소형 관성 센서를 활용한 UAV 비행 분석

다목적 공중 센서 탑재용 무인항공기(UAV)

MASC는 대기 경계층 연구를 위해 개발된 소형 UAV입니다. 또한, 독일 에베르트 카를 튀빙겐 대학교의 환경 물리학 그룹에서 이를 설계하고 운영하고 있습니다. 연구팀은 UAV의 위치, 지상 속도, 자세각을 기록하기 위해 Ellipse-N을 선택했습니다. 아울러, 기류를 고려하여 풍속과 풍향을 정확하게 계산할 수 있습니다.

그러나 기류 프로브가 UAV의 거동을 보정해야 하므로 비행 중 풍향 계산은 까다롭습니다.
따라서 정확한 비행 분석을 위해서는 정밀한 관성 측정이 필수적입니다.
이 UAV의 일반적인 페이로드는 난류 플럭스를 계산하도록 설계된 기상 측정 시스템입니다.

지상 시스템이나 항공기와 비교할 때, MASC UAV는 복잡한 지형에서의 풍력 발전 단지 부지 평가와 같은 연구에 비용 효율적이고 유용한 도구입니다.

“비행 중” 풍속 계산

비행 중 풍속 연산은 탑재된 기류 프로브가 무인기(UAV)의 거동을 보상해야 하므로 까다로운 작업입니다. 또한, 기류 벡터에서 무인기의 대지 속도와 자세를 빼면 풍속과 방향이 계산됩니다. 따라서 정확한 UAV 비행 분석을 위해서는 정밀한 관성 측정 장치가 필수적입니다.

당사의 Ellipse-N: GPS 보조 소형 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.

소형 경량의 Ellipse-N은 방위 및 선수각 측정 그 이상의 기능을 제공합니다. 관성 데이터를 GPS 및 기압 센서 정보와 융합하여 견고한 위치와 향상된 고도 정확도를 제공합니다.

전체 온도 범위에 걸쳐 센서 동적 보정을 보여주는 보고서는 팀이 시스템이 발표된 사양을 충족할 것이라는 확신을 더욱 갖게 했습니다.

Ellipse-N 고품질 데이터

Ellipse-N은 시리얼 인터페이스를 통해 온보드 측정 컴퓨터에 원활하게 통합되었습니다. 또한 이 원활한 연결을 통해 효율적인 데이터 전송이 가능해졌습니다.

공기역학 프로브가 대기속도와 입사각을 측정하는 동안, Ellipse-N은 UAV 위치, 지상 속도, 자세각을 기록했습니다. 또한 컴퓨터는 나중에 사용할 수 있도록 원시 데이터를 저장했습니다. 아울러 텔레메트리 링크를 통해 지상국에서 실시간 디스플레이가 가능했습니다.

이 센서를 사용하여 시스템은 3축 모두에서 ±0.5 m/s의 정확도로 풍속을 측정했습니다. 나아가 최대 20Hz의 속도 변동을 기록했으며, 200Hz 출력 레이트로 보간의 필요성을 없애주었습니다.