RU2650094C2 - Method of the wind speed and its directions horizontal and vertical components averaged values determination - Google Patents
Method of the wind speed and its directions horizontal and vertical components averaged values determination Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650094C2 RU2650094C2 RU2016119943A RU2016119943A RU2650094C2 RU 2650094 C2 RU2650094 C2 RU 2650094C2 RU 2016119943 A RU2016119943 A RU 2016119943A RU 2016119943 A RU2016119943 A RU 2016119943A RU 2650094 C2 RU2650094 C2 RU 2650094C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uav
- wind
- point
- vertical components
- horizontal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/08—Adaptations of balloons, missiles, or aircraft for meteorological purposes; Radiosondes
Abstract
Description
Способ определения усредненных значений горизонтальной и вертикальной составляющих скорости ветра и его направления относится к метеорологии и предназначен для измерения параметров ветра в заданной точке.The method for determining the averaged values of the horizontal and vertical components of the wind speed and its direction relates to meteorology and is intended to measure wind parameters at a given point.
Известны способы и устройства для определения скорости и направления ветра путем использования воздушных шаров или радиозондов (Патент на изобретение РФ №2101736, МПК G01W 1/02, 01.10.1998, патенты на полезные модели №103195, МПК G01W 1/08, 01.12.2010, №92204, МПК G01W 1/02, 10.03.2010).Known methods and devices for determining the speed and direction of the wind by using balloons or radiosondes (Patent for the invention of the Russian Federation No. 2101736, IPC G01W 1/02, 10/01/1998, utility patents No. 103195, IPC G01W 1/08, 12/01/2010 No. 92204, IPC G01W 1/02, 03/10/2010).
Недостатком таких технических решений является сложность в обеспечении неподвижности зонда относительно окружающей среды, что снижает точность определения искомых величин.The disadvantage of such technical solutions is the difficulty in ensuring the immobility of the probe relative to the environment, which reduces the accuracy of determining the desired values.
Наиболее близким является способ, описанный в устройстве для определения скорости и направления ветра на заданной высоте, который выбран в качестве прототипа. Способ заключается в запуске зонда в интересующую область пространства на заданную высоту с помощью специальных средств, обеспечении движения зонда в горизонтальном направлении по ветру и регистрации скорости и направления ветра с помощью специальных средств. Зонд снабжен системой спутниковой навигации, электронным гироскопом, электронным магнитным компасом (Патент РФ 98256, МПК G01W 1/00, 27.04.2010).The closest is the method described in the device for determining the speed and direction of the wind at a given height, which is selected as a prototype. The method consists in launching the probe into the desired region of space to a predetermined height using special means, ensuring the probe moves in the horizontal direction in the wind and recording the speed and direction of the wind using special means. The probe is equipped with a satellite navigation system, an electronic gyroscope, an electronic magnetic compass (RF Patent 98256, IPC G01W 1/00, 04/27/2010).
Недостатком прототипа является невозможность определения вертикальной составляющей скорости ветра и сложность приведения движения зонда в горизонтальном направлении по ветру и обеспечения его неподвижности относительно окружающей среды.The disadvantage of the prototype is the inability to determine the vertical component of the wind speed and the difficulty of bringing the probe in the horizontal direction in the wind and ensuring its immobility relative to the environment.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение точности следования зонда за движением окружающей среды, обеспечивая его неподвижность относительно окружающей среды.The objective of the invention is the expansion of functionality, improving the accuracy of the probe following the movement of the environment, ensuring its immobility relative to the environment.
Технический результат - расширение функциональных возможностей, а именно измерения усредненных значений горизонтальной и вертикальной составляющих скорости ветра и его направления в заданной точке.The technical result is the expansion of functionality, namely measuring the average values of the horizontal and vertical components of the wind speed and its direction at a given point.
Технический результат достигается тем, что, как и в известном способе определения усредненных значений скорости и направления ветра, запускают зонд в интересующую область пространства на заданную высоту, обеспечивают движение зонда по ветру, отслеживают траекторию его движения под действием ветра, направляя информацию на радиоприемную систему, при этом зонд снабжен системой спутниковой навигации, электронным гироскопом, электронным магнитным компасом.The technical result is achieved by the fact that, as in the known method for determining the averaged values of wind speed and direction, a probe is launched into a region of space of interest to a predetermined height, the probe moves in the wind, and its trajectory is monitored by the wind, directing information to the radio receiving system, the probe is equipped with a satellite navigation system, an electronic gyroscope, an electronic magnetic compass.
