WO2010097329A1 - Method for estimating the travelling speed of an aircraft - Google Patents

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WO2010097329A1
WO2010097329A1 PCT/EP2010/052065 EP2010052065W WO2010097329A1 WO 2010097329 A1 WO2010097329 A1 WO 2010097329A1 EP 2010052065 W EP2010052065 W EP 2010052065W WO 2010097329 A1 WO2010097329 A1 WO 2010097329A1
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speed
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drone
force
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PCT/EP2010/052065
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Inventor
Nicolas Guenard
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Commissariat A L`Energie Atomique
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft

Definitions

  • the present invention relates to the estimation of the speed of displacement of a flying vehicle by using on-board measuring means, and more particularly to the estimation of the speed of a drone by using accelerometers and an on-board microcontroller.
  • the object of the invention is to provide a simple and inexpensive means for estimating the speed of movement of an aircraft, not suffering from the abovementioned disadvantages.
  • the estimation of the inertial force can be carried out simply by measuring, thanks to the accelerometers, the acceleration experienced by the drone, and, knowing the mass of the drone entered into memory before the flight, it is easy to deduce the value of the force. inertial.
  • the accelerometers are used according to the invention as a force sensor and their signal is not integrated, which eliminates the problem of drift.
  • the inertial force is reduced to the weight of the drone F m ⁇ -mg, which is simple to estimate, knowing the orientation of the drone.
  • the thrust force F p can be estimated simply by measuring the power actually supplied to the engine (s) of the flying vehicle, by assuming a relationship between the power supplied and the thrust delivered.
  • the drone is equipped with electric motors, it will be sufficient to measure the current supplied to the engines to estimate the developed thrusts, or to deduce the thrust delivered by the simple measurement of the rotational speed of the engine, or the voltage applied to its terminals.
  • This speed measuring method finds an advantageous application in the case of a vehicle for which the lift is totally provided by the engine (s).
  • the aerodynamic force is reduced to a drag which can, under normal flight conditions, be estimated using a constant coefficient, independent of the attitude of the vehicle, so that the estimation of the module aerodynamic force is significantly simplified.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention will be better understood in the light of the description of the single figure which is a perspective view of a drone equipped with speed estimation means according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • the invention is here described in relation with a drone 1 of a particular type comprising four powertrains 2, here electric motors each equipped with a rotor 3 without cyclic variation of pitch, and carried each at the end of an arm to deliver a substantially vertical thrust when the drone is in a stationary position, according to a horizontal attitude.
  • the powertrains form thrust means participating both in the lift and the propulsion of the drone.
  • the object of the invention is to estimate the speed by implementing very simple on-board calculation means.
  • the drone is equipped with a microcontroller 10 adapted to implement according to the invention a small program for calculating the speed stored in a read-only memory 11.
  • the drone comprises an inertial unit 12, comprising essentially accelerometers, capable of determining an acceleration experienced by the drone during its displacement.
  • the inertial unit allows at any time to determine a direction of the drone in space, relative to a fixed reference.
  • the inertial unit 12 comprises gyrometers which make it possible to know the orientation of a unit vector n which locates a drone orientation in space with respect to a fixed reference R, as well as the angle ⁇ which marks the angular position of the drone around an axis directed along the vector n, which completely determines the position of the drone in one space.
  • the inertial unit comprises accelerometers which make it possible to measure the acceleration experienced by the drone during its movements. Let the acceleration of the drone measured by the accelerometers of the inertial unit.
  • the control unit simultaneously measures accelerations along three determined axes, for example those of the fixed reference R.
  • the mass of the drone which can be memorized before the flight of the drone, it is therefore easy to determine the inertial force experienced by the drone where g is the acceleration of the gravity which is of course oriented according to the local vertical.
  • the three components of the inertial force are determined in the reference frame R.
  • the drone also comprises powertrain power management means 13, which, in response to driving signals from a ground station, distributes power from power generating means.
  • Each powertrain 2 Knowing that the thrust developed by each of the powertrain 2 is directly related to the power it receives, it is then very simple to determine the thrust modulus of each of the powertrains. For example, it can be assumed that the thrust of a powertrain is directly related to the rotational speed of the engine associated so that the simple measurement of the rotational speed of the engine allows to know the thrust developed by the group power train.
