DE102015121517A1 - Method and device for determining a speed vector of a wind prevailing in the surroundings of an aircraft, and aircraft - Google Patents
Method and device for determining a speed vector of a wind prevailing in the surroundings of an aircraft, and aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015121517A1 DE102015121517A1 DE102015121517.9A DE102015121517A DE102015121517A1 DE 102015121517 A1 DE102015121517 A1 DE 102015121517A1 DE 102015121517 A DE102015121517 A DE 102015121517A DE 102015121517 A1 DE102015121517 A1 DE 102015121517A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- aircraft
- wind
- velocity vector
- vicinity
- flight control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D43/00—Arrangements or adaptations of instruments
- B64D43/02—Arrangements or adaptations of instruments for indicating aircraft speed or stalling conditions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/02—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring forces exerted by the fluid on solid bodies, e.g. anemometer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/10—Rotorcrafts
- B64U10/13—Flying platforms
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/35—UAVs specially adapted for particular uses or applications for science, e.g. meteorology
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
- B64U30/20—Rotors; Rotor supports
Abstract
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Geschwindigkeitsvektors eines in der Umgebung eines Fluggeräts herrschenden Windes, umfasst ein Erfassen einer Globalposition des Fluggeräts, ein Ermitteln einer Differenz zwischen der erfassten Globalposition des Fluggeräts und einer vorbestimmten Sollposition, ein Berechnen von zumindest einer Flugsteuergröße basierend auf der ermittelten Differenz derart, dass die Globalposition des Fluggeräts mit der vorbestimmte Sollposition im Wesentlichen in Übereinstimmung gebracht wird, und ein Bestimmen des Geschwindigkeitsvektors eines in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes basierend auf der berechneten zumindest einen Flugsteuergröße. Dazu wird eine Steuerung des Fluggeräts derart durchgeführt, dass das Fluggerät mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit um eine Hochachse des Fluggeräts rotiert. Der Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes wird basierend auf der während eines Rotierens um zumindest 360° um die Hochachse des Fluggeräts berechneten zumindest einen Flugsteuergröße bestimmt.The inventive method for determining a velocity vector of a prevailing in the vicinity of an aircraft wind, comprising detecting a global position of the aircraft, determining a difference between the detected global position of the aircraft and a predetermined target position, calculating at least one flight control variable based on the determined difference such that the aircraft's global position is substantially coincident with the predetermined target position, and determining the velocity vector of a prevailing wind in the vicinity of the aircraft based on the calculated at least one flight control variable. For this purpose, a control of the aircraft is performed such that the aircraft rotates at a predetermined angular velocity about a vertical axis of the aircraft. The velocity vector of the prevailing wind in the vicinity of the aircraft is determined based on the at least one flight control variable calculated during rotation by at least 360 ° about the vertical axis of the aircraft.
Description
Zur Bestimmung gegenwärtiger Wetterbedingungen wie auch zur Vorhersage zukünftigen Wetters werden Angaben zu Windgeschwindigkeiten benötigt. Windgeschwindigkeiten in mehr als einer Höhe sind besonders nützlich.Wind speed data are needed to determine current weather conditions as well as to forecast future weather. Wind speeds in excess of one altitude are especially useful.
Es ist bekannt, Windgeschwindigkeiten mittels Pitotrohren bzw. Prandtlsonden zu bestimmen. Diese Messsonden werden in der Luftfahrt eingesetzt, um Fluggeschwindigkeiten von Flugzeugen zu messen, und werden ebenso in der Meteorologie verwendet, um Windgeschwindigkeiten zu messen.It is known to determine wind speeds by means of pitot tubes or Prandtl probes. These probes are used in aviation to measure airspeed of aircraft, and are also used in meteorology to measure wind speeds.
