Análise de voo de UAV com sensor inercial miniaturizado

UAV multifuncional para transporte de sensores aéreos

O MASC é um pequeno VANT desenvolvido para pesquisas da camada limite atmosférica. Além disso, o grupo de Física Ambiental da Universidade Eberhard Karls de Tübingen, na Alemanha, o projetou e opera. A equipe escolheu o Ellipse-N para registrar a posição, a velocidade no solo e os ângulos de atitude do VANT. Adicionalmente, a velocidade e a direção do vento podem ser calculadas com precisão considerando o fluxo de ar.

No entanto, o cálculo do vento em voo é desafiador porque a sonda de fluxo de ar exige compensação para o comportamento do VANT.
Portanto, a medição inercial precisa torna-se essencial para uma análise de voo exata.
A carga útil típica para este VANT é um sistema de medição meteorológica, projetado para calcular fluxos turbulentos.

Comparado a sistemas terrestres ou aeronaves, o VANT MASC é uma ferramenta econômica e valiosa para pesquisas como a avaliação de locais para usinas de energia eólica em terrenos complexos.

Cálculo da velocidade do vento “durante o voo”

O cálculo do vento em voo apresenta desafios porque a sonda de fluxo de ar embarcada exige compensação para o comportamento do UAV. Além disso, a subtração da velocidade terrestre e da atitude do UAV do vetor de fluxo de ar calcula a velocidade e a direção do vento. Assim, uma unidade de medida inercial precisa torna-se essencial para uma análise precisa do voo do UAV.

Nosso Ellipse-N: o INS miniatura auxiliado por GPS

Turbulence plays an important role in the transport and exchange of energy in the lower atmosphere.

A high data rate is required to record these very fast fluctuations in the wind speed. “We were looking for a precise inertial measurement unit. Required specifications were an accuracy in attitude angles of <1°, and a high data output rate” declares Uwe Putze, Dr.-Ing. at the Eberhard Karls Universität Tübingen.

As the unit had to be mounted in a small unmanned aerial vehicle, small size and low weight were also important for the project. “The Ellipse-N was selected because it fulfills all the requirements and provides a unique balance of accuracy, size and weight”, adds the Project Engineer.

Compacto e leve, o Ellipse-N oferece mais do que medição de atitude e proa (heading). Ele funde dados inerciais com informações de GPS e sensor de pressão para fornecer uma posição robusta e maior precisão de altitude.

O relatório que demonstra a calibração dinâmica do sensor em toda a faixa de temperatura deu à equipe ainda mais confiança de que o sistema atenderia às especificações anunciadas.

Dados de alta qualidade do Ellipse-N

O Ellipse-N integrou-se perfeitamente ao computador de medição embarcado por meio de uma interface serial. Além disso, essa conexão fluida permitiu a transmissão eficiente de dados.

Enquanto a sonda de fluxo de ar media a velocidade do ar e os ângulos de incidência, o Ellipse-N registrava a posição do VANT (UAV), a velocidade no solo e os ângulos de atitude. Além disso, o computador armazenava os dados brutos para uso posterior. Um link de telemetria também permitia a exibição em tempo real na estação terrestre.

Ao utilizar este sensor, o sistema mediu a velocidade do vento com precisão de ±0,5 m/s em todos os três eixos. Além disso, registrou a variação de velocidade de até 20 Hz, enquanto a taxa de saída de 200 Hz eliminou a necessidade de interpolação.