基于 onboard 传感器的高精度风估计无人机设计与实现
新兴技术
2025-12-12 v1 机器人学
摘要
准确的实时风向量估计对于提高无人机（UAVs）的安全性、导航精度和能源效率至关重要。传统方法依赖外部传感器或简化车辆动力学，限制了其在灵活飞行或资源受限平台上的适用性。本文提出一种仅基于 onboard 传感器的风估计方法。该方法首先使用扰动观测器（DOB）估计外部气动力，然后通过薄板样条（TPS）模型将这些力映射到风向量。设计的自定义风枪安装在无人机上，以增强气动灵敏度，进一步提高估计精度。该系统通过风洞实验、室内外飞行进行综合验证。实验结果表明，所提方法在受控和真实环境条件下均能实现持续的高精度风估计，风洞测试中的速度 RMSE 低至\SI{0.06}{m/s}，室外悬停为\SI{0.22}{m/s}，室内外动态飞行均低于\SI{0.38}{m/s}，方向 RMSE 均在\ang{7.3}以下，优于现有基线方法。此外，该方法提供的垂直风估计——在现有基线方法中难以获得——在快速室内平移期间 RMSE 仍可低于\SI{0.17}{m/s}。
关键词
引用
@article{arxiv.2512.10428,
title = {Design and Implementation of a High-Precision Wind-Estimation UAV with Onboard Sensors},
author = {Haowen Yu and Na Fan and Xing Liu and Ximin Lyu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.10428},
year = {2025}
}
备注
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0263224125032415?via%3Dihub