使用微型惯性传感器的 UAV 飞行分析

多用途机载传感器载具 UAV

MASC 是一种小型 UAV，专为大气边界层研究而开发。此外，德国蒂宾根 Eberhard Karls Universität 的环境物理小组设计并运营它。该团队选择 Ellipse-N 来记录 UAV 的位置、地面速度和姿态角。此外，通过考虑气流，可以准确地计算出风速和风向。

然而，飞行中的风力计算具有挑战性，因为气流探头需要补偿 UAV 的行为。
因此，精确的惯性测量对于准确的飞行分析至关重要。
该 UAV 的典型有效载荷是气象测量系统，旨在计算湍流通量。

与地面系统或飞机相比，MASC UAV 是一种经济高效且有价值的工具，适用于在复杂地形中进行风能电厂选址评估等研究。

“飞行中”风速计算

飞行中的风力计算提出了挑战，因为嵌入式气流探头需要补偿 UAV 的行为。此外，从气流矢量中减去 UAV 的地面速度和姿态即可计算出风速和风向。因此，精确的惯性测量单元对于准确的 UAV 飞行分析至关重要。

我们的 Ellipse-N：GPS 辅助的微型 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、重量轻，不仅可以测量姿态和航向。它将惯性数据与 GPS 和压力传感器信息融合在一起，以提供强大的位置和更高的海拔精度。

该报告显示了传感器在整个温度范围内的动态校准，这使团队更加确信该系统将满足已公布的规格。

Ellipse-N 高质量数据

Ellipse-N 通过串行接口顺利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。

当气流探头测量空速和入射角时，Ellipse-N 记录 UAV 的位置、地面速度和姿态角。此外，计算机存储原始数据以供以后使用。此外，遥测链路允许在地面站上进行实时显示。

通过使用该传感器，该系统在所有三个轴上以 ±0.5 m/s 的精度测量风速。此外，它以高达 20Hz 的频率记录速度变化，而 200Hz 的输出速率无需插值。