  • F 1 aero F ⁇ m -F ⁇ p ( ⁇ 2 ⁇ ) 'whose values of the three components, in the reference R, are obtained by subtraction of the respective components of the inertial force and the thrust force in this same mark.
  • F aero is the modulus of the aerodynamic force F aero , that is to say the value [F a 2 eroX + F has 2 eroY + F has 2 eroZ f 2 , where F aero, x > F aero, ⁇ > F aero, z are the components of the aerodynamic force in the fixed reference frame R. It is therefore sufficient to know the value of the coefficient of proportionality k, which can be entered into memory before the flight starts. In the simplest model, this one can be regarded as constant and can thus be also in memory. In the present case, the aerodynamic force is essentially a drag force, for which the coefficient k is only slightly dependent on the angle of incidence for attitudes and normal flight incidences. So we do not make a big mistake considering the coefficient k as constant.
  • the coefficient k may depend on the angle of incidence of the drone. This dependence can be taken into account by programming a simple relation, or by means of a table of values linking the coefficient k to the angle of incidence. It will then be necessary to equip the drone with an incidence sensor, or to deduce the incidence from the data measured by the inertial unit.
  • the speed can be deduced very simply, with very small calculations, from an acceleration measurement and an indication of the thrust. This estimate of speed does not use any specific speed sensor.
  • the speed thus estimated is not used directly, but is filtered.
  • a registration and prediction filter is implemented, as explained below. If v is the measured speed according to the invention, a filtered speed v wire is determined in the following manner.
  • the filtered speed is predicted in the next step as follows. We start by estimating an aerodynamic force at the next step by using the value of the filtered speed recaled at step i:
  • the invention is not limited to what has just been described, but encompasses any variant within the scope defined by the claims.
  • the invention has been described in relation to a flying vehicle whose lift effort is ensured by the powertrains, the invention can also be applied to a flying vehicle whose support force is provided partially or completely by one or more bearing surfaces.
  • the aerodynamic force estimated according to the invention is the sum of a drag force and a lift force. The latter depends essentially on the incidence of the device, and it will be appropriate to measure this impact using a specific sensor.
  • this determination of the speed according to the invention can be coupled with a vision device provided with a camera whose images are used to periodically readjust the speed thus determined.

Abstract

The invention relates to a method for determining a travelling speed of a flying vehicle, comprising a step of using an onboard computing means (10, 11) for: estimating a thrust (F1) applied to the vehicle by the thrust means (2,3) thereof; estimating an inertial force (F2), where m is the mass of the vehicle, (F3) is the acceleration of the vehicle and (F4) the acceleration of gravity, applied to the vehicle during the travel thereof; deriving an aerodynamic force (F5) exerted on the vehicle therefrom by Newton's formula (F6), and then estimating the modulus thereof; deriving the travelling speed of the vehicle therefrom using the formula (F7), where v is the desired speed and k a proportionality coefficient.

Description

Procédé d'estimation de la vitesse de déplacement d'un aéronef. Method for estimating the speed of movement of an aircraft
La présente invention concerne l'estimation de la vitesse de déplacement d'un véhicule volant en utilisant des moyens de mesure embarqués, et plus particulièrement l'estimation de la vitesse d'un drone en utilisant des accéléromètres et un microcontrôleur embarqué.The present invention relates to the estimation of the speed of displacement of a flying vehicle by using on-board measuring means, and more particularly to the estimation of the speed of a drone by using accelerometers and an on-board microcontroller.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION
Dans le domaine des véhicules volants, divers moyens sont connus pour estimer la vitesse de vol d'un aéronef.In the field of flying vehicles, various means are known for estimating the flight speed of an aircraft.
La mesure la plus classique est effectuée au moyen d'un anémomètre ou badin. Cependant, un tel instrument n'est pas précis pour des vitesses faibles.The most conventional measurement is carried out by means of an anemometer or badin. However, such an instrument is not accurate for low speeds.
Il est également possible d'estimer la vitesse au moyen d'un récepteur GPS. Cependant, il est actuellement envisagé de faire voler des drones de petites dimensions dans des bâtiments, notamment à des fins d'inspection.It is also possible to estimate the speed using a GPS receiver. However, it is currently envisaged to fly small drones into buildings, especially for inspection purposes.
