成功事例: UAV(無人航空機)飛行分析

風測定のためのUAV*飛行分析
*Unmanned Aerial Vehicle;無人航空機

 

SBG_UAV_960MASC(Multi-purpose Airborne Sensor Carrier;多目的空中センサキャリア)は、大気境界層研究用に開発された小型UAVです。Ellipse-Nは、UAVの位置、対地速度と姿勢角の記録に使用されました。気流を考慮すれば、風速と風向きを正確に計算することが可能です。

>> 導入顧客: エバーハルト・カル大学 環境物理学グループ(ドイツ・テュービンゲン)

>> アプリケーション: UAVによる風力エネルギー地域の評価

>> 使用製品: Ellipse-N (GNSSレシーバー内蔵のミニチュア姿勢方位基準装置(AHRS))

>> プロジェクト: UAV位置、対地速度と姿勢角の記録

SBG Ellipse-NSBG社製AHRS 『Ellipse-N』

MASCは大気境界層研究用に開発された小型UAVです。これはドイツのテュービンゲンにあるエバーハルト・カル大学の環境物理学グループによって設計・操作されました。
このUAVの主な観測機器は乱流フラックスを計算できるように設計された気象計測システムです。陸上のシステムや航空機と比べ、複雑な地形での、例えば風力エネルギープラント地域の評価のような調査にはMASCのUAVのほうが、費用効果が良く、役に立つ手法です。

「飛行中」の風速計算

組込み式の気流プローブで計測された対気速度と入射角はUAVの実際の動きによって補正される必要があるため、飛行中の風速計算には注意を払う必要があります。気流ベクトルからUAVの対地速度と姿勢を差し引くことにより、風速と風向きの計算が可能になります。従ってUAV飛行分析を実施するには正確な慣性測定装置が非常に重要なのです。

UAV飛行分析に採用されたEllipse-N

乱気流は下層大気でエネルギーの輸送と循環に重要な役割を果たしています。風速の非常に速い変動を記録するため、高いサンプルリングレートを求められます。「私たちは精密な慣性測定装置を探していました。必須仕様として、姿勢角は1°未満の精度と高いデータの出力レートでした」(エバーハルト・カル大学工学博士 Uwe Putze)。装置は小型UAVに取り付けるため、小型で軽量である事も大事なポイントでした。「すべての条件を満たし、且つ精度、サイズと重さのバランスも優れているため、Ellipse-Nを採用しました」とプロジェクト・エンジニアである彼は付け加えています。小型軽量、そしてEllipse-Nは姿勢角と機首角度の計測以上のものを提供します。GPSと圧力センサのデータを慣性データに融合することで、より精度の高い位置と高度の情報の取得が可能になります。すべての温度範囲でのセンサのダイナミック・キャリブレーションのレポートは、チームに公開された仕様対する一層確信を持たせました。

 

べての条件を満たし、しかも精度、サイズと重さのバランスも優れているため、Ellipse-Nを採用しました。
工学博士 Uwe Putze

 

成功事例_UAV_2-2_日本語付き_960

高品質データ

Ellipse-Nは、シリアル・インターフェイスによって、機載用測定コンピュータに簡単に組み込めます。気流プローブが対気スピードと入射角を測定する間に、Ellipse-NはUAVの位置、対地速度と姿勢角を記録します。遠隔測定のリンクのおかげで、生データはコンピュータに保存されながら、地上局にリアルタイムに表示することも可能です。
このセンサを使って、システムは3軸とも毎秒+/-0.5m精度の風速を計測でき、最高20Hzの速度変動率を記録することが可能です。200Hzの出力レートはどんなデータ補間も必要なく行われます。

次に来るのは?

測定システムはいくつかの現場でテストされました。様々なテスト結果と経験に基づき、環境物理学グループは、さらに精度を増すためにシステムとデータ分析ツールの改善に取り組んでいます。
Ellipse-Nはテストで好成績を上げたので、その他の多く研究用航空機に組み込みました。

Ellipse-Nの主な特徴

>> 0.2°の姿勢角、0.5°の方位角

>> 位置精度: 2m

>> 高いGの環境でも正確な姿勢角

>> 正確なUTC参照出力と同期出力信号

>> 磁気偏角と局所重力自動補正

>> カルマンフィルター搭載

このプログラムについて

環境物理学グループはテュービンゲンにあるエバーハルト・カル大学の一グループです。このグループの基本的な目的は、環境科学に物理学を組み入れることです。エバーハルト・カル大学では、主に自動的に操作できるUAVを利用し、乱気流を調査します。現在いくつかの異なるクラスの主に小型軽量電気駆動の自動操縦のUAVを開発中です。

さらに詳しい情報はこちら:
http://www.geo.uni-tuebingen.de/umphy