Скоростной гироскоп

30.11.2021

Скоростной гироскоп

Вращающиеся гироскопы, которые не ориентированы на Север, называются "гироскопами скорости поворота". В отличие от гироскопов, ориентированных на Север, они имеют две вместо трех степеней свободы. Автопилоты используют гироскопы скорости поворота, чтобы автоматически управлять кораблем и показывать скорость поворота (ВРАЩЕНИЯ). Они используются только на более коротких расстояниях, поскольку не сохраняют свою ориентацию в пространстве в течение длительных периодов времени.

Требования к точности ИМО для приборов скорости поворота:

  • Указанная скорость поворота не должна отклоняться от фактической скорости поворота судна более чем на 0,5 градуса в минуту плюс 5 процентов от указанной скорости поворота судна. Эти значения включают влияние скорость вращения Земли.
  • Периодическое движение судна по крену с амплитудой ±5° и периодом до 25 секунд и периодическое движение при качке с амплитудой ±l° и периодом до 20 секунд, не должны изменять среднее значение указанной скорости поворота более чем на 0,5° в минуту.
  • Прибор ROT должен соответствовать этим требованиям точности при всех скоростях судна до 10 узлов.

          

Гироскоп скорости поворота с панелью оператора и повторителем, который показывает скорость поворота,
ВРАЩЕНИЯ. (Raytheon Anschutz)

Кольцевой Лазерный гироскоп

Для обнаружения вращения прибора, кольцевые лазерные гироскопы (RLG) используют зеркала для отражения лазерного луча. Он разделен так, что один пучок направлен по часовой стрелке, а другой − против часовой стрелки. После, они отражаются в зеркалах. Когда устройство не вращается, два луча достигнут компаратора без разности фаз. Но когда устройство вращается, лазерные лучи должны проходить разные расстояния, чтобы пересечь цепь. Эта разница обнаруживается путем сравнения их фаз и вращение может быть измерено. Эта функция основана на так называемом эффекте Саньяка.

Волоконно-оптический гироскоп

Волоконно-оптический гироскоп (FOG) использует концепцию, аналогичную кольцевому лазерному гироскопу, но волоконно-оптическая катушка используется в качестве очень чувствительного датчика скорости.

Входной лазерный луч разделяется на два, которые движутся по одному и тому же пути, но в противоположных направлениях: один по часовой стрелке, а другой против часовой.

Когда происходит вращение, оптический путь для одного луча становится немного длиннее, в то время как путь противоположного луча становится короче, что приводит к сдвигу частоты Саньяка.

Комбинация трех таких волоконно-оптических катушек (гироскопов) и двухосевого электронного датчика уровня, способна определять направление истинного Севера. В этой системе нет карданного подвеса, нет движущихся частей. Волоконно-оптический гироскоп не имеет никаких ошибок, кроме одной небольшой, которая увеличивается с широтой.


Когда гироскоп не вращается, расстояние, пройденное светом, имеет одинаковую длину в обоих направлениях и никакой разницы в фазе не произойдет.


 Когда гироскоп вращается, расстояние, пройденное разными путями, не равно и детектор может обнаружить разность фаз. FOG переводит это в измерение вращения

Спутниковый компас

Спутниковый компас измеряет курс судна, сравнивая разность фаз между несущими волнами разных спутников. Для этого требуется чтобы специальная антенна получала достаточное количество данных со спутников. Некоторым компасам для этой цели требуется не менее 6 спутников. Спутниковые компасы могут иметь до четырех антенн. По полученным сигналам прибор может рассчитать несколько параметров:

  • Заголовок
  • Скорость поворота (ROT)
  • Курс над землей (COG)
  • Крен и тангаж

Результаты очень точны. Спутниковый компас также получает данные GNSS о местоположении и отправляет сигналы на навигационный компьютер, поэтому нет необходимости в дополнительных антеннах.

Если сигналы перекрываются, например, мостами, каналами или гаванями, то резервная система компаса возьмет на себя задачу расчета курса на короткое время или до тех пор, пока сигнал не вернется. Резервная система состоит из твердотельного датчика магнитного поля Земли. Высококачественные спутниковые компасы имеют Инерционный измерительный блок (IMU) в качестве резервного. Он состоит из трех чувствительных к повороту датчиков и трех акселерометров. Качество системы резервного измерения определяет, как долго можно полагаться на данные, которые она предоставляет.

  

    

Разработка спутниковых компасов направлена на представление все большего и большего количества данных

Источники ошибок

  • Могут возникать случайные ошибки в зависимости от расстояния между антеннами и от их количества, используемых компасом. GPS-компас с четырьмя антеннами и относительным расстоянием между ними в 3 метра имеет точность 0,05°. С тремя антеннами и относительным расстоянием менее 1 метра точность будет составлять от 0,25° до 0,4°. Наиболее распространенные спутниковые компасы имеют только две антенны.
  • Так называемая A-ошибка, является постоянной величиной, зависящей от того, что она не установлена в направлении передней и задней линий. Установка также должна минимизировать эффекты мультилучей.
  • Если компас не получает достаточного количества спутниковых сигналов, курс не выводится. Когда это происходит, резервная система берет управление на небольшой период.

Краткосрочная стабильность GPS-компаса заключается в его способности продолжать предоставлять информацию о местоположении, курсе, крене и качке, даже когда система работает с помехами: тень спутника, ошибки мультилучей, ошибки антенны и так далее.

GPS-компасы не были одобрены IMO в качестве замены магнитных или гироскопических компасов.


Возврат к списку