第一届未来大气科学论坛

风矢量（风速和风向）数据在环境监测和气象研究中具有重要作用，可为城市空气质量评估、气象预报、气候变化分析等领域提供关键数据支持。本研究提出了一种基于四旋翼无人机姿态变化的实时风速风向估算方法，该方法无需依赖复杂的空气动力学模型或额外加装风传感器。研究系统性地对比了三种风速风向估算方法：基于倾角-风矢量函数关系的姿态法、基于力平衡原理的力平衡法以及传统风传感器测量法。通过开展外场飞行试验，将三种方法的估算结果与深圳市325 m气象观测塔的实测数据进行了对比验证。研究结果表明，姿态法与力平衡法的计算结果具有良好的一致性，在无人机悬停和垂直运动状态下，两种方法的估算结果与气象塔观测数据吻合度较高。风传感器在低风速条件下表现稳定，但在高速垂直运动时会出现显著测量偏差。针对此现象，研究深入分析了风传感器的误差来源并提出了相应的校准方法。最终，研究将无人机姿态估算方法成功应用于外场观测，揭示了滨海地区海陆风对大气污染物垂直分布的影响机制。本研究成果为低成本、高时空分辨率的精准风场测量提供了重要技术支撑。

无人机,姿态,风速风向