 2.4Ghz pois a tecnologia evoluiu muito através dos sistemas Wireless e radio controle. Entretanto se você utiliza um rádio controle também de 2.4Ghz não poderá utilizar esta faixa, pois haverá conflito de sinal no seu aeromodelo, principalmente quando você estiver voando um pouco mais longe quando o sinal do seu radio controle enfraquecer perante o sinal do TX AV de 2.4Ghz que estará no avião. Esta é a receita para um acidente.

O link AV de 2.4Ghz também recebe interferência de radio controles que operam em 2.4Ghz e que estejam próximos a você. A recíproca não é verdadeira, ou seja, você não causará problemas em outro aeromodelo voando no seu clube, mas verá faixas de interferência no seu sinal de vídeo, inviabilizando o vôo. A solução para isto é você ficar afastado cerca de 50 metros dos demais pilotos do seu clube.

Desta forma para pilotos que utilizam rádio controle de 2.4Ghz é recomendado o uso de outro link AV, como 900Mhz que é bem popular nos EUA, tem excelente alcance, mas apresenta maior interferência no sinal devido a muita utilização nesta banda. Há também 1.3Ghz que é derivada de 1.2Ghz (que nos EUA é restrita) e

O uso de um link AV com maior freqüência melhora a qualidade de audio e vídeo (AV), porém exige maior potência para se obter a mesma intensidade de sinal que um link AV de freqüência menor. Isto ocorre porque quanto maior a freqüência, maior atenuação atmosférica e menor reflexão na ionosfera. Simplificando: um link AV de 900Mhz terá mais sucesso em vencer obstáculos do que 5.8Ghz.

Muitas pessoas perguntam sobre o alcance tanto do radio controle como do link AV. A resposta não é tão simples pois a propagação do sinal na atmosfera dependerá das condições climáticas, relevo, poluição de radiofreqüência da região e equipamento no dia do vôo.

Atualmente temos as seguintes configurações preferidas pelos entusiastas em FPV:

1) Rádio controle de 72Mhz e link AV de 2.4Ghz e 900Mhz. Muito utilizada aqui e nos EUA. Alcance médio reportado de 3km de distância conforme fóruns e vídeos na internet

2) Rádio controle de 35Mhz e link AV de 2.4Ghz. Padrão europeu com alcance médio reportado de 10km de distância conforme fóruns e vídeos na internet

3) Rádio controle de 868-901Mhz e link AV de 2.4Ghz. Tecnologia DMD para aplicações profissionais com alcance reportado de até 72km!

Tenho link AV de 2.4Ghz e no momento estou testando 900Mhz com radio controles de 72mhz e 2.4Ghz. Ainda não tenho dados suficientes para um comparativo, mas assim que tiver compartilharei com os interessados.