Estimación Sintética del Viento para Drones Pequeños de Ala Fija
Autores: Sharma, Aman; Laupré, Gabriel François; Longobardi, Pasquale; Skaloud, Jan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estimación Sintética del Viento para Drones Pequeños de Ala Fija
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Estimación
Capa límite atmosférica
Drones
Modelos aerodinámicos
Detección de viento
Estimación de viento sintético
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 10
Citaciones: Sin citaciones
La estimación del viento es crucial para el estudio de la capa límite atmosférica. Los métodos tradicionales, como los globos meteorológicos, ofrecen capacidades in situ limitadas; además, se requiere un Sistema de Datos de Aire (ADS) combinado con mediciones inerciales y posicionamiento por satélite para estimar el viento en drones de ala fija. Dado que las sondas de presión son un componente importante de un ADS, son susceptibles a fallos o malfuncionamientos debido a obstrucciones, lo que afecta la capacidad de detección del viento y posiblemente la seguridad del dron. Este artículo presenta un enfoque novedoso, utilizando modelos aerodinámicos de baja fidelidad de drones para estimar el viento de manera sintética. En nuestro trabajo, los parámetros del modelo aerodinámico se derivan de datos de vuelo postprocesados, en contraste con los enfoques existentes que utilizan calibración en túneles de viento costosos para identificar lo mismo. En resumen, nuestro método integra modelos de fuerza y momento aerodinámicos en un filtro de navegación basado en un Modelo Dinámico de Vehículo (VDM) para obtener una estimación sintética del viento sin depender de un sensor de velocidad del aire. Validamos nuestro enfoque utilizando dos drones geométricamente distintos, cada uno caracterizado por un modelo aerodinámico único y diferentes calidades de sensores inerciales, todos ellos probados en varios vuelos. Los resultados experimentales demuestran que el método propuesto, multiplataforma, proporciona una estimación de la velocidad del viento sintética, ofreciendo así un respaldo práctico a las técnicas tradicionales.
Descripción
La estimación del viento es crucial para el estudio de la capa límite atmosférica. Los métodos tradicionales, como los globos meteorológicos, ofrecen capacidades in situ limitadas; además, se requiere un Sistema de Datos de Aire (ADS) combinado con mediciones inerciales y posicionamiento por satélite para estimar el viento en drones de ala fija. Dado que las sondas de presión son un componente importante de un ADS, son susceptibles a fallos o malfuncionamientos debido a obstrucciones, lo que afecta la capacidad de detección del viento y posiblemente la seguridad del dron. Este artículo presenta un enfoque novedoso, utilizando modelos aerodinámicos de baja fidelidad de drones para estimar el viento de manera sintética. En nuestro trabajo, los parámetros del modelo aerodinámico se derivan de datos de vuelo postprocesados, en contraste con los enfoques existentes que utilizan calibración en túneles de viento costosos para identificar lo mismo. En resumen, nuestro método integra modelos de fuerza y momento aerodinámicos en un filtro de navegación basado en un Modelo Dinámico de Vehículo (VDM) para obtener una estimación sintética del viento sin depender de un sensor de velocidad del aire. Validamos nuestro enfoque utilizando dos drones geométricamente distintos, cada uno caracterizado por un modelo aerodinámico único y diferentes calidades de sensores inerciales, todos ellos probados en varios vuelos. Los resultados experimentales demuestran que el método propuesto, multiplataforma, proporciona una estimación de la velocidad del viento sintética, ofreciendo así un respaldo práctico a las técnicas tradicionales.