使用微型惯性传感器的 UAV 飞行分析

多用途机载传感器载机 UAV

MASC 是一款专为大气边界层研究而开发的小型无人机。此外，它由德国图宾根埃伯哈德·卡尔斯大学 (Eberhard Karls Universität Tübingen) 的环境物理学研究小组设计并运营。该团队选择 Ellipse-N 来记录无人机的位置、地速和姿态角。此外，通过考虑气流，可以准确计算风速和风向。

然而，飞行中的风况计算极具挑战性，因为气流探头需要对无人机的运动行为进行补偿。
因此，精确的惯性测量对于准确的飞行分析至关重要。
该无人机的典型有效载荷是一个气象测量系统，旨在计算湍流通量。

与地面系统或飞机相比，MASC 无人机是一种经济高效且有价值的工具，适用于复杂地形中的风电场场址评估等研究。

“飞行中”风速计算

飞行中风速计算面临诸多挑战，因为机载气流探头需要补偿 UAV 的运动状态。此外，通过从气流向量中减去 UAV 的地速和姿态，即可计算出风速和风向。因此，高精度的惯性测量单元对于精确的 UAV 飞行分析至关重要。

我们的 Ellipse-N：GPS 辅助微型 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.

Ellipse-N 尺寸小巧且重量轻，提供的功能远不止姿态和航向测量。它将惯性数据与 GPS 和压力传感器信息融合在一起，以提供稳健的位置和增强的高度精度。

显示全温度范围内传感器动态校准的报告让团队更加确信该系统将符合公布的规格。

Ellipse-N 高品质数据

Ellipse-N 通过串口无缝集成到机载测量计算机中。此外，这种无缝连接实现了高效的数据传输。

在气流探头测量空速和迎角的同时，Ellipse-N 记录了 UAV 的位置、地速和姿态角。此外，计算机还会存储原始数据以供后续使用。不仅如此，遥测链路还允许在地面站上进行实时显示。

通过使用该传感器，系统在所有三个轴上的风速测量精度均达到了 ±0.5 m/s。此外，它能够记录高达 20Hz 的速度变化，而 200Hz 的输出速率则省去了插值计算的需求。