Princípio e aplicação do giroscópio de fibra óptica para localização do norte

Pontos-chave

Giroscópio de fibra óptica para localizar o norte

Vantagens: Alta precisão, resistência a choques, baixo consumo de energia, não necessita de referência externa.
Contras: Requer calibração precisa, sensível à deriva.
Ideal para: Ambientes hostis, aplicações de navegação de precisão

Conclusão: Ideal para determinar o norte verdadeiro em condições desafiadoras, oferecendo desempenho confiável sem a necessidade de informações de latitude.

O localizador de norte é um tipo de bússola usada para encontrar o valor da direção do norte verdadeiro em um determinado local. O localizador de norte giroscópico, também conhecido como bússola giroscópica, é um sistema de medição inercial que utiliza o princípio do giroscópio para determinar a direção da projeção da velocidade angular de rotação da Terra no plano horizontal local (ou seja, a posição do norte verdadeiro). Sua busca pelo norte não requer referência externa.

Princípio do giroscópio de fibra óptica Localização Norter

O giroscópio de fibra óptica (FOG) é um novo tipo de giroscópio totalmente de estado sólido baseado no efeito Sagnac. Trata-se de um elemento de medição inercial sem partes rotativas mecânicas, com vantagens como resistência a choques, alta sensibilidade, longa vida útil, baixo consumo de energia e integração confiável. É um dispositivo inercial ideal para a nova geração de sistemas de navegação inercial strapdown.

Em aplicações de localização do norte baseadas em giroscópios de fibra óptica, a maioria dos métodos utilizados envolve a rotação do giroscópio em um ângulo fixo e o cálculo do ângulo em relação à direção norte, determinando-se o deslocamento. Para apontar para o norte com precisão, também é necessário eliminar a deriva do giroscópio. Geralmente, utiliza-se uma plataforma giratória, como mostrado na Figura 1, para posicionar o giroscópio de fibra óptica sobre uma base móvel, com o plano da base móvel paralelo ao plano horizontal e o eixo sensível do giroscópio paralelo ao plano da base móvel. Ao iniciar a busca pelo norte, o giroscópio está na posição 1 e seu eixo sensível é paralelo à base. Supondo que o ângulo entre a direção inicial do eixo sensível do giroscópio de fibra óptica e a direção do norte verdadeiro seja αO valor de saída do giroscópio na posição 1 é ω1Em seguida, gire a base. 90° e meça o valor de saída do giroscópio na posição 2 como ω2Girar 90° duas vezes em sequência, girando para as posições 3 e 4 respectivamente, para obter as velocidades angulares. ω3 e ω4.

Supondo que a latitude do ponto de medição seja φ，A rotação da Terra é ,

Então:

Ao utilizar este método de medição, o viés zero do giroscópio pode ser eliminado, e não há necessidade de conhecer o valor da latitude do local de medição. Se a latitude do local de medição for conhecida, então apenas as posições de medição 1 e 3 (ou 2 e 4) podem determinar o ângulo de direção.

Conclusão

O localizador de norte por giroscópio de fibra óptica possui uma estrutura simples e excelente desempenho, sendo especialmente resistente a impactos e a diversos ambientes hostis. Quando a plataforma giratória está na horizontal, ele fornece o ângulo entre o veículo e a direção do norte verdadeiro sem a necessidade de inserir valores de latitude. Caso a plataforma giratória não esteja estritamente horizontal, a velocidade angular da Terra medida pelo giroscópio de fibra óptica e o ângulo entre o giroscópio e o plano horizontal, medido pelo acelerômetro, são utilizados para calcular o ângulo entre a linha de base do veículo e a direção do norte verdadeiro por meio de cálculos computacionais. Simultaneamente, o acelerômetro também mede o ângulo de atitude do localizador de norte.