Dissertação

{pt_PT=Synthetic Air Data System: an Alternative to Conventional Sensors} {} EVALUATED

{pt=Um "Air Data System" é constituído por vários sensores convencionais que providenciam informação relativa ao ar circundante da aeronave. Um exemplo disto é o caso da velocidade da aeronave em relação ao ar, que é altamente dependente do sensor tubo de pitot. A este tipo de sensores, estão normalmente associados problemas de obstrução do tubo por gelo, o que leva a que o sensor forneça medições erradas, e a solução para isto é normalmente a instalação de pelo menos 3 unidades deste sensor, de modo a obter um sistema fisicamente redundante. O aumento do número destes sensores leva a um aumento na complexidade e aumento no peso do sistema total, o que no caso dos veículos aéreos não tripulados pode não ser muito desejável, ou até mesmo impossível. A presente tese estuda a possibilidade de utilizar dois modelos aproximados da cinemática do avião, aplicada num algorítmo de Mínimos Quadrados, de forma a estimar a velocidade do ar e do vento. Tirando proveito de manobras aéreas, e utilizando medições de um Global Positioning System (GPS) e de um Attitude and Heading Referrence System (AHRS), foi possível testar um sistema capaz de fornecer uma redundância “virtual” aos dados de velocidade do ar, adquiridos pelo sistema padrão. As condições para o sistema proposto foram estudadas e validades, e as limitações do algorítmo, quando submetido a condições inesperadas, foram analisadas. A tese conclui propondo melhorias, ao utilizar modelos mais precisos da cinemática, ou sugerindo alternativas para otimizar o esforço computacional do sistema. , en=A standard Air Data System is comprised of several conventional sensors that, together, provide key information regarding the air surrounding an aircraft. An example of this is the case of the aircraft’s airspeed, which is highly dependent on a pitot tube sensor. A sensor of this type can be obstructed due to icing, leading to wrong measurements of the airspeed, and a common solution consists of installing at least three sensor units, in order to obtain a physically redundant system. An increase in the number of sensors, brings about an increase in the complexity and weight of the system, which in the case of Unmanned Aerial Vehicles may not be desirable or even impossible to achieve. The present thesis studies the possibility of using two approximate kinematic models of an aircraft, applied in a Least Mean Squares algorithm, to estimate the wind field and aircraft's airspeed. By exploiting the aircraft’s maneuvers, and relying on measurements from a GPS and an AHRS, a system was designed that acts as a “virtual” redundant system, to help in the estimation of airspeed. The conditions underlying de design of the proposed system were studied and validated, and the limitations of the algorithm for airspeed estimation, when the aircraft is subjected to unexpected situations, were analyzed. The work concludes by proposing improvements to the method derived, using more accurate models of the aircraft’s kinematic and exploiting alternatives to optimize the computational effort required.}
{pt="Air Data System", Tubo de pitot, Mínimos Quadrados, Velocidade da aeronave em relação ao ar, Velocidade do vento, en=Air Data System, Pitot tube, Least Mean Squares, Airspeed estimation, Wind estimation.}

Outubro 2, 2020, 13:30

Orientação

ORIENTADOR

António Manuel dos Santos Pascoal

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Associado