المشي العشوائي الزاوي (ARW) نوعًا من الأخطاء التي تؤثر على الجيروسكوبات ، وبالتالي، أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS). ويشير إلى التقلبات العشوائية في السرعة الزاوية انحراف الاتجاه الزاوي للنظام (على سبيل المثال، التدحرج، والميل، والانعراج) تدريجيًا بمرور الوقