UAV-Fluganalyse mit miniaturisiertem Inertialsensor
Entdecken Sie die UAV-Fluganalyse für präzise Windmessungen.
„Die Ellipse-N wurde ausgewählt, da sie alle Anforderungen erfüllt und eine einzigartige Balance aus Genauigkeit, Größe und Gewicht bietet.“ | Dr.-Ing. Uwe Putze, Eberhard Karls Universität
Vielseitig einsetzbares UAV als Sensorträger für den Lufteinsatz
MASC ist ein kleines UAV, das für die Erforschung der atmosphärischen Grenzschicht entwickelt wurde. Darüber hinaus wurde es von der Forschungsgruppe für Umweltphysik an der Eberhard Karls Universität Tübingen entworfen und wird von dieser betrieben. Das Team wählte die Ellipse-N, um die Position des UAVs, die Bodengeschwindigkeit und die Lageschichten aufzuzeichnen. Zudem lassen sich Windgeschwindigkeit und -richtung unter Berücksichtigung der Luftströmung präzise berechnen.
Die Windberechnung während des Fluges ist jedoch anspruchsvoll, da die Strömungssonde eine Kompensation für das UAV-Verhalten erfordert.
Daher sind präzise Trägheitsmessungen für eine genaue Fluganalyse unerlässlich.
Die typische Nutzlast dieses UAVs ist ein meteorologisches Messsystem, das zur Berechnung turbulenter Flüsse entwickelt wurde.
Verglichen mit terrestrischen Systemen oder Flugzeugen ist das MASC-UAV ein kosteneffizientes und wertvolles Werkzeug für Forschungsarbeiten wie die Standortbewertung von Windkraftanlagen in komplexem Gelände.
Berechnung der Windgeschwindigkeit „während des Fluges“
Die Berechnung des Windes im Flug stellt eine Herausforderung dar, da die integrierte Strömungssonde eine Kompensation des UAV-Verhaltens erfordert. Darüber hinaus wird die Windgeschwindigkeit und -richtung durch Subtraktion der UAV-Bodengeschwindigkeit und -lage vom Strömungsvektor berechnet. Daher ist eine präzise Inertialmesseinheit für eine genaue UAV-Fluganalyse unerlässlich.
Unsere Ellipse-N: das GPS-gestützte Miniatur-INS
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.
Die kompakte und leichte Ellipse-N bietet weit mehr als nur die Messung von Lage und Steuerkurs. Sie fusioniert Inertialdaten mit GPS- und Drucksensordaten, um eine robuste Position und eine verbesserte Höhengenauigkeit zu gewährleisten.
Der Bericht über die dynamische Kalibrierung des Sensors über den gesamten Temperaturbereich gab dem Team noch mehr Zuversicht, dass das System die angekündigten Spezifikationen erfüllen wird.
Hochwertige Daten der Ellipse-N
Die Ellipse-N ließ sich über eine serielle Schnittstelle problemlos in den Bordmessrechner integrieren. Darüber hinaus ermöglichte diese nahtlose Verbindung eine effiziente Datenübertragung.
Während die Strömungssonde die Fluggeschwindigkeit und die Anstellwinkel maß, zeichnete die Ellipse-N die UAV-Position, die Bodengeschwindigkeit und die Lagewinkel auf. Zudem speicherte der Computer die Rohdaten für die spätere Verwendung. Darüber hinaus ermöglichte eine Telemetrieverbindung die Echtzeitanzeige an der Bodenstation.
Durch den Einsatz dieses Sensors maß das System die Windgeschwindigkeit mit einer Genauigkeit von ±0,5 m/s über alle drei Achsen. Des Weiteren wurden Geschwindigkeitsänderungen mit bis zu 20 Hz aufgezeichnet, während die Ausgaberate von 200 Hz eine Interpolation überflüssig machte.
Entdecken Sie unsere Ellipse-N
Ellipse-N ist ein kompaktes und leistungsstarkes RTK Inertial Navigation System (INS) mit integriertem Dual-Band-GNSS-Empfänger für vier Konstellationen. Es liefert Roll-, Nick-, Kurs- und Heave-Werte sowie eine zentimetergenaue GNSS-Position.
Der Ellipse-N Sensor eignet sich am besten für dynamische Umgebungen und schwierige GNSS-Bedingungen. Darüber hinaus funktioniert er auch in Anwendungen mit geringerer Dynamik unter Verwendung eines magnetischen Kurses.
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Haben Sie Fragen?
Willkommen in unserem FAQ-Bereich! Hier finden Sie Antworten auf die häufigsten Fragen zu den von uns vorgestellten Anwendungen. Sollten Sie nicht fündig werden, können Sie sich gerne direkt an uns wenden!
Wie lassen sich Ausgabeverzögerungen beim Einsatz von UAVs kontrollieren?
Die Steuerung von Ausgangsverzögerungen beim Einsatz von UAVs ist unerlässlich, um eine reaktionsschnelle Leistung, präzise Navigation und effektive Kommunikation zu gewährleisten, insbesondere in Verteidigungs- oder missionskritischen Anwendungen.
Die Ausgangsverzögerung ist ein wichtiger Aspekt bei Echtzeit-Regelanwendungen, bei denen eine höhere Ausgangsverzögerung die Leistung von Regelkreisen beeinträchtigen könnte. Unsere eingebettete Software „ INS “ wurde entwickelt, um die Ausgangsverzögerung zu minimieren: Sobald die Sensordaten erfasst wurden, führt der Extended Kalman Filter (EKF) kleine Berechnungen mit konstanter Laufzeit durch, bevor die Ausgangssignale erzeugt werden. In der Regel beträgt die beobachtete Ausgangsverzögerung weniger als eine Millisekunde.
Um die Gesamtverzögerung zu ermitteln, muss die Verarbeitungsverzögerung zur Datenübertragungsverzögerung addiert werden. Diese Übertragungsverzögerung variiert je nach Schnittstelle. So dauert beispielsweise die vollständige Übertragung einer 50-Byte-Nachricht, die über eine UART-Schnittstelle mit 115.200 bps gesendet wird, 4 ms. Um die Ausgabeverzögerung zu minimieren, sollten höhere Baudraten in Betracht gezogen werden.
Verwenden UAVs GPS?
Unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), gemeinhin als Drohnen bekannt, nutzen typischerweise die Technologie des Global Positioning System (GPS) zur Navigation und Positionierung.
GPS ist ein wesentlicher Bestandteil des Navigationssystems eines UAVs und liefert Echtzeit-Standortdaten, die es der Drohne ermöglichen, ihre Position genau zu bestimmen und verschiedene Aufgaben auszuführen.
In den letzten Jahren wurde dieser Begriff durch einen neuen Begriff, GNSS (Global Navigation Satellite System), ersetzt. GNSS bezeichnet die allgemeine Kategorie von Satellitennavigationssystemen, die GPS und verschiedene andere Systeme umfasst. Im Gegensatz dazu ist GPS ein spezifischer Typ von GNSS, der von den Vereinigten Staaten entwickelt wurde.
Was ist UAV-Geofencing?
Das Geofencing für UAVs ist eine virtuelle Barriere, die bestimmte geografische Grenzen festlegt, innerhalb derer ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) operieren darf.
Diese Technologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Sicherheit und der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften beim Drohnenbetrieb, insbesondere in Bereichen, in denen Flugaktivitäten Risiken für Menschen, Sachwerte oder gesperrte Lufträume darstellen können.
In Branchen wie Lieferdiensten, dem Bauwesen und der Landwirtschaft trägt Geofencing dazu bei, dass Drohnen innerhalb sicherer und gesetzeskonformer Bereiche eingesetzt werden, wodurch potenzielle Konflikte vermieden und die betriebliche Effizienz gesteigert werden.
Strafverfolgungs- und Rettungsdienste können Geofencing nutzen, um den Einsatz von Drohnen bei öffentlichen Veranstaltungen oder in Notfällen zu steuern und so sicherzustellen, dass Drohnen nicht in sensible Bereiche eindringen.
Geofencing kann eingesetzt werden, um Wildtiere und natürliche Ressourcen zu schützen, indem der Drohnenzugang zu bestimmten Lebensräumen oder Schutzgebieten eingeschränkt wird.
Was ist eine Nutzlast?
Unter Nutzlast versteht man jegliche Ausrüstung, jedes Gerät oder Material, das ein Fahrzeug (Drohne, Wasserfahrzeug …) mitführt, um über seine Grundfunktionen hinaus seinen vorgesehenen Zweck zu erfüllen. Die Nutzlast unterscheidet sich von den für den Betrieb des Fahrzeugs erforderlichen Komponenten wie Motoren, Akku und Rahmen.
Beispiele für Nutzlasten:
- Kameras: hochauflösende Kameras, Wärmebildkameras…
- Sensoren: LiDAR, hyperspektrale Sensoren, chemische Sensoren…
- Kommunikationsgeräte: Funkgeräte, Signalverstärker…
- Wissenschaftliche Instrumente: Wettersensoren, Luftprobenehmer…
- Sonstige Spezialausrüstung
