Mittausmenetelmien haasteet ja fuusio dronen lentokorkeuden määrittämisessä

Abstract

Dronet eli pienoiskopterit ovat monikäyttöisiä kauko-ohjattavia aluksia, joista suorituskykyisimmät kykenevät autonomiseen navigointiin. Droneja käytetään haastavissa tehtävissä niin sisä- kuin ulkotiloissa. Dronella suoritettavien tehtävien onnistumisen kannalta on oleellista, että drone tuntee tilansa ja ympäristönsä. Lentokorkeuden mittaus on tässä avainasemassa. Dronen navigoinnista ja lentokorkeuden mittaamisesta on tehty useita tutkimuksia, niiden painottuessa enemmän navigointiin. Näissä tutkimuksissa lentokorkeuden mittausmenetelmät esitellään suppeasti. On olemassa myös laadukkaita empiirisiä tutkimuksia koskien yksittäisiä tutkimusmenetelmiä. Taustatilanne asetti tutkimukselle kaksi tavoitetta. Ensimmäinen tavoite oli tukia ja koostaa yhteen dokumenttiin lentokorkeuden mittausmenetelmät erilaisissa lentoympäristöissä ja -olosuhteissa pitäen tutkimuksen pääpainon mittausmenetelmien kohtaamissa haasteissa. Tutkimuksen toinen tavoite oli tutkia, kuinka anturifuusiolla nostetaan korkeusmittauksen suorituskykyä. Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena, jonka avulla vastattiin asetettuihin tavoitteisiin. Tutkittavat lentokorkeuden mittausmenetelmät ovat barometrinen mittaus, laseretäisyysmittaus, inertiamittaus ja satelliittipaikannusta käyttävä mittaus. Barometrin ja inertiamittausyksikön merkittävin haaste on jo lyhyellä ajanjaksolla tapahtuva ajelehtiminen. Laseretäisyysmittarilla on anturin ominaisuuksista riippuva maksimimittausetäisyys, joka lyhenee sumun ja vesisateen sekä ilman epäpuhtauksien vaikutuksesta. Satelliittipaikannuksen signaalit voivat estyä tai viivästyä maastonmuotojen tai infrastruktuurin vaikutuksesta ja lisäksi ne ovat häirittävissä tahallisesti. Jokaisella yksittäisellä mittausmenetelmällä on siis omat haasteensa. Tämän takia dronet hyödyntävät lentokorkeuden määrittämisessä anturifuusiota. Anturifuusiossa yhdistetään kahden tai useamman mittausmenetelmän vahvuudet. Tällöin yksittäisten mittausmenetelmien heikkouksilla ei ole enää niin suurta vaikutusta määritettyyn lentokorkeuteen. Suorituskykyisimmät fuusioparit muodostetaan eri fysikaalisia suureita mittaavista antureista. Anturifuusiolla on mahdollista määrittää aluksen lentokorkeus suhteessa nousutasoon sekä aluksen todellinen etäisyys maan pintaan. Tällä on merkitystä haastavissa lentoympäristöissä, kuten lennettäessä sisätiloissa epätasaisen alustan päällä. Anturifuusio ei nosta pelkästään lentokorkeuden mittaustarkkuutta vaan lisää myös mittaussysteemin vikasietoisuutta.