Аналіз польоту БПЛА за допомогою мініатюрного інерційного датчика

Багатоцільовий безпілотний літальний апарат-носій датчиків

MASC — це невеликий безпілотний літальний апарат (БПЛА), розроблений для дослідження прикордонного шару атмосфери. Його розробила та експлуатує група з фізики навколишнього середовища Тюбінгенського університету імені Еберхарда Карла (Німеччина). Команда обрала датчик Ellipse для реєстрації положення БПЛА, швидкості по відношенню до землі та кутів орієнтації. Крім того, враховуючи повітряні потоки, можна точно обчислити швидкість і напрямок вітру.

Однак обчислення вітру під час польоту є складним завданням, оскільки датчик повітряного потоку вимагає компенсації поведінки БПЛА.
Таким чином, точні інерційні вимірювання стають необхідними для точного аналізу польоту.
Типовим корисним навантаженням для цього БПЛА є метеорологічна вимірювальна система, призначена для обчислення турбулентних потоків.

У порівнянні з наземними системами або літаками, БПЛА MASC є економічно ефективним і цінним інструментом для досліджень, таких як оцінка місця розташування вітроелектростанцій на складному рельєфі.

Розрахунок швидкості вітру «під час польоту»

Розрахунок швидкості вітру під час польоту є складним завданням, оскільки вбудований датчик повітряного потоку потребує корекції з урахуванням поведінки БПЛА. Крім того, швидкість і напрямок вітру обчислюються шляхом віднімання швидкості руху БПЛА відносно землі та його орієнтації від вектора повітряного потоку. Отже, для точного аналізу польоту БПЛА необхідний високоточний інерційний вимірювальний блок.

Наша Ellipse: мініатюрна INS з підтримкою 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.

Невеликий за розмірами та легкий прилад Ellipse пропонує не лише heading положення та heading . Він поєднує інерційні дані з інформацією від GPS та датчика тиску, забезпечуючи надійне визначення координат та підвищену точність вимірювання висоти.

Звіт, що демонструє динамічне калібрування датчика у всьому діапазоні температур, ще більше переконав команду в тому, що система відповідатиме заявленим технічним характеристикам.

Високоякісні дані Ellipse

Прилад Ellipse безперешкодно інтегрувався в бортовий вимірювальний комп'ютер через послідовний інтерфейс. Більше того, це безперебійне з'єднання забезпечило ефективну передачу даних.

Поки датчик повітряного потоку вимірював швидкість польоту та кути падіння, Ellipse реєстрував положення БПЛА, швидкість по відношенню до землі та кути орієнтації. Крім того, комп'ютер зберігав необроблені дані для подальшого використання. Крім того, телеметричний канал забезпечував відображення даних у реальному часі на наземній станції.

За допомогою цього датчика система вимірювала швидкість вітру з точністю ±0,5 м/с по всіх трьох осях. Крім того, він реєстрував зміни швидкості з частотою до 20 Гц, а частота виведення даних 200 Гц усунула необхідність інтерполяції.