Das Funktionsprinzip ist dabei das gleiche. An einem Staurohr, dessen Öffnung in Richtung des anstehenden Luftstroms zeigt, wird die Summe aus dynamischem Druck (Staudruck) und statischem Druck (Umgebungsdruck) gemessen. An seitlichen Öffnungen wird nur der statische Druck gemessen. Die Differenz der beiden Messwerte ergibt den reinen dynamischen Druck, der ein Indikator für die Geschwindigkeit des anstehenden Luftstroms, beispielsweise eines Windes, ist.The functional principle is the same. The sum of dynamic pressure (dynamic pressure) and static pressure (ambient pressure) is measured on a pitot tube, the opening of which points in the direction of the pending airflow. At lateral openings only the static pressure is measured. The difference between the two measurements gives the pure dynamic pressure, which is an indicator of the velocity of the upcoming airflow, for example a wind.
Es ist bekannt, Pitotrohre an unbemannten Luftfahrzeugen (Starrflügelluftfahrzeug bzw. Flächenflügelluftfahrzeug) anzubringen, um mittels bestimmter Flugmanöver eine Windgeschwindigkeit relativ zu dem Luftfahrzeug zu messen. Dazu muss das Pitotrohr in die Richtung des erwarteten Windes gedreht werden (Flugmanöver), bzw. das Pitotrohr mehrere Staurohre mit zueinander verschiedenen Winkeln aufweisen. Ferner muss die Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs über Grund mittels anderer Sensorik bestimmt werden. Aus der Windgeschwindigkeit relativ zu dem Luftfahrzeug und der Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs über Grund kann die Windgeschwindigkeit über Grund bestimmt werden.It is known to mount pitot tubes to unmanned aircraft (fixed wing aircraft) in order to measure a wind speed relative to the aircraft by means of certain maneuvers. For this purpose, the pitot tube must be turned in the direction of the expected wind (flight maneuver), or the pitot tube have several pitot tubes with mutually different angles. Furthermore, the speed of the aircraft over ground must be determined by means of other sensors. From the wind speed relative to the aircraft and the speed of the aircraft over ground, the wind speed over ground can be determined.
Wie vorstehend beschrieben setzt diese Form der Windmessung bestimmte Flugmanöver voraus. Ferner ist diese Form der Windmessung nicht für einen Einsatz mit Drehflügelluftfahrzeugen, insbesondere mit Multikoptern nicht geeignet. Die durch die nach unten gerichteten Rotoren verursachen nämlich eine Umwirbelung des Luftfahrzeugs derart, dass die von der erfassten aufgenommenen Drücke nicht mehr der Windgeschwindigkeit entsprechen bzw. die erfassten Windgeschwindigkeitswerte stark von den Umwirbelungen verfälscht sind.As described above, this form of wind measurement requires certain maneuvers. Furthermore, this form of wind measurement is not suitable for use with rotary wing aircraft, especially with multicopters. Namely, the rotors which are directed downwards cause the aircraft to re-spin such that the pressures recorded by the detected pressure no longer correspond to the wind speed or the detected wind speed values are greatly falsified by the turbulences.
In Bezug auf Multikopter ist bekannt, bei stationärer Position, also im Schwebeflug, deren Lagewinkel im Raum zu betrachten. Vereinfacht dargestellt wird sich der Multikopter zum Halten einer Position in den Wind neigen. Aus dem Lagewinkel im Raum, also aus gegen ein von dem Wind verursachtes Wegdriften von der stationären Position wirkende Maßnahmen einer Multikoptersteuerung, wird auf die Windgeschwindigkeit geschlossen.With regard to multicopters, it is known to observe their positional angle in space in the stationary position, ie in hovering flight. Simplified, the multicopter will tend to hold a position in the wind. From the positional angle in space, that is to say from measures of a multicopter control acting against a wind drift from the stationary position caused by the wind, the wind speed is deduced.
Die Genauigkeit dieser indirekten Messung ist jedoch stark von Betrag und Richtung des Windes sowie von der Geometrie des Drehflügelluftfahrzeugs (z. B. Multikopter) abhängig.However, the accuracy of this indirect measurement is highly dependent on the magnitude and direction of the wind as well as on the geometry of the rotary wing aircraft (eg multicopter).
