全球首發!慣性導航導論(劍橋大學)第三部分

2021-10-02 13:07:58 字數 1799 閱讀 3989

本節介紹了陀螺的主要型別。注意,這不是乙個詳盡的列表。特別是有許多不同種類的機械陀螺儀沒有描述。乙個更全面的調查可以在[1]中找到。

傳統的陀螺儀包括乙個安裝在兩個框架上的紡車,它可以在三個軸上旋轉,如圖5所示。角動量守恆的乙個作用是,紡車會抵抗方向的變化。角動量守恆的乙個作用是,紡車會抵抗方向的變化。因此,當乙個機械陀螺儀受到乙個旋轉,車輪將保持恆定的整體方向相鄰萬向節()之間的角度會發生變化。為了測量裝置的方向,可以使用角度拾取來讀取相鄰萬向節之間的角度。請注意,傳統的陀螺儀測量方向。相比之下幾乎所有的現代 陀螺儀(包括第3.1.2和3.1.3節中概述的光學和mems型別)是測量角速度的速率陀螺儀。

機械陀螺的主要缺點是含有運動部件..運動部件引起摩擦,這反過來又使輸出隨著時間的推移而漂移..儘量減少高精度摩擦 使用軸承和特殊潤滑劑,增加了裝置的成本。機械陀螺也需要幾分鐘的熱身時間,這在很多情況下並不理想.

光纖陀螺利用光的干擾來測量角速度。光纖陀螺由一大圈光纖組成.為了測量旋轉,兩束光束被發射到線圈中 相反的方向。如果感測器正在進行旋轉,那麼沿旋轉方向運動的光束將經歷比光束旅行的光纖另一端更長的路徑 如圖6所示。

這就是所謂的sagnac效應。當光束離開纖維時,它們是結合在一起的。由於sagnac效應引入的相移導致光束干涉,形成乙個組合光束強度取決於角速度。因此,可以通過測量組合光束的強度來測量角速度。

環雷射陀螺儀(r lgs)也是基於sagnac效應..光纖陀螺和rlg的區別在於,在rlg中,雷射束是利用反射鏡圍繞一條閉合路徑定向的而不是光纖。

與機械陀螺不同,光學陀螺沒有運動部件,啟動只需要幾秒鐘。光學陀螺的精度在很大程度上取決於光傳輸的長度 選擇路徑(較大更好),這受到裝置大小的限制。

儘管經過多年的發展,機械陀螺儀和光學陀螺儀仍然有很高的零件數量和對零件高精度公差和複雜的裝配技術的要求。因此仍然很貴。相比之下,用矽微加工技術製造的mems感測器的零件數較低(乙個mems陀螺儀可以由三個部分組成),而且相對便宜。

mems陀螺儀利用了coriolis(科里奧利)效應,該效應指出,在以角速度ω旋轉的參考框架中,隨著速度v運動的質量m經歷了乙個力:

mems陀螺儀包含測量科里奧利效應的振動元件。存在許多振動元件幾何形狀,如振動輪和音叉陀螺儀。最簡單的幾何結構是由單個質量組成,它沿著驅動軸振動,如圖7所示。當陀螺儀轉動時,由於科里奧利力的作用,沿垂直軸產生二次振動。

角速度可以通過測量這個二次旋轉來計算.

目前,mems感測器的精度無法與光學裝置相媲美,但在未來有望做到這一點。下面是mems感測器的優點列表,取自[1]。

如前所述,mems陀螺儀的主要缺點是它們目前的精度遠低於光學器件。表1說明了mems技術的優缺點 通過比較霍尼韋爾製造的兩個陀螺儀的規格來命名。所述g1320an為單軸數字雷射陀螺.gg5300是乙個三軸mems速率陀螺。請注意,mems包不僅包含三個陀螺儀,而且功耗更低,啟動時間更短,而且比光學裝置更小、更輕.從偏置穩定性和角隨機遊走的測量結果可以看出,mems器件的主要缺點是精度低。這些度量型別將在3.2節中進行解釋。

全球首發!慣性導航導論(劍橋大學)第十一部分

為了跟蹤ins的位置,將加速度計得到的加速度訊號 然後減去重力加速度,對剩餘的加速度積分一次得到速度,再積分一次得到位移 式中與姿態 attitude 演算法一樣,必須使用整合方案來積分從加速度計到達的樣本。使用矩形規則的簡單實現,後續更新方程 加速度計中產生的誤差通過二次積分傳播,如第4.2節所述...

全球首發!慣性導航導論(劍橋大學)第四部分

在這一部分中,我們研究了mems陀螺儀 現的誤差,以及它們對整合的 方向 訊號的影響。速率陀螺儀的偏置是陀螺儀在不經歷任何旋轉時的平均輸出 即 輸出從真實值的偏移量 單位為 h。恆定偏置誤差 速率陀螺的恆定偏置誤差可以通過對陀螺輸出進行長期平均而不進行任何旋轉來估計。一旦知道了偏差,通過簡單地從輸出...

全球首發!慣性導航導論(劍橋大學)第五部分

mems陀螺儀的偏差隨著時間的推移而漂移,這是由於電子器件和其他易受隨機閃爍影響的元件中的閃爍雜訊造成的。閃爍雜訊是一種頻率為1 f的雜訊,其影響通常在電子元件的低頻處觀察到。在高頻率時,閃爍雜訊往往被白雜訊所掩蓋。由閃爍雜訊引起的偏置波動通常被模擬為隨機遊走。偏差穩定性測量描述了在固定條件下 通常...