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


Tags: autonom, flugdaten, hvd, uav, unbemanntes-fluggerät, winddaten
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