01.12.2017
Mikro-UAS und stationäres 3D Ultraschall Anemometer während der Validierung des in-situ Messverfahrens zur Bestimmung des lokalen Windvektors im Freifeld.

Mikro-UAS und stationäres 3D Ultraschall Anemometer während der Validierung des in-situ Messverfahrens zur Bestimmung des lokalen Windvektors im Freifeld.

Quelle: BAM, Abteilung Zerstörungsfreie Prüfung

Seit Beginn der Luftfahrt ist die Messung des lokalen Windvektors (Windgeschwindigkeit und -richtung) ein zentrales Thema, welches auch zunehmend an Bedeutung für unbemannte Luftfahrtsysteme (engl. unmanned aerial systems, UAS) gewinnt. Grund hierfür ist die steigende Anzahl der zivilen Anwendungen für UAS (z.B. in den Bereichen Infrastruktur- und Umweltmonitoring, sowie Search and Rescue Missionen), in denen der Windvektor als Datenbasis genutzt wird, oder als Störgröße berücksichtigt werden muss. Die meisten UAS haben eine relativ kleine Bauform (Mikro-UAS), ihr Betrieb erfolgt normalerweise nur in geringer Höhe. Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Trägheit sind sie stark windanfällig. Entsprechend kann der Betrieb im Einsatzgebiet durch hohe Windgeschwindigkeiten und starke Windböen eingeschränkt sein. Die Daten der meteorologischen Dienste wie z.B. des Deutschen Wetterdienstes (DWD) sind für diese Zwecke unzureichend, da sie weder in Echtzeit noch für lokal hochaufgelöste Windgeschwindigkeiten und -richtungen verfügbar sind. Daher ist die in situ Messung des lokalen Windes in Echtzeit grundlegend für den Betrieb von Mikro-UAS notwendig.

Forscher der BAM haben daher eine Methode für kopterbasierte Mikro-UAS entwickelt, die in Echtzeit den Windvektor basierend auf den Messdaten seiner On-Board-Sensorik ermittelt. Auf zusätzliche Sensorik zur Messung der Fluggeschwindigkeit, z.B. Anemometer, kann somit verzichtet werden. Zur Bewertung der Methode wurden Windkanalexperimente und Feldtests durchgeführt. Zur Quantifizierung der Messunsicherheit wurden Freifeldexperimente mit einem Anemometer als Referenzmessgerät durchgeführt.

Real-time wind estimation on a micro unmanned aerial vehicle using its inertial measurement unit
Patrick P. Neumann, Matthias Bartholmai
Sensors and actuators A: Physical Volume 235, 1 November 2015, Pages 300-310
BAM Abteilung Zerstörungsfreie Prüfung, Fachbereich Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren