Analiza lotu UAV za pomocą miniaturowego czujnika inercyjnego

Wielozadaniowy powietrzny nośnik czujników UAV

MASC to mały bezzałogowy statek powietrzny (UAV) opracowany do badań warstwy granicznej atmosfery. Ponadto, grupa Environmental Physics z Eberhard Karls Universität Tübingen w Niemczech, Zaprojektowała go i nim operuje. Zespół wybrał Ellipse-N do rejestrowania pozycji UAV, prędkości względem ziemi i kątów orientacji. Dodatkowo, prędkość i kierunek wiatru można dokładnie obliczyć, uwzględniając przepływ powietrza.

Jednak obliczanie wiatru podczas lotu jest trudne, ponieważ sonda przepływu powietrza wymaga kompensacji zachowania UAV.
Zatem, precyzyjny pomiar inercyjny staje się niezbędny do dokładnej analizy lotu.
Typowym ładunkiem użytecznym dla tego UAV jest meteorologiczny system pomiarowy, zaprojektowana do obliczania turbulentnych strumieni.

W porównaniu z systemami naziemnymi lub statkami powietrznymi, MASC UAV jest opłacalnym i cennym narzędziem dla badań, takich jak ocena lokalizacji elektrowni wiatrowych w złożonym terenie.

Obliczanie prędkości wiatru „w locie”

Obliczenia wiatru w locie stanowią wyzwanie, ponieważ wbudowana sonda przepływu powietrza wymaga kompensacji zachowania UAV. Ponadto, odjęcie prędkości względem ziemi i orientacji UAV od wektora przepływu powietrza oblicza prędkość i kierunek wiatru. Zatem precyzyjna jednostka pomiaru inercyjnego staje się niezbędna do dokładnej analizy lotu UAV.

Nasz Ellipse-N: miniaturowy INS wspomagany przez 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.

Małe rozmiary i waga sprawiają, że Ellipse-N oferuje więcej niż tylko pomiar orientacji i heading. Łączy dane inercyjne z informacjami z GPS i czujnika ciśnienia, zapewniając stabilną pozycję i zwiększoną dokładność wysokości.

Raport przedstawiający dynamiczną kalibrację czujnika w pełnym zakresie temperatur jeszcze bardziej utwierdził zespół w przekonaniu, że system spełni deklarowane specyfikacje.

Wysokiej jakości dane z Ellipse-N

Ellipse-N zintegrował się płynnie z pokładowym komputerem pomiarowym poprzez interfejs szeregowy. Ponadto to bezproblemowe połączenie umożliwiło wydajną transmisję danych.

Podczas gdy sonda przepływu powietrza mierzyła prędkość powietrza i kąty natarcia, Ellipse-N rejestrował pozycję UAV, prędkość względem ziemi i kąty orientacji. Dodatkowo komputer przechowywał surowe dane do późniejszego wykorzystania. Co więcej, łącze telemetryczne umożliwiało wyświetlanie w czasie rzeczywistym na stacji naziemnej.

Dzięki zastosowaniu tego czujnika system mierzył prędkość wiatru z dokładnością ±0,5 m/s we wszystkich trzech osiach. Ponadto rejestrował zmiany prędkości z częstotliwością do 20 Hz, a częstotliwość wyjściowa 200 Hz eliminuje potrzebę interpolacji.