Anforderungsspezifikation am Beispiel von Multikoptern

Oleksandr Andryeyev TU Ilmenau

Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 1

Ausprägungen von Koptern Copter for inspections • Operating temperature and environmental conditions • Flight time • Automatic operation • Reliability and robustness of system • Collision avoidance

Komplexität und Kosten

Copter for video making • Enhanced stability and wind resistance • Position hold • Gimbal stabilization • Video recording (resolution, format)

Copter as RC-model / toy • Robust control • Fall-down durability • Size and weight

Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 2

Wdh: allg. Inhalte einer Anforderungsdefinition • • •

• • • • • •

Identifikation des Systems (Schnittstellen zur Umgebung) Funktionale Anforderungen (Funktionalität der Schnittstellen) Zeitliche und Leistungsanforderungen (Durchsatz, Reaktionszeit, Verzögerung, Jitter, ggf. abhängig von der Last) Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit Qualität (Abwesenheit von Fehlern) Sicherheit (Safety & Security) Plattform (OS, generelle HW) Energieverbrauch Hitzeentwicklung, Wärmeverlust

Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

• • • • • • • • • • •

Betriebsumgebung (Temperatur, Schock- und Staubresistenz, etc.) Größe Mechanische Konstruktion und Stabilität Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Wartbarkeit Erweiterbarkeit Support Dokumentation Kosten (Entwicklung, Inbetriebnahme und Betrieb) Fertigstellungsdatum ...

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 3

Beispiel: Systemspez. ASCTEC Falcon 8

Quelle: http://www.asctec.de/downloads/public/AscTec-Professional-Line_Catalogue.pdf Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 4

Beispiel: Systemspez. Microdrones md4-1000 • Rate of climb: 7.5 m/s • Cruising speed: 12.0 m/s • Peak thrust: 118 N • Weight: ca. 2,650 g (depending on configuration) • Recommended load: 800 g • Maximum load: 1,200 g • Maximum take-off weight (MTOW): 6,000 g • Dimensions: 1,030 mm (from rotor hub to rotor hub) • Battery: 6S2P LiPo, 22.2V, 13000mAh • Flat core motors: yes • CFD optimised propeller: yes • Closed carbon housing: yes • IP43 protection: yes • Temperature: -10 up to 50°C • Humidity: max 90% r.H. • Wind susceptibility: vibration-free images up to 6m/s • Flight range: min. 500m with remote control, with WP up to 20km • Service ceiling: 2000m ASL, 4500m ASL - 3-blade carbon rotors necessary • Take off altitude: up to 4000m NN (WGS84) Quelle: https://www.microdrones.com/en/products/md4-3000/#c7948 Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 5

Beispiel: Systemspez. Microdrones md4-1000 • Rate of climb: 7.5 m/s • Cruising speed: 12.0 m/s => recommended speed? max. speed? • Peak thrust: 118 N • Weight: ca. 2,650 g (depending on configuration) • Recommended load: 800 g • Maximum load: 1,200 g • Maximum take-off weight (MTOW): 6,000 g • Dimensions: 1,030 mm (from rotor hub to rotor hub) • Battery: 6S2P LiPo, 22.2V, 13000mAh => flight time would be more interesing • Flat core motors: yes => benefit of this? • CFD optimised propeller: yes => ??? • Closed carbon housing: yes • IP43 protection: yes => dust and water protection • Temperature: -10 up to 50°C => operation or storage temperature • Humidity: max 90% r.H. => operation or storage • Wind susceptibility: vibration-free images up to 6m/s => vibration level depends on camera • Flight range: min. 500m with remote control, with WP up to 20km => about 25 minutes • Service ceiling: 2000m ASL, 4500m ASL - 3-blade carbon rotors necessary • Take off altitude: up to 4000m NN (WGS84) Quelle: https://www.microdrones.com/en/products/md4-3000/#c7948 Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 6

Anforderungsspezifikation Ziele der Anforderungsspezifikation: • vollständig und eindeutig • Freiheitsgrade für Entwickler lassen, insb. wo für Nutzer irrelevant

Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 7

Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Fluggerät Gewicht (einschließlich Akku und Propeller)

1380 g

Diagonale (Einschließlich Propeller)

350 mm

Max. Steiggeschwindigkeit

6m/s (Sportmodus)

Max. Sinkgeschwindigkeit

4m/s (Sportmodus)

Max. Fluggeschwindigkeit

20m/s (Sportmodus)