Zur genauen Bestimmung gegenwärtiger Wetterbedingungen und insbesondere für möglichst genaue Wettervorhersagen sind jedoch möglichst genau bestimmte Windgeschwindigkeiten, insbesondere in verschiednen Höhen, erforderlich.For the accurate determination of current weather conditions and in particular for the most accurate weather forecasts, however, wind speeds as precisely as possible, in particular at different altitudes, are required.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen verbundenen Nachteile und Probleme zu überwinden und dadurch genauere Messdaten bezüglich Windgeschwindigkeiten zu ermöglichen, als gemäß dem bekannten Stand der Technik erreichbar sind.The specified in
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This problem is solved by the features listed in
Insbesondere umfasst ein gemäß der Erfindung bereitgestelltes Verfahren zur Bestimmung eines Geschwindigkeitsvektors eines in der Umgebung eines Fluggeräts herrschenden Windes ein Erfassen einer Globalposition des Fluggeräts, ein Ermitteln einer Differenz zwischen der erfassten Globalposition des Fluggeräts und einer vorbestimmten Sollposition, ein Berechnen von zumindest einer Flugsteuergröße basierend auf der ermittelten Differenz derart, dass die Globalposition des Fluggeräts mit der vorbestimmte Sollposition im Wesentlichen in Übereinstimmung gebracht wird, und ein Bestimmen des Geschwindigkeitsvektors eines in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes basierend auf der berechneten zumindest einen Flugsteuergröße. Eine Steuerung des Fluggeräts wird derart durchgeführt wird, dass das Fluggerät mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit um eine Hochachse des Fluggeräts rotiert. Der Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes wird basierend auf der während eines Rotierens um zumindest 360° um die Hochachse des Fluggeräts berechneten zumindest einen Flugsteuergröße bestimmt.In particular, a method for determining a velocity vector of a wind prevailing in the environment of an aircraft comprises detecting a global position of the aircraft, determining a difference between the detected global position of the aircraft and a predetermined target position, calculating at least one flight control amount based on the determined difference such that the global position of the aircraft is substantially matched with the predetermined target position, and determining the velocity vector of a prevailing wind in the vicinity of the aircraft based on the calculated at least one flight control variable. Control of the aircraft is performed such that the aircraft rotates at a predetermined angular velocity about a vertical axis of the aircraft. The velocity vector of the prevailing wind in the vicinity of the aircraft is determined based on the at least one flight control variable calculated during rotation by at least 360 ° about the vertical axis of the aircraft.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch Bestimmung der Windgeschwindigkeit (des Geschwindigkeitsvektors des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes) während einer vollständigen Rotation des Fluggeräts der Zusammenhang zwischen der Richtung des Windes und der Geometrie des Fluggeräts berücksichtigt wird. Auf diese Weise können sich aus dem Stand der Technik ergebende Ungenauigkeiten vermieden werden. Die Rotation sorgt ferner für eine Stabilität der Fluglage des Fluggeräts derart, dass eventuell störende bzw. verfälschende äußere Einflüsse auf die Fluglage minimiert werden können.The advantages achieved by the invention are in particular that by determining the wind speed (the velocity vector of the prevailing wind in the vicinity of the aircraft) during a complete rotation of the aircraft, the relationship between the direction of the wind and the geometry of the aircraft is taken into account. In this way, inaccuracies resulting from the prior art can be avoided. The rotation also ensures a stability of the attitude of the aircraft such that any disturbing or distorting external influences on the attitude can be minimized.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes einen Windgeschwindigkeitsbetrag und eine Windrichtung in einer senkrecht zu der Vertikalrichtung stehenden Ebene.According to an advantageous development of the invention, the velocity vector of the prevailing wind in the vicinity of the aircraft comprises a wind speed amount and a wind direction in a plane perpendicular to the vertical direction.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die vorbestimmte Sollposition eine geografische Länge und eine geografische Breite des Fluggeräts.According to an advantageous embodiment of the invention, the predetermined target position includes a geographical longitude and a latitude of the aircraft.
Zusätzlich kann die vorbestimmte Sollposition einen Höhenwert umfassen. Dieser kann eine Höhe über Grund, eine Höhe über Normalnull, oder ein vergleichbarer Höhenwert beispielsweise basierend auf Globalpositionskoordinaten sein.In addition, the predetermined target position may include a height value. This may be a height above ground, a height above sea level, or a comparable altitude value, for example, based on global position coordinates.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die zumindest eine Flugsteuergröße einen Winkel einer Neigung der Hochachse des Fluggeräts gegenüber der Vertikalrichtung und eine Richtung der Neigung in einer senkrecht zu der Vertikalrichtung stehenden Ebene.According to a further advantageous development of the invention, the at least one flight control variable comprises an angle of an inclination of the vertical axis of the aircraft relative to the vertical direction and a direction of the inclination in a plane perpendicular to the vertical direction.
Bei Fluggeräten, insbesondere bei Multikoptern, können Seitenwinde leicht durch eine Neigung des Fluggeräts ausgeglichen werden, die basierend auf der Auswirkung der Seitenwinde (z. B. seitlicher Versatz der Position des Fluggeräts) bestimmt werden. Eine Bestimmung der Windgeschwindigkeit basierend auf der Neigung im Raum minimiert den Einsatz von über für die Steuerung des Fluggeräts notwendiger Sensorik hinausgehenden Mitteln.In the case of aircraft, in particular multicopters, side winds can be easily compensated for by an inclination of the aircraft, which is determined based on the effect of crosswinds (eg lateral offset of the position of the aircraft). Determining the wind speed based on the slope in space minimizes the use of means beyond that required for aircraft control.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes basierend auf einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Winkel und der Richtung der Neigung sowie dem Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes bestimmt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the velocity vector of the prevailing in the vicinity of the aircraft wind is determined based on a predetermined relationship between the angle and the direction of the inclination and the velocity vector of the prevailing in the vicinity of the aircraft wind.
Auf diese Weise kann eine genaue Bestimmung der Windgeschwindigkeit ohne aufwändige Rechenoperationen erreicht werden. Die Beziehung kann in Form einer Wertetabelle (Look-Up-Table) oder einer Berechnungsformel bereitgestellt sein, mittels derer ausgehend von einem bestimmten Wert der Neigung im Raum ein entsprechender Wert der Windgeschwindigkeit ermittelt oder interpoliert werden kann. Die vorab bestimmte Beziehung kann beispielsweise mithilfe von Radiosondendaten, Profilern, Messmasten etc. aber auch beispielsweise mittels Windkanalmessungen festgestellt werden.In this way, an accurate determination of the wind speed can be achieved without complex arithmetic operations. The relationship may be provided in the form of a look-up table or a calculation formula by means of which a corresponding value of the wind speed can be determined or interpolated on the basis of a specific value of the inclination in space. The predetermined relationship can be determined, for example, by means of radio probe data, profilers, measuring masts, etc., but also, for example, by means of wind tunnel measurements.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die zumindest eine Flugsteuergröße ein Ansteuerausmaß für zumindest ein Auftriebserzeugungselement des Fluggeräts.According to a further advantageous development of the invention, the at least one flight control variable comprises a drive amount for at least one lift generating element of the aircraft.
Auf diese Weise können noch einfacher durch die Flugsteuerung bereits bekannte Werte verwendet werden und somit ein Erfassungsaufwand vermindert werden.In this way, even more easily known values can be used by the flight control and thus a collection effort can be reduced.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die zumindest eine Flugsteuergröße während des Rotierens um die Hochachse des Fluggeräts fortlaufend berechnet, und der Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes basierend auf einem Mittelwert der während eines Rotierens um zumindest 360° um die Hochachse des Fluggeräts fortlaufend berechneten zumindest einen Flugsteuergröße bestimmt.According to a further advantageous development of the invention, the at least one flight control variable is continuously calculated while rotating about the vertical axis of the aircraft, and the velocity vector of the prevailing wind in the vicinity of the aircraft based on an average of at least 360 ° about the vertical axis of the Aircraft continuously calculated at least one flight control variable determined.
Durch fortlaufende, kontinuierliche Berechnung der Flugsteuergröße, d. h. der Grundlage der Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors sowie die Mittelwertbildung aller so berechneten Werte der Flugsteuergröße über ein Rotierintervall von zumindest 360° können von der Fluggerätgeometrie abhängige und weitere das Bestimmungsergebnis für den Geschwindigkeitsvektor des Windes störende bzw. verfälschende Einflussfaktoren ausgeglichen werden. Ein genauerer Messwert für die Windgeschwindigkeit wird erzielt.By continuous, continuous calculation of the flight control quantity, d. H. the basis of the determination of the velocity vector as well as the averaging of all thus calculated values of the flight control variable over a rotation interval of at least 360 ° can be compensated by influencing factors that depend on the aircraft geometry and other disturbing or falsifying the determination result for the velocity vector of the wind. A more accurate wind speed reading is obtained.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Steuerung des Fluggeräts derart durchgeführt, dass sich das Fluggerät mit einer vorbestimmten Vertikalgeschwindigkeit in der Vertikalrichtung bewegt.According to a further advantageous embodiment of the invention, a control of the aircraft is performed such that the aircraft moves at a predetermined vertical speed in the vertical direction.
Zwar können Windgeschwindigkeiten auf verschiedenen Höhen auch dadurch bestimmt werden, dass sich das Fluggerät auf die jeweiligen Flughöhen begibt und auf diesen Flughöhen jeweils eine Messserie über mindestens 360° durchführt. Da sich der Wind in Bezug auf die Flughöhe jedoch nur langsam ändert (verschiedene Winde in verschiedenen Luftschichten, wobei der Wind in der jeweiligen Luftschicht näherungsweise konstant ist), kann durch eine Messung bereits während des Aufstiegs, wobei das Fluggerät dabei rotiert, effizienter durchgeführt werden.Although wind speeds can be determined at different heights by the fact that the aircraft goes to the respective altitudes and at these altitudes each performs a series of measurements over at least 360 °. However, since the wind changes only slowly in terms of altitude (different winds in different layers of air, with the wind in the respective air layer being approximately constant), measurement can already be made more efficiently during ascent, with the aircraft rotating ,
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die vorbestimmte Vertikalgeschwindigkeit in der Vertikalrichtung eine Steiggeschwindigkeit. Alternativ dazu kann eine Windmessung während eines Sinkens oder während eines Steigens und eines Sinkens des Fluggeräts bestimmt werden. According to a further advantageous development of the invention, the predetermined vertical speed in the vertical direction is a climbing speed. Alternatively, a wind measurement may be determined during a fall or during a climb and fall of the aircraft.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes ferner basierend auf der vorbestimmten Vertikalgeschwindigkeit bestimmt.According to a further advantageous development of the invention, the velocity vector of the prevailing wind in the environment of the aircraft is further determined based on the predetermined vertical velocity.
Durch Einfließenlassen der Vertikalgeschwindigkeit, zusätzlich zu beispielsweise den Neigungswinkeln im Raum, wird die resultierende bestimmte Windgeschwindigkeit (der Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes) noch genauer.By incorporating the vertical velocity, in addition to, for example, the pitch angles in space, the resulting determined wind speed (the velocity vector of the wind prevailing in the environment of the aircraft) becomes even more accurate.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die vorbestimmte Winkelgeschwindigkeit und die vorbestimmte Vertikalgeschwindigkeit derart gewählt, dass das Fluggerät während einer Bewegung in der Vertikalrichtung um 1 m bis 200 m um 360° um die Hochachse des Fluggeräts rotiert. Die Beträge von sowohl der Rotationsgeschwindigkeit als der Vertikalgeschwindigkeit sind größer Null (0).According to a further advantageous embodiment of the invention, the predetermined angular velocity and the predetermined vertical velocity are selected such that the aircraft rotates during a movement in the vertical direction by 1 m to 200 m by 360 ° about the vertical axis of the aircraft. The amounts of both the rotational speed and the vertical speed are greater than zero (0).
Bevorzugt sind die vorbestimmte Winkelgeschwindigkeit und die vorbestimmte Vertikalgeschwindigkeit derart gewählt, dass das Fluggerät während einer Bewegung in der Vertikalrichtung um 1 m, 5 m, 10, 20 m, 30 oder 100 m um 360° um die Hochachse des Fluggeräts rotiert.Preferably, the predetermined angular velocity and the predetermined vertical velocity are selected such that the aircraft rotates by 360 ° about the vertical axis of the aircraft during a movement in the vertical direction by 1 m, 5 m, 10, 20 m, 30 or 100 m.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Globalposition des Fluggeräts unter Verwendung von zumindest einem aus einem Globalpositionssystem, einer Trägheitsnavigationsvorrichtung, und einer Funknavigationsvorrichtung erfasst.According to a further advantageous embodiment of the invention, the global position of the aircraft is detected using at least one of a global positioning system, an inertial navigation device, and a radio navigation device.
Das Problem wird ebenso durch die im Patentanspruch 13 aufgeführten Merkmale gelöst.The problem is also solved by the features listed in
Insbesondere umfasst eine gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Vorrichtung zur Bestimmung eines Geschwindigkeitsvektors eines in der Umgebung eines Fluggeräts herrschenden Windes, eine Erfassungseinrichtung, die zu einer Erfassung einer Globalposition des Fluggeräts eingerichtet ist, eine Ermittlungseinrichtung, die zu einer Ermittlung einer Differenz zwischen der erfassten Globalposition des Fluggeräts und einer vorbestimmten Sollposition eingerichtet ist, eine Berechnungseinrichtung, die zu einer Berechnung von zumindest einer Flugsteuergröße basierend auf der ermittelten Differenz derart, dass die Globalposition des Fluggeräts mit der vorbestimmte Sollposition im Wesentlichen in Übereinstimmung gebracht wird, eingerichtet ist, eine Bestimmungseinrichtung, die zu einer Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors eines in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes basierend auf der berechneten zumindest einen Flugsteuergröße eingerichtet ist, und eine Steuereinrichtung, die zu einer Steuerung des Fluggeräts derart, dass das Fluggerät mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit um eine Hochachse des Fluggeräts rotiert, eingerichtet ist. Die Bestimmungseinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, den Geschwindigkeitsvektor des in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes basierend auf der während eines Rotierens um zumindest 360° um die Hochachse des Fluggeräts berechneten zumindest einen Flugsteuergröße zu bestimmen.In particular, a device provided according to the present invention for determining a velocity vector of a prevailing wind in the vicinity of an aircraft, a detection device, which is set up for detecting a global position of the aircraft, a detection device, which is used to determine a difference between the detected global position of A computing device, which is set up for a calculation of at least one flight control variable based on the determined difference such that the global position of the aircraft is substantially matched with the predetermined target position, a determination device, the a determination of the velocity vector of a prevailing in the vicinity of the aircraft wind is set up based on the calculated at least one flight control variable, and a Steuerein direction, which is set up to control the aircraft such that the aircraft rotates at a predetermined angular velocity about a vertical axis of the aircraft. The determination device is further configured to determine the velocity vector of the prevailing wind in the vicinity of the aircraft based on the calculated during a rotation by at least 360 ° about the vertical axis of the aircraft at least one flight control variable.
Das Problem wird ebenso durch die im Patentanspruch 14 aufgeführten Merkmale gelöst.The problem is also solved by the features listed in
Insbesondere umfasst ein gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestelltes Fluggerät zur Bestimmung eines Geschwindigkeitsvektors eines in der Umgebung des Fluggeräts herrschenden Windes, eine vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung und zumindest ein Auftriebserzeugungselement, das zu einer Erzeugung von Auftrieb gemäß einer Ansteuerung durch die Steuereinrichtung eingerichtet ist.In particular, an aircraft provided according to the present invention for determining a velocity vector of a prevailing wind in the environment of the aircraft, a device according to the invention described above and at least one lift generating element, which is adapted to generate lift according to a control by the control device.
Das Fluggerät kann ein Multikopter mit vier, sechs, acht oder zwölf angetriebenen Rotoren als Auftriebserzeugungselemente sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt.The aircraft may be a multicopter with four, six, eight, or twelve powered rotors as lift generators, but is not limited thereto.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Hilfe der angehängten Zeichnung näher beschrieben, bei derAn embodiment of the invention will be described with reference to the attached drawings, in which
Wie in
Die Erfassungseinrichtung
Die Ermittlungseinrichtung
Die Berechnungseinrichtung
Die Bestimmungseinrichtung
Die Steuereinrichtung
Die Bestimmungseinrichtung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können bei der Messung von Wind mittels eines Fluggeräts wie eines Multikopters auftretende Fehler erheblich kompensiert werden.According to the present invention, errors occurring in the measurement of wind by means of an aircraft such as a multicopper can be significantly compensated for.
Solche auftretende Fehler sind solche, die unter Anderem daraus resultieren, dass das Fluggerät
Durch diese Einflussfaktoren wird dem Wind nämlich je nach Richtung ein anderer Querschnitt des Fluggeräts entgegengestellt und der Wind trifft je nach Richtung auf verschiedene Luftverwirbelungen, die mehr oder weniger auf das Fluggerät wirken können. Beispielsweise können auch unter den Auftriebserzeugungseinrichtungen
Die Kompensation dieser Fehlmessungen wird erreicht, indem eine Mittelung von den jeweils berechneten Windrichtungen bei verschiedenen Gierwinkeln (wobei Gieren ein Rotieren um die Hochachse HA des Fluggeräts
Die Eigendrehung bzw. Rotation (R) erfolgt dabei bevorzugt in einer Richtung (R) bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit.The internal rotation or rotation (R) is preferably carried out in one direction (R) at a constant rotational speed.
Bevorzugt legt das Fluggerät
Die Windgeschwindigkeit wird aus einer Beziehung zwischen Aufstiegsgeschwindigkeit und dem Winkel z (z-Winkel, Winkel zwischen Hochachse HA und Achse der Vertikalrichtung VR bzw. senkrechter Achse) abgeleitet bzw. bestimmt. Andere Größen und/oder Erkenntnisse können ebenfalls in die Bestimmung mit einfließen. Die Beziehung kann dabei vorbestimmt bzw. kalibriert sein z. B. aus Radiosondendaten, Profilern, Messmasten, etc., und kann ebenso bei Windkanalmessungen ermittelt sein. Mit anderen Worten könnte mittels vorab experimentell bestimmter Werte eine Wertetabelle (Look-Up-Table, LUT) oder Ähnliches erstellt werden (ggf. unter Verwendung einer Interpolation), auf die dann zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit zurückgegriffen werden kann. Vergleichbar könnte mittels der experimentell bestimmten Werte vorab eine Berechnungsformel erzeugt werden.The wind speed is derived from a relationship between the ascent speed and the angle z (z-angle, angle between the vertical axis HA and the axis of the vertical direction VR and the vertical axis, respectively). Other sizes and / or findings may also be included in the determination. The relationship may be predetermined or calibrated z. B. from radiosonde data, profilers, masts, etc., and may also be determined in wind tunnel measurements. In other words, a value table (look-up table, LUT) or the like could be created by means of previously experimentally determined values (possibly using an interpolation), which can then be used to determine the wind speed. Comparably, a calculation formula could be generated beforehand by means of the experimentally determined values.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015121517.9A DE102015121517B4 (en) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | Method and device for determining a speed vector of a wind prevailing in the surroundings of an aircraft, and aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015121517.9A DE102015121517B4 (en) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | Method and device for determining a speed vector of a wind prevailing in the surroundings of an aircraft, and aircraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015121517A1 true DE102015121517A1 (en) | 2017-06-14 |
DE102015121517B4 DE102015121517B4 (en) | 2017-08-03 |
Family
ID=58773333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015121517.9A Active DE102015121517B4 (en) | 2015-12-10 | 2015-12-10 | Method and device for determining a speed vector of a wind prevailing in the surroundings of an aircraft, and aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015121517B4 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108502173A (en) * | 2018-03-13 | 2018-09-07 | 河海大学 | A kind of robot of real-time high-precision weather detection system |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11402855B2 (en) * | 2017-07-21 | 2022-08-02 | Nec Corporation | Processing device, drive control device, data processing method, and storage medium for attitude control of moving body based on wind conditions |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19906955C1 (en) * | 1999-02-19 | 2000-10-05 | Ernst Dieter Voigt | Wind vector evaluation method e.g. for flight path plotting, uses overlapping of 2 circles obtained from 2 actual velocity measurements so that corresponding ground speed vectors meet at common point |
US8219267B2 (en) * | 2010-05-27 | 2012-07-10 | Honeywell International Inc. | Wind estimation for an unmanned aerial vehicle |
US20130158749A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Aaron Contorer | Methods, systems, and apparatuses for measuring fluid velocity |
US8571729B2 (en) * | 2012-02-08 | 2013-10-29 | The Boeing Company | Wind calculation system using a constant bank angle turn |
US20140046510A1 (en) * | 2012-08-13 | 2014-02-13 | Lockheed Martin Corporation | Estimating a wind vector |
US20140129057A1 (en) * | 2012-04-02 | 2014-05-08 | Prox Dynamics As | Passive local wind estimator |
-
2015
- 2015-12-10 DE DE102015121517.9A patent/DE102015121517B4/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19906955C1 (en) * | 1999-02-19 | 2000-10-05 | Ernst Dieter Voigt | Wind vector evaluation method e.g. for flight path plotting, uses overlapping of 2 circles obtained from 2 actual velocity measurements so that corresponding ground speed vectors meet at common point |
US8219267B2 (en) * | 2010-05-27 | 2012-07-10 | Honeywell International Inc. | Wind estimation for an unmanned aerial vehicle |
US20130158749A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Aaron Contorer | Methods, systems, and apparatuses for measuring fluid velocity |
US8571729B2 (en) * | 2012-02-08 | 2013-10-29 | The Boeing Company | Wind calculation system using a constant bank angle turn |
US20140129057A1 (en) * | 2012-04-02 | 2014-05-08 | Prox Dynamics As | Passive local wind estimator |
US20140046510A1 (en) * | 2012-08-13 | 2014-02-13 | Lockheed Martin Corporation | Estimating a wind vector |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108502173A (en) * | 2018-03-13 | 2018-09-07 | 河海大学 | A kind of robot of real-time high-precision weather detection system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102015121517B4 (en) | 2017-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110631593B (en) | Multi-sensor fusion positioning method for automatic driving scene | |
US9057627B2 (en) | Low cost flight instrumentation system | |
DE4029215C2 (en) | ||
EP2527792B1 (en) | Method for supporting a pilot when landing an aircraft in case of restricted visibility | |
DE2659094C3 (en) | ||
DE2749868C3 (en) | Sun and earth detection methods for satellites | |
CN102749071B (en) | A kind of method based on the unmanned plane aeroplane photography monitoring soil erosion | |
CN109710961B (en) | High-altitude unmanned aerial vehicle limit rising data processing method based on GPS data | |
DE102020113154A1 (en) | VIRTUAL SENSOR AND COMPASS CALIBRATION | |
Gracey | Summary of methods of measuring angle of attack on aircraft | |
CN104504255B (en) | A kind of determination method of screw wing lift and resistance torque | |
CN107101636A (en) | A kind of method that use Kalman filter recognizes many rotor dynamics model parameters | |
DE102015121517B4 (en) | Method and device for determining a speed vector of a wind prevailing in the surroundings of an aircraft, and aircraft | |
CN109725649A (en) | One kind determining high algorithm based on barometer/IMU/GPS Multi-sensor Fusion rotor wing unmanned aerial vehicle | |
Wetz et al. | Spatially distributed and simultaneous wind measurements with a fleet of small quadrotor UAS | |
Rhudy et al. | Wind field velocity and acceleration estimation using a small UAV | |
WO2017102277A1 (en) | Flying device for recording the wind vector | |
DE2922415C2 (en) | Navigation device for land vehicles | |
Miyake et al. | Airborne measurement of turbulent fluxes | |
CN103808309A (en) | Three-dimensional aerial photograph forest measurement method for unmanned aerial vehicle | |
CN104596485A (en) | Method for measuring heights and widths of vertical target object in any position by using single picture of photographing superstation | |
WO2017174238A1 (en) | Method and device for detecting a fault of a barometric pressure measuring system arranged aboard a flying device | |
CN114778887A (en) | Unmanned aerial vehicle wind measurement method and device based on improved triangular vector model | |
CN113324526A (en) | Landslide body-oriented unmanned aerial vehicle elevation route photographic parameter determination method | |
Bateman et al. | Flight Testing an Onboard Turbulence Quantification System for Multicopter Vehicles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |