UAV-Datensatz zur Ermittlung von Winddaten in erdfesten Koordinaten

Der Datensatz wurde im Forschungsprojekt EndeAR („Energieeffiziente, datengetriebene UAS Trajektorienplanung unter Berücksichtigung makro- und mikrometeorologischer Randbedingungen") erhoben. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert (Förderkennzeichen: 19F1176A/B, Laufzeit: 01/2024 – 12/2025) und ist eine Kooperation zwischen der Technischen Universität Dresden und der Hochschule München. Messkampagne und Messbedingungen: Messflugdatum: 07.11.2025 Messgebiet: Kamenz, Sachsen (Verkehrslandeplatz) Flughöhe: ca. 100 m über Grund (235–256 m MSL) Flugdauer: 344,4 s (~5,74 min) Wetterbedingungen: Leicht variierende Windverhältnisse (1,8–3,6 m/s am Boden, südöstliche Richtung) Messsystem und Sensorik: #UAV-Plattform: UrbanCondor • Basis: Modifizierter SIG Kadet LT-40 Starrflügler • Spannweite: 2,0 m • Maximales Abfluggewicht: 5–7,5 kg • Besonderheit: Modularer Flügelaufbau mit 3D-gedruckten Segmenten und durchgehendem Kohlefaserholm für schnelle Reparaturen und flexible Sensorintegration #Autopilot und Datenerfassung • Flugsteuerung: PIXHAWK-6X mit PX4-Firmware • Abtastrate: Ursprünglich 200 Hz, resampelt auf 5 Hz • Redundante Datenerfassung: Parallel PIXHAWK und RASPBERRY PI für Ausfallsicherheit und Synchronisation #Sensorik zur Windmessung • Zwei redundante 4-Loch-Drucksonden: o Speziell für kleine UAVs optimiert (Gewicht, Baugröße) o Montage beidseitig unter den Flügeln in halber Spannweite o Messung von Druckdifferenzen zur Ermittlung von Anstellwinkel (α), Schiebewinkel (β) und dynamischem Druck (q) o Abtastrate: ca. 10 Hz (resampelt auf 5 Hz) o Kalibriergenauigkeit: ±0,75° für α, ±0,09° für β o Kalibrierung erfolgte in zwei Stufen: Einzelkalibrierung im Windkanal und In-situ-Kalibrierung mit montiertem UAV zur Berücksichtigung von Strömungseffekten • Pitot-Rohr: Referenzmessung für Airspeed • Bodenwindstation: o Referenzmessung für Windrichtung und -geschwindigkeit am Boden (1 Hz) Datenverarbeitungs-Pipeline: Die Datei dokumentiert die komplette Verarbeitungskette von der Rohmessung bis zur finalen Windrekonstruktion: Schritt 1: Rohdatenerfassung • Fluglagemessung (PX4): 200 Hz → 5 Hz • Sondenmessung (Pi): ~10 Hz → 5 Hz • Bodenwindstation: 1 Hz → 5 Hz Schritt 2: Resampling & Synchronisation • Alle Datenquellen auf einheitliches Zeitraster (0,2 s / 5 Hz) gebracht • Exakter Zeitstempelabgleich für Synchronität Schritt 3: Aerodynamische Berechnung • Aus Staudrücken und Anströmwinkeln werden True Airspeed-Vektoren im körperfesten System berechnet • Beide Sonden werden gemittelt für robustere Ergebnisse Schritt 4: Koordinatentransformation • Transformation der körperfesten True Airspeed-Vektoren ins erdfeste System mittels aktueller Fluglage (Euler-Winkel: Roll, Pitch, Yaw) • Ergebnis: VTAS_earth_north_mean, VTAS_earth_east_mean, VTAS_earth_down_mean Schritt 5: Windvektor-Berechnung • Windvektor = Flugzeuggeschwindigkeit (GNSS/IMU) − True Airspeed (erdfest) • Ergebnis: Wind_north, Wind_east, Wind_down, Wind_intensity, Wind_degree_enu Schritt 6: Datenfusion • Speicherung aller Rohdaten, Zwischengrößen und Endergebnisse in einer Datei • Ermöglicht vollständige Nachvollziehbarkeit und alternative Auswertungen