Dans une telle situation, le signal GPS n'arrive pas ou mal jusqu'au drone, et n'est donc pas exploitable. Si un tel drone est équipé d' accéléromètres, il est tentant d' intégrer le signal provenant de ces accéléromètres pour en déduire la vitesse. Cependant, il est bien connu qu'un tel signal finit par dériver, assez rapidement. On peut bien sûr recourir à des accéléromètres plus performants, au détriment du coût et de la masse.In such a situation, the GPS signal does not arrive or hurt until the drone, and is therefore not exploitable. If such a drone is equipped with accelerometers, it is tempting to integrate the signal from these accelerometers to deduce the speed. However, it is well known that such a signal ends up drifting rather quickly. We can of course use more efficient accelerometers, at the expense of cost and mass.
Il a été également envisagé d'estimer la vitesse du drone en exploitant des images prises par une caméra embarquée. Cependant, le traitement de l'image requiert une puissance de calcul importante et doit donc en pratique être effectuée par une station au sol. Les temps de transmission et de traitement conduisent à un retard dans l'estimation de la vitesse. On peut encore utiliser des télémètres laser ou doppler, qui posent également le problème de leur masse et de leur coût.It has also been envisaged to estimate the speed of the drone by exploiting images taken by an on-board camera. However, the image processing requires significant computing power and must therefore in practice be performed by a ground station. The transmission and processing times lead to a delay in the estimation of the speed. It is also possible to use laser or doppler rangefinders, which also pose the problem of their mass and their cost.
OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de fournir un moyen simple et peu onéreux d'estimation de la vitesse de déplacement d'un aéronef, ne souffrant pas des inconvénients précités .OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a simple and inexpensive means for estimating the speed of movement of an aircraft, not suffering from the abovementioned disadvantages.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de détermination d'une vitesse de déplacement d'un véhicule volant, comportant l'étape de mettre en œuvre des moyens de calcul pour : estimer le module d'une force aérodynamique Faero s' exerçant sur le véhicule volant ; en déduire la vitesse du véhicule de déplacement par la relation Faero = kv2 , où v est la vitesse recherchée, et k un coefficient de proportionnalité.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION In order to achieve this goal, a method is proposed for determining a traveling speed of a flying vehicle, comprising the step of implementing calculation means for: estimating the module aerodynamic force F aero exercising on the flying vehicle; deduce the velocity of the displacement vehicle by the relation F aero = kv 2 , where v is the desired velocity, and k a coefficient of proportionality.
S'il n'y a pas de vent (comme attendu lors d'un vol en intérieur) , ou si le vent est faible, on obtient ainsi une estimation de la vitesse du véhicule volant par rapport au sol.If there is no wind (as expected during an indoor flight), or if the wind is weak, we obtain an estimate of the speed of the vehicle flying from the ground.
Selon un mode préféré de mise en œuvre, l'estimation du module de la force aérodynamique comprend les étapes de : estimer une force de poussée Fp subie par le véhicule en raison de l'action de son ou de ses moyens de poussée ; estimer une force inertielle Fm=m-(â-g), où m est la masse du véhicule, a est l'accélération du véhicule et g l'accélération de la gravité ; en déduire la force aérodynamique par la relation de Newton Faero=Fm-Fp, puis en estimer son module.According to a preferred embodiment, the estimation of the aerodynamic force module comprises the steps of: estimating a thrust force F p experienced by the vehicle due to the action of its or its thrust means; estimate an inertial force F m = m- (a-g), where m is the mass of the vehicle, a is the acceleration of the vehicle and g the acceleration of gravity; deduce the aerodynamic force by Newton's relation F aero = F m -F p , then estimate its modulus.
Ces estimations peuvent être réalisées à partir de moyens très simples et peu coûteux. L'orientation du drone par rapport à un repère fixe est connue à l'aide d' accéléromètres et de gyromètres, ce qui permet d'orienter correctement les forces.These estimates can be made from very simple and inexpensive means. The orientation of drone compared to a fixed reference is known using accelerometers and gyrometers, which allows to correctly orient the forces.
L'estimation de la force inertielle peut être réalisée simplement en mesurant grâce aux accéléromètres l'accélération subie par le drone, et, connaissant la masse du drone entrée en mémoire préalablement au vol, il est facile d'en déduire la valeur de la force inertielle.The estimation of the inertial force can be carried out simply by measuring, thanks to the accelerometers, the acceleration experienced by the drone, and, knowing the mass of the drone entered into memory before the flight, it is easy to deduce the value of the force. inertial.
Ainsi, les accéléromètres sont utilisés selon l'invention comme capteur d'effort et leur signal n'est pas intégré, ce qui supprime le problème de dérive. En pratique, si l'accélération subie par le drone est très faible, la force inertielle se réduit au poids du drone Fm≈—m-g, ce qui est simple à estimer, connaissant l'orientation du drone.Thus, the accelerometers are used according to the invention as a force sensor and their signal is not integrated, which eliminates the problem of drift. In practice, if the acceleration undergone by the drone is very low, the inertial force is reduced to the weight of the drone F m ≈-mg, which is simple to estimate, knowing the orientation of the drone.
Enfin, la force de poussée Fp peut être estimée simplement à partir de la mesure de la puissance effectivement fournie à le ou les moteurs du véhicule volant, en faisant l'hypothèse d'une relation entre la puissance fournie et la poussée délivrée. En pratique, si le drone est équipé de moteurs électriques, il suffira de mesurer le courant fourni aux moteurs pour estimer les poussées développées, ou encore, de déduire la poussée délivrée de la simple mesure de la vitesse de rotation du moteur, ou de la tension appliquée à ses bornes.Finally, the thrust force F p can be estimated simply by measuring the power actually supplied to the engine (s) of the flying vehicle, by assuming a relationship between the power supplied and the thrust delivered. In practice, if the drone is equipped with electric motors, it will be sufficient to measure the current supplied to the engines to estimate the developed thrusts, or to deduce the thrust delivered by the simple measurement of the rotational speed of the engine, or the voltage applied to its terminals.
Ce procédé de mesure de vitesse trouve une application avantageuse dans le cas d'un véhicule pour lequel la portance est totalement fournie par le ou les moteurs. Dans ce cas, la force aérodynamique se réduit à une traînée qui peut, dans des conditions de vol normales, être estimée à l'aide d'un coefficient constant, indépendant de l'attitude du véhicule, de sorte que l'estimation du module de la force aérodynamique se trouve notablement simplifiée. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L' invention sera mieux comprise à la lumière de la description de l'unique figure qui est une vue en perspective d'un drone équipé de moyens d'estimation de la vitesse selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURESThis speed measuring method finds an advantageous application in the case of a vehicle for which the lift is totally provided by the engine (s). In this case, the aerodynamic force is reduced to a drag which can, under normal flight conditions, be estimated using a constant coefficient, independent of the attitude of the vehicle, so that the estimation of the module aerodynamic force is significantly simplified. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention will be better understood in the light of the description of the single figure which is a perspective view of a drone equipped with speed estimation means according to the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
En référence à la figure 1, l'invention est ici décrite en relation avec un drone 1 d'un type particulier comprenant quatre groupes motopropulseurs 2, ici des moteurs électriques équipés chacun d'un rotor 3 sans variation cyclique de pas, et portés chacun au bout d'un bras pour délivrer une poussée sensiblement verticale quand le drone est dans une position stationnaire, selon une assiette horizontale. Les groupes motopropulseurs forment des moyens de poussée participant tant à la sustentation qu'à la propulsion du drone.With reference to FIG. 1, the invention is here described in relation with a drone 1 of a particular type comprising four powertrains 2, here electric motors each equipped with a rotor 3 without cyclic variation of pitch, and carried each at the end of an arm to deliver a substantially vertical thrust when the drone is in a stationary position, according to a horizontal attitude. The powertrains form thrust means participating both in the lift and the propulsion of the drone.
Pour provoquer une prise d'altitude en partant d'une telle position stationnaire, il suffit d'augmenter simultanément la puissance des quatre groupes motopropulseurs. Pour provoquer un déplacement longitudinal, il suffit d'incliner légèrement le drone dans la direction désirée en augmentant momentanément la puissance d'un ou deux groupes motopropulseurs par rapport à la puissance délivrée aux autres motopropulseurs. Une fois le drone dans une attitude inclinée, celui-ci avance tout seul sous l'effet de la composante non porteuse de la poussée cumulée des groupes motopropulseurs .To raise the altitude from such a stationary position, it is sufficient to simultaneously increase the power of the four powertrains. To cause a longitudinal movement, it is sufficient to slightly incline the drone in the desired direction by temporarily increasing the power of one or two powertrains relative to the power delivered to other powertrains. Once the drone in an inclined attitude, it advances alone under the effect of the non-bearing component of the cumulative thrust of powertrains.
L'invention a pour objet d'estimer la vitesse, par la mise en œuvre de moyens de calculs embarqués très simples.The object of the invention is to estimate the speed by implementing very simple on-board calculation means.
A cet effet, le drone est équipé d'un microcontrôleur 10 adapté à mettre en œuvre selon l'invention un petit programme de calcul de la vitesse stocké dans une mémoire morte 11. En outre, le drone comporte une centrale inertielle 12, comprenant essentiellement des accéléromètres, capable de déterminer une accélération subie par le drone lors de son déplacement .For this purpose, the drone is equipped with a microcontroller 10 adapted to implement according to the invention a small program for calculating the speed stored in a read-only memory 11. In addition, the drone comprises an inertial unit 12, comprising essentially accelerometers, capable of determining an acceleration experienced by the drone during its displacement.
La centrale inertielle permet à tout instant de déterminer une orientation du drone dans l'espace, relativement à un repère fixe. En particulier, la centrale inertielle 12 comporte des gyromètres qui permettent de connaître l'orientation d'un vecteur unitaire n qui repère une orientation de drone dans l'espace par rapport à un repère fixe R, ainsi que l'angle Φ qui repère la position angulaire du drone autour d'un axe dirigé selon le vecteur n, ce qui détermine complètement la position du drone dans 1' espace . En outre, la centrale inertielle comporte des accéléromètres qui permettent de mesurer les accélérations subies par le drone lors de ses déplacements. Soit a l'accélération du drone mesurée par les accéléromètres de la centrale inertielle. En pratique, la centrale mesure simultanément des accélérations selon trois axes déterminés, par exemple ceux du repère fixe R.The inertial unit allows at any time to determine a direction of the drone in space, relative to a fixed reference. In particular, the inertial unit 12 comprises gyrometers which make it possible to know the orientation of a unit vector n which locates a drone orientation in space with respect to a fixed reference R, as well as the angle Φ which marks the angular position of the drone around an axis directed along the vector n, which completely determines the position of the drone in one space. In addition, the inertial unit comprises accelerometers which make it possible to measure the acceleration experienced by the drone during its movements. Let the acceleration of the drone measured by the accelerometers of the inertial unit. In practice, the control unit simultaneously measures accelerations along three determined axes, for example those of the fixed reference R.
Connaissant la masse du drone, qui peut être entrée en mémoire avant le début du vol du drone, il est dès lors facile de déterminer la force inertielle subie par le drone
Figure imgf000007_0001
où g est l'accélération de la gravité qui est bien sûr orientée selon la verticale locale. En pratique, on détermine les trois composantes de la force inertielle dans le repère R.
Knowing the mass of the drone, which can be memorized before the flight of the drone, it is therefore easy to determine the inertial force experienced by the drone
Figure imgf000007_0001
where g is the acceleration of the gravity which is of course oriented according to the local vertical. In practice, the three components of the inertial force are determined in the reference frame R.
Le drone comporte également des moyens de gestion 13 de l'alimentation des groupes motopropulseurs, qui, en réponse à des signaux de conduite provenant d'une station au sol, distribue la puissance provenant de moyens de batterie à chacun des groupes motopropulseurs 2. Sachant que la poussée développée par chacun des groupes motopropulseurs 2 est directement liée à la puissance qu'il reçoit, il est alors très simple de déterminer le module de la poussée de chacun des groupes motopropulseurs. Par exemple, on peut faire l'hypothèse que la poussée d'un groupe motopropulseur est directement liée à la vitesse de rotation du moteur associé de sorte que la simple mesure de la vitesse de rotation du moteur permet de connaître la poussée développée par le groupe motopropulseur .The drone also comprises powertrain power management means 13, which, in response to driving signals from a ground station, distributes power from power generating means. Each powertrain 2. Knowing that the thrust developed by each of the powertrain 2 is directly related to the power it receives, it is then very simple to determine the thrust modulus of each of the powertrains. For example, it can be assumed that the thrust of a powertrain is directly related to the rotational speed of the engine associated so that the simple measurement of the rotational speed of the engine allows to know the thrust developed by the group power train.
Connaissant l'orientation de la poussée pour chaque groupe motopropulseur (ici, les poussées sont toutes parallèles au vecteur unitaire n, on en déduit donc les poussées, respectivement F1 , F2, F3, F4, de chacun des groupes motopropulseurs.Knowing the orientation of the thrust for each powertrain (here, the thrusts are all parallel to the unit vector n, one thus deduces the thrusts, respectively F 1 , F 2 , F 3 , F 4 , of each of the powertrains.
En faisant la somme vectorielle des poussées de tous les groupes motopropulseurs, on détermine ainsi la force de poussée totale Fp appliquée au drone, dont les trois composantes sont également exprimées dans le repère R.By vector sum of the thrusts of all the powertrains, thus determines the total thrust force F p applied to the drone, whose three components are also expressed in the reference R.
D'après l'équation de Newton, la force aérodynamique subie par le drone par son déplacement peut être déduite par la relation suivante :According to Newton's equation, the aerodynamic force undergone by the drone by its displacement can be deduced by the following relation:
F 1 aero = Fλ m -Fλ p (\2^)' dont les valeurs des trois composantes, dans le repère R, s'obtiennent par soustraction des composantes respectives de la force inertielle et de la force de poussée dans ce même repère.F 1 aero = F λ m -F λ p ( \ 2 ^) 'whose values of the three components, in the reference R, are obtained by subtraction of the respective components of the inertial force and the thrust force in this same mark.
On sait que la force aérodynamique subie par le drone est proportionnelle à la vitesse v de déplacement du drone au carré, et à un coefficient de proportionnalité k qui dépend notamment de la taille du drone. Ainsi, la vitesse se déduit du simple calcul : V = J _2Ξ2. L ( 3 ) It is known that the aerodynamic force undergone by the drone is proportional to the speed v of movement of the drone squared, and to a proportionality coefficient k which depends in particular on the size of the drone. Thus, the speed is deduced from the simple calculation: V = J _2Ξ2. L (3)
Où Faero est le module de la force aérodynamique Faero , c'est-à-dire la valeur [Fa 2 eroX + Fa 2 eroY + Fa 2 eroZ f2 , où Faero,x>Faero,γ>Faero,z sont les composantes de la force aérodynamique dans le repère fixe R. Il suffit donc de connaître la valeur du coefficient de proportionnalité k, qui peut être entrée en mémoire avant le début du vol. Dans le modèle le plus simple, celui-ci peut être considéré comme constant et peut donc être également entré en mémoire. Dans le cas d'espèce, l'effort aérodynamique est essentiellement un effort de traînée, pour lequel le coefficient k ne dépend que peu, pour les attitudes et les incidences de vol normales, de l'angle d'incidence. On ne commet donc pas une grande erreur en considérant le coefficient k comme constant.Where F aero is the modulus of the aerodynamic force F aero , that is to say the value [F a 2 eroX + F has 2 eroY + F has 2 eroZ f 2 , where F aero, x > F aero, γ > F aero, z are the components of the aerodynamic force in the fixed reference frame R. It is therefore sufficient to know the value of the coefficient of proportionality k, which can be entered into memory before the flight starts. In the simplest model, this one can be regarded as constant and can thus be also in memory. In the present case, the aerodynamic force is essentially a drag force, for which the coefficient k is only slightly dependent on the angle of incidence for attitudes and normal flight incidences. So we do not make a big mistake considering the coefficient k as constant.
Cependant, dans un modèle plus sophistiqué, le coefficient k peut dépendre de l'angle d'incidence du drone . Cette dépendance peut être prise en compte par la programmation d'une relation simple, ou encore par l'intermédiaire d'une table de valeurs liant le coefficient k à l'angle d'incidence. Il conviendra alors d'équiper le drone d'un capteur d'incidence, ou de déduire l'incidence à partir des données mesurées par la centrale inertielle. Ainsi, la vitesse peut se déduire très simplement, avec des calculs très réduits, à partir d'une mesure d'accélération et d'une indication de la poussée. Cette estimation de la vitesse ne fait appel à aucun capteur spécifique de vitesse. De préférence, la vitesse ainsi estimée n'est pas utilisée directement, mais fait l'objet d'un filtrage. De préférence, on met en œuvre un filtre de recalage et prédiction, comme expliqué ci-dessous. Si v est la vitesse mesurée selon l'invention, on détermine une vitesse filtrée vfil de la façon suivante. Dans une première étape, la vitesse filtrée est recalée par rapport à sa valeur au pas précédent en tenant compte de la vitesse estimée : vfil (0 = vfil (i - 1)) + K(vest (i - 1) - vfil (i - 1)) ( 4 )However, in a more sophisticated model, the coefficient k may depend on the angle of incidence of the drone. This dependence can be taken into account by programming a simple relation, or by means of a table of values linking the coefficient k to the angle of incidence. It will then be necessary to equip the drone with an incidence sensor, or to deduce the incidence from the data measured by the inertial unit. Thus, the speed can be deduced very simply, with very small calculations, from an acceleration measurement and an indication of the thrust. This estimate of speed does not use any specific speed sensor. Preferably, the speed thus estimated is not used directly, but is filtered. Preferably, a registration and prediction filter is implemented, as explained below. If v is the measured speed according to the invention, a filtered speed v wire is determined in the following manner. In a first step, the filtered speed is recalibrated with respect to its value at the preceding step taking into account the estimated speed: v wire (0 = v wire (i - 1)) + K (v is (i - 1) - v wire (i - 1)) (4)
Où K est un gain de pondération du recalage. Dans une deuxième étape, on prédit la vitesse filtrée au pas suivant de la façon suivante. On commence tout d'abord par estimer une force aérodynamique au pas suivant en utilisant la valeur de la vitesse filtrée recalée au pas i :Where K is a weight gain of the registration. In a second step, the filtered speed is predicted in the next step as follows. We start by estimating an aerodynamic force at the next step by using the value of the filtered speed recaled at step i:
Faero{i) = kvfl 2 l(i) (5)F aero {i) = kv fl 2 l (i) (5)
Puis, connaissant la valeur de la force de poussée Fp\i), mesurée comme expliquée ci-dessus, on en déduit une accélération estimée :
Figure imgf000010_0001
Then, knowing the value of the thrust force F p \ i), measured as explained above, we deduce an estimated acceleration:
Figure imgf000010_0001
En variante, on pourra également utiliser l'accélération mesurée par les accéléromètres de la centrale inertielle. La vitesse filtrée au pas suivant sera alors prédite en ajoutant à la valeur actuelle de la vitesse filtrée un accroissement calculé à partir de l'accélération ainsi estimée, en l'occurrence ici : vfil{i+ l) = vfil{i)+At-â{i). (7) Où Δt est le pas d'échantillonnage. On attend alors la mesure de la vitesse au pas i+1 pour recaler la vitesse ainsi estimée selon la relation (4) .Alternatively, it will also be possible to use the acceleration measured by the accelerometers of the inertial unit. The filtered speed at the next step will then be predicted by adding to the current value of the filtered speed an increase calculated from the acceleration thus estimated, in this case: v wire {i + l) = v wire {i) + Has â {i). (7) Where Δt is the sampling step. We then wait for the measurement of the speed step i + 1 to reset the speed thus estimated according to the relationship (4).
Des essais ont permis de vérifier qu'un tel filtrage donne un signal de vitesse fiable, sans dérive. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien que l'on ait décrit l'invention en relation avec un véhicule volant dont l'effort de sustentation est assuré par les groupes motopropulseurs, on pourra également appliquer l'invention à un véhicule volant dont l'effort de sustentation est fourni partiellement ou totalement par une ou plusieurs surfaces portantes. Dans ce cas, la force aérodynamique estimée selon l'invention est la somme d'une force de traînée et d'une force de portance. Cette dernière dépend essentiellement de l'incidence de l'appareil, et il conviendra alors de mesurer cette incidence à l'aide d'un capteur spécifique. En outre, on pourra coupler cette détermination de la vitesse selon l'invention avec un dispositif de vision muni d'une caméra dont les images sont exploitées pour recaler périodiquement la vitesse ainsi déterminée. Tests have made it possible to verify that such a filtering gives a reliable speed signal without drifting. The invention is not limited to what has just been described, but encompasses any variant within the scope defined by the claims. In particular, although the invention has been described in relation to a flying vehicle whose lift effort is ensured by the powertrains, the invention can also be applied to a flying vehicle whose support force is provided partially or completely by one or more bearing surfaces. In this case, the aerodynamic force estimated according to the invention is the sum of a drag force and a lift force. The latter depends essentially on the incidence of the device, and it will be appropriate to measure this impact using a specific sensor. In addition, this determination of the speed according to the invention can be coupled with a vision device provided with a camera whose images are used to periodically readjust the speed thus determined.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d'une vitesse de déplacement d'un véhicule volant, comportant l'étape de mettre en œuvre des moyens de calcul (10,11) embarqués pour : estimer une force de poussée Fp subie par le véhicule en raison de l'action de son ou de ses moyens de poussée (2,3) ; estimer une force inertielle Fm=m-(a-g), où m est la masse du véhicule, a est l'accélération du véhicule et g l'accélération de la gravité, subie par le véhicule lors de son déplacement ; en déduire une force aérodynamique Faero s' exerçant sur le véhicule par la relation de Newton Faero = Fm—Fp , puis en estimer son module ; en déduire la vitesse du véhicule de déplacement par la relation Faero=kv2, où v est la vitesse recherchée, et k un coefficient de proportionnalité.1. Method for determining a traveling speed of a flying vehicle, comprising the step of implementing on-board calculation means (10, 11) for: estimating a thrust force F p experienced by the vehicle due to the action of his or her thrust means (2,3); estimating an inertial force F m = m- (ag), where m is the mass of the vehicle, a is the acceleration of the vehicle and g the acceleration of the gravity experienced by the vehicle during its displacement; deduce a aerodynamic force F aero exerting on the vehicle by the relation of Newton F aero = F m -F p , then to estimate its module; deduce the velocity of the displacement vehicle by the relation F aero = kv 2 , where v is the desired velocity, and k a coefficient of proportionality.
2. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre l'étape de filtrer la vitesse ainsi estimée pour déterminer une vitesse filtrée vfll(i) .2. Method according to one of the preceding claims, further comprising the step of filtering the speed thus estimated to determine a filtered speed v fll (i).
3. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape de filtrage comprend l'opération de déterminer la valeur de la vitesse filtrée au pas suivant vβl(i + l) ajoutant à la vitesse filtrée au pas actuel un accroissement qui dépend d'une accélération a(i) subie par le véhicule au pas actuel.3. Method according to claim 3, wherein the filtering step comprises the operation of determining the value of the filtered speed at the following step v β1 (i + 1) adding to the speed filtered at the current step an increase which depends on an acceleration (i) experienced by the vehicle at the current pace.
4. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'accélération est estimée selon la relation a(i) = — γng + FAi)+ F {i)\, où FAi) est une estimation de la m force de poussée au pas actuel, et Faero(i) est une estimation de la force aérodynamique subie par le véhicule volant en utilisant la valeur de la vitesse filtrée au pas actuel :4. Method according to claim 4, wherein the acceleration is estimated according to the relation a (i) = - γng + FAi) + F {i) \, where FAi) is an estimate of the m thrust force at the current pitch , and F aero (i) is an estimate of the aerodynamic force experienced by the flying vehicle using the value of the speed filtered at the current step:
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'accélération est mesurée au moyen d' accéléromètres embarqués, cette mesure étant exploitée pour estimer la force inertielle.The method of claim 1, wherein the acceleration is measured by means of accelerometers This measurement is used to estimate the inertial force.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les accéléromètres font partie d'une centrale inertielle. 6. The method of claim 5, wherein the accelerometers are part of an inertial unit.
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