Advanced Intelligent Systems:FLY BETTER! —— 压力流速传感融合的智能蒙皮实现飞行参数的高精度估计

近年来,小型无人机系统(SUAS)发展迅速。受限于其尺寸及使用场景,这些飞行器通常面临复杂的飞行环境,如密集的地面建筑物、气动环境突变等。因此,在SUAS需具备足够强大的感知能力,以及时的向控制系统反馈自身的速度、姿态等信息,从而实现安全稳定的飞行。

此前的研究中,科研人员通过在飞行器表面开设导压孔与压差传感器相连来获取飞行器表面的压力信息进行飞行参数传感,然而这种方法存在着结构复杂以及导压管路带来的信号滞后等问题;近年来,科研人员开始考虑直接在飞行器表面贴附柔性传感器来进行飞行参数感知。柔性传感蒙皮便于安装、重量轻、能够适应不同的机翼曲面。

针对目前小型无人机飞行参数传感系统存在的上述问题,北京航空航天大学仿生与微纳系统研究所提出了压力流速传感阵列融合的柔性蒙皮,将微型压力传感单元和流速传感单元封装在柔性基板和PU薄膜上形成柔性传感蒙皮。刚性传感元件保证了测量的可靠性和使用寿命,柔性传感蒙皮可以应用于不同曲率的机翼表面。他们将柔性蒙皮贴装于NACA翼型模型前缘进行风洞实验,并通过BP神经网络估计攻角与空速。

实验结果表明,相比于仅使用压力数据或仅使用流速数据,使用压力流速数据融合的神经网络在攻角与空速的估计中都表现出更佳的性能指标。在攻角±20°、空速10-30 m/s的范围内:攻角估计的平均绝对误差(MAE)小于0.16°,空速估计的MAE小于0.37 m/s。这一结果证明了压力流速传感器融合在飞行器大气数据传感系统中应用的显著优势。此项研究不仅为飞行器的飞行参数传感提供了新的思路,这种多传感融合的模式也会在更多的应用场景中得到拓展。

论文信息:

Flexible Skin for Flight Parameter Estimation Based on Pressure and Velocity Data

Xin Na, Zheng Gong, Zihao Dong, Dawei Shen, Deyuan Zhang, Yonggang Jiang*

Advanced Intelligent Systems

DOI: 10.1002/aisy.202100276

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202100276