Max. Höhe über NN

6000 m

Max. Flugzeit

ca. 28 Minuten

Betriebstemperatur

0° bis 40° C

GPS-Modus

GPS/GLONASS

Schwebefluggenauigkeit

Vertikal: +/- 0.1m (bei aktiver optischer Positionsbestimmung) oder +/-0.5m Horizontal: +/0.3m (bei aktiver optischer Positionsbestimmung) oder +/-1.5 m

Quelle: http://www.dji.com/de/product/phantom-4/info#specs Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 8

Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Kamera Sensor

Objektiv ISO-Bereich Belichtungszeit Max. Bildgröße

Standfoto-Modi

1/2.3” Effektive Pixelzahl: 12.4 M FOV ( Sichtfeld ) 94° 20mm (entspricht 35mm Format ) f/2.8 Fokus bei ∞ 100 - 3200 (Video) 100 - 1600 (Foto) 8s bis 1/8000s 4000 × 3000 •Einzelaufnahme •Serienbildaufnahmen: 3/5/7 Frames •Belichtungsreihe: 3/5 •Fokussierte Frames bei Blendenöffnung 0,7 •Zeitraffer

Quelle: http://www.dji.com/de/product/phantom-4/info#specs Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 9

Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Kamera

Videoaufzeichnungsarten

Max. Bitrate des Videospeichers Unterstützte Dateiformate Foto Video

Unterstützte SD-Speicherkarten Betriebstemperatur

UHD: 4096 × 2160 (4K) 24 / 25p 3840 × 2160 (4K) 24 / 25 / 30p 2704 × 1520 (2.7K) 24 / 25 / 30p FHD: 1920 × 1080 24 / 25 / 30 / 48 / 50 / 60 / 120p HD: 1280 × 720 24 / 25 / 30 / 48 / 50 / 60p 60Mbps FAT32 (≤ 32GB); exFAT (> 32GB) JPEG, DNG (RAW) MP4 / MOV ( MPEG – 4 AVC / H.264 ) Micro SD Max. Speicherkapazität: 64 GB. Klasse 10 oder UHS-1 0° bis 40° C

Quelle: http://www.dji.com/de/product/phantom-4/info#specs Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 10

Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI App/Live View Mobile App

DJI GO

EIRP

100mW

Spektrale Leistungsdichte

6.9mW/MHz

Live View Betriebsfrequenz

2.4GHz ISM

Live View Qualität

720P @ 30fps (je nach Bedingungen und Mobilgerät)

Latenz

220ms (je nach Bedingungen und Mobilgerät)

Benötigstes Betriebssystem

•iOS 8.0 oder höher •Android 4.1.2 oder höher

Unterstützte Mobilgeräte

*Kompatibel mit iPhone 5s, iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPod touch 6, iPad Pro, iPad Air, iPad Air WiFi + Cellular, iPad mini 2, iPad mini 2 Wi-Fi + Cellular, iPad Air 2, iPad Air 2 Wi-Fi + Cellular, iPad mini 3, iPad mini 3 Wi-Fi + Cellular, iPad mini 4, und iPad mini 4 Wi-Fi + Cellular. *Samsung S5, Note 3, Sony Z3 EXPERIA, Google Nexus 7 II, Google Nexus 9, Mi 3, Nubia Z7 mini, Huawei Mate 8

Quelle: http://www.dji.com/de/product/phantom-4/info#specs Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 11

Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Hinderniserkennungssystem

Hinderniserkennungsreichweite

0.7 - 15m

Betriebsumgebung

Oberfläche mit deutlichen Konturen und ausreichender Beleuchtung (Lux > 15)

Gimbal Kontrollierter Bereich

Nickwinkel -90° to +30°

Stabilisierung

3 Achsen (Nicken, Rollen, Gieren)

Optische Positionsbestimmung Höchstgeschwindigkeit

≤10m/s (2m über dem Boden)

Höhenbereich

0 - 10m

Betriebsbereich

0 - 10m

Betriebsumgebung

Oberfläche mit deutlichen Konturen und ausreichender Beleuchtung (Lux > 15)

Quelle: http://www.dji.com/de/product/phantom-4/info#specs Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 12

Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Fernbedienung Betriebsfrequenz

2.400GHz bis 2.483GHz

Max. Reichweite

FCC Compliant: 5km; CE Compliant: 3.5km (mit Blickkontakt, ohne Störungen )

Betriebstemperatur

0° bis 40° C

Akku

6000mAh LiPo 2S

Strahlungsleistung (EIRP)

FCC: 23dBm; CE: 17dBm

Betriebsspannung

7.4V bei 1.2A

Mobilgerätehalter

Für Tablet-PC oder Smartphone

Akkuladegerät (…) Batterie (…)

Quelle: http://www.dji.com/de/product/phantom-4/info#specs Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics

QC Structure Oleksandr Andryeyev Page 13