В отличие от известного способа, в качестве зонда используют беспилотный летательный аппарат (БПЛА) мультироторного типа, способный зависать в воздухе и возвращаться в заданную точку пространства. По достижении необходимой высоты и географических координат БПЛА переводят в режим удержания горизонтального положения и нулевой плавучести, который характеризуется равенством по модулю и противоположностью по направлению вектора тяги и веса БПЛА. Затем, через время, необходимое для уравнивания скорости БПЛА относительно ветра, которое определяют эмпирически, по исчезновению ускорения, измеряют с помощью системы спутниковой навигации широту, долготу и высоту первой точки и текущее время, а через определенное методикой время измеряют широту, долготу, высоту второй точки и текущее время, после чего, решая обратную геодезическую задачу, рассчитывают усредненные значения горизонтальной и вертикальной составляющих скорости ветра и его направления.Unlike the known method, an unmanned aerial vehicle (UAV) of a multi-rotor type, capable of hovering in the air and returning to a given point in space, is used as a probe. Upon reaching the required height and geographical coordinates, the UAVs are transferred to the horizontal position and zero buoyancy holding mode, which is characterized by equality in absolute value and opposite in direction of the thrust vector and UAV weight. Then, after the time necessary to equalize the speed of the UAV relative to the wind, which is determined empirically, by the disappearance of acceleration, the latitude, longitude and height of the first point and the current time are measured using a satellite navigation system, and after a certain time, the latitude, longitude, and height of the second are measured points and current time, after which, solving the inverse geodesic problem, calculate the average values of the horizontal and vertical components of the wind speed and its direction.
Движение БПЛА в описанном выше режиме соответствует усредненному движению ветра в данной области пространства. Для определения направления и величины трехмерного вектора средней скорости ветра необходимо рассматривать такие показания навигационных приборов, как широта, долгота и высота.The UAV movement in the mode described above corresponds to the average wind movement in a given area of space. To determine the direction and magnitude of the three-dimensional vector of the average wind speed, it is necessary to consider such indications of navigation devices as latitude, longitude and altitude.
Для выполнения работ по определению усредненных значений горизонтальной и вертикальной составляющих скорости ветра и его направления предлагается применять БПЛА мультироторного типа с электрической силовой установкой, которые оснащаются системой спутниковой навигации, электронным гироскопом, электронным компасом и высотомером. В комплект комплекса дистанционного мониторинга должны входить: летательный аппарат, расположенный в защитном кейсе весом не более 20 кг, удобном для переноски в полевых условиях; наземная станция управления (НСУ) с ноутбуком специального исполнения (противоударное, пылевлагозащитное исполнение); зарядная станция (зарядное устройство) с комплектом аккумуляторных батарей для БПЛА; комплект запасных частей и вспомогательного оборудования для проведения мелкого ремонта в полевых условиях; руководство по летной эксплуатации, паспорта и формуляры на БПЛА.To perform work on determining the average values of the horizontal and vertical components of the wind speed and its direction, it is proposed to use multi-rotor UAVs with an electric power plant, which are equipped with a satellite navigation system, an electronic gyroscope, an electronic compass and an altimeter. The set of the remote monitoring complex should include: an aircraft located in a protective case weighing no more than 20 kg, convenient for carrying in the field; ground control station (NSU) with a laptop of special design (shockproof, dust and moisture protection); charging station (charger) with a set of batteries for the UAV; a set of spare parts and auxiliary equipment for minor repairs in the field; flight operation manual, passports and UAV forms.
В дополнительное оснащение комплекса дистанционного мониторинга рекомендуется включать: малогабаритную бензоэлектростанцию мощностью не менее 1 кВт или дополнительный автомобильный аккумулятор емкостью не менее 55 А/час, весом не более 20 кг (для работы в полевых условиях в случае отсутствия автомобиля, или невозможности подъезда автомобиля к месту старта); съемный носитель информации; спутниковый навигатор (ГЛОНАСС/GPS); 2-3 комплекта «радиомаяка» с индивидуальным питанием и продолжительностью их работы не менее 6 часов, если конструкция и программное обеспечение БПЛА допускает их применение; 2-3 съемных флеш-карты памяти объемом не менее 16 Гб для записи видео-(фото) информации на борту БПЛА, если конструкция и программное обеспечение БПЛА допускает их применение; антенный кабель-удлинитель длиной 15-20 м с усилителем сигнала для увеличения высоты подъема антенны в полевых условиях, если конструкция и программное обеспечение НСУ допускает их применение.It is recommended to include in the additional equipment of the remote monitoring complex: a small-sized gas-fired power station with a capacity of at least 1 kW or an additional car battery with a capacity of at least 55 A / hour and weighing no more than 20 kg (for working in the field in the absence of a car, or the inability to drive the car to a place start); removable storage medium; satellite navigator (GLONASS / GPS); 2-3 sets of “beacon” with individual power supply and a duration of at least 6 hours, if the design and software of the UAV allows their use; 2-3 removable flash memory cards of at least 16 GB for recording video (photo) information on board the UAV, if the design and software of the UAV allows their use; antenna extension cable 15-20 m long with a signal amplifier to increase the height of the antenna in the field, if the design and software of the NSU allows their use.
Способ осуществлялся следующим образом.The method was carried out as follows.
1. В точку измерения запустили БПЛА мультироторного типа, способный зависать в воздухе и возвращаться в заданную точку пространства, имеющий спутниковую систему навигации, гироскоп и магнитный компас.1. A multi-rotor UAV was launched at the measurement point, capable of hovering in the air and returning to a given point in space, which has a satellite navigation system, a gyroscope and a magnetic compass.
2. При достижении БПЛА нужной точки с заранее выбранными географическим координатами перевели БПЛА в режимы горизонтального положения удержания и «нулевой плавучести», который характеризуется равенством по модулю и противоположностью по направлению вектора тяги и веса БПЛА. Через время, необходимое для уравнивания скорости БПЛА относительно ветра (момент времени определили эмпирически, по исчезновению ускорения), начали фиксацию показаний бортовых навигационных приборов. Фиксируемые показания содержат данные как о горизонтальном (широта-долгота), так и о вертикальном (высота) положении БПЛА.2. When the UAV reaches the desired point with preselected geographical coordinates, the UAV is transferred to the horizontal holding and “zero buoyancy” modes, which is characterized by equality in absolute value and opposite in direction of the thrust vector and UAV weight. After the time required to equalize the speed of the UAV relative to the wind (the time was determined empirically, by the disappearance of acceleration), we began to fix the readings of the on-board navigation devices. The recorded readings contain data on both the horizontal (latitude-longitude) and vertical (height) position of the UAV.
3. Принимая зафиксированные показания навигационных приборов соответствующими характеристикам ветра в рассматриваемой области, определили направление и величину трехмерного вектора средней скорости ветра.3. Taking the recorded readings of navigation instruments corresponding to the wind characteristics in the considered area, we determined the direction and magnitude of the three-dimensional vector of the average wind speed.
4. Исходные данные передавали на наземную станцию управления по штатному радиоканалу (телеметрия).4. The source data was transmitted to the ground control station via a standard radio channel (telemetry).
Можно вернуть БПЛА в исходную точку и повторить пункты 1…3, либо переместить БПЛА в новую точку измерения, либо осуществить приземление БПЛА для замены аккумуляторных батарей.You can return the UAV to the starting point and repeat steps 1 ... 3, or move the UAV to a new measurement point, or make the UAV land to replace the batteries.
Данный алгоритм может выполняться автоматически, по программе.This algorithm can be performed automatically, according to the program.
Измеренные величины передаются наземной станции управления с телеметрией и анализируются автоматически в режиме реального времени.The measured values are transmitted to the ground control station with telemetry and analyzed automatically in real time.
Таким образом может быть рассчитана усредненная скорость ветра на заданной высоте с усреднением неравномерности движения БПЛА по траектории с учетом не только горизонтальной, но и вертикальной составляющей скорости.Thus, the averaged wind speed at a given height can be calculated by averaging the uneven movement of the UAV along the trajectory, taking into account not only the horizontal, but also the vertical component of the speed.
В качестве БПЛА использован гексакоптер DJI Spreading Wings S900 с доработанным программным обеспечением.As a UAV, a DJI Spreading Wings S900 hexacopter with modified software was used.
Возможен вариант, в котором измеряемые величины записываются на сменный носитель, устанавливаемый на БПЛА. Расчеты ведутся после посадки БПЛА.A variant is possible in which the measured values are recorded on removable media mounted on the UAV. Calculations are carried out after landing UAV.
Дополнительные достоинства: независимость от состояния облачности, тумана; произвольный выбор точки измерения; управляемый возврат зонда в точку старта по завершении измерений.Additional advantages: independence from cloudiness, fog; arbitrary choice of measuring point; controlled return of the probe to the starting point upon completion of measurements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119943A RU2650094C2 (en) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Method of the wind speed and its directions horizontal and vertical components averaged values determination |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119943A RU2650094C2 (en) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Method of the wind speed and its directions horizontal and vertical components averaged values determination |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016119943A RU2016119943A (en) | 2017-11-28 |
RU2650094C2 true RU2650094C2 (en) | 2018-04-06 |
Family
ID=60580691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016119943A RU2650094C2 (en) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Method of the wind speed and its directions horizontal and vertical components averaged values determination |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2650094C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727315C1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-07-21 | Федеральное государственное казённое учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining averaged values of meteorological parameters in the boundary layer of the atmosphere |
RU2744772C1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-03-15 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method for determining wind speed and direction using unmanned aircraft |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU593150A1 (en) * | 1976-03-05 | 1978-02-15 | Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения | Method of measuring mean direction and velocity of wind |
RU2013151242A (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-27 | Открытое акционерное общество "Радиозавод" | METHOD FOR DETERMINING SPEED AND DIRECTION OF WIND |
CN205139164U (en) * | 2015-11-20 | 2016-04-06 | 中国计量学院 | Particle image velocimetry detecting system based on unmanned aerial vehicle |
-
2016
- 2016-05-23 RU RU2016119943A patent/RU2650094C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU593150A1 (en) * | 1976-03-05 | 1978-02-15 | Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения | Method of measuring mean direction and velocity of wind |
RU2013151242A (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-27 | Открытое акционерное общество "Радиозавод" | METHOD FOR DETERMINING SPEED AND DIRECTION OF WIND |
CN205139164U (en) * | 2015-11-20 | 2016-04-06 | 中国计量学院 | Particle image velocimetry detecting system based on unmanned aerial vehicle |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727315C1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-07-21 | Федеральное государственное казённое учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining averaged values of meteorological parameters in the boundary layer of the atmosphere |
RU2744772C1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-03-15 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method for determining wind speed and direction using unmanned aircraft |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016119943A (en) | 2017-11-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10852364B2 (en) | Interference mitigation in magnetometers | |
CN103557871B (en) | A kind of lighter-than-air flight aerial Initial Alignment Method of device inertial navigation | |
CN103472503B (en) | Sonde and upper air wind finding method based on INS | |
CN105737828A (en) | Combined navigation method of joint entropy extended Kalman filter based on strong tracking | |
CN107179775B (en) | Multi-angle earth surface spectrum automatic measurement system and method based on unmanned aerial vehicle | |
CN103487822A (en) | BD/DNS/IMU autonomous integrated navigation system and method thereof | |
CN204173162U (en) | Based on the vehicular photoelectric reconnaissance system of multi-rotor aerocraft | |
JP2015512818A (en) | Wind calculation system using steady bank angle turning | |
JP6347469B2 (en) | Weather observation system | |
Nguyen | Loosely coupled GPS/INS integration with Kalman filtering for land vehicle applications | |
US20130158749A1 (en) | Methods, systems, and apparatuses for measuring fluid velocity | |
RU2616352C1 (en) | Method for determining averaged values of horizontal and vertical wind speed components and its direction | |
CN105242682A (en) | Target characteristic measurement system for drone aircraft | |
Hirokawa et al. | A Low‐Cost Tightly Coupled GPS/INS for Small UAVs Augmented with Multiple GPS Antennas | |
RU2650094C2 (en) | Method of the wind speed and its directions horizontal and vertical components averaged values determination | |
RU2600519C1 (en) | Method for determination of averaged values of wind speed and direction | |
RU2617020C1 (en) | Method for determining averaged wind speed vector | |
WO2014207492A1 (en) | Measurement data collection method and system for spatially detecting atmosphere properties | |
RU2727315C1 (en) | Method of determining averaged values of meteorological parameters in the boundary layer of the atmosphere | |
RU2695698C1 (en) | Method for determining averaged wind speed vector using an unmanned aerial vehicle | |
RU2501031C2 (en) | Method for flight inspection of ground-based radio flight support equipment and apparatus for realising said method | |
RU2487316C1 (en) | Method to use universal system of survey control and navigation | |
Świerczynski et al. | Determination of the position using receivers installed in UAV | |
Koh et al. | Performance Validation and Comparison of range/INS integrated system in urban navigation environment using Unity3D and PILS | |
RU2632270C1 (en) | Method of average wind velocity determination by dint of unmanned aerial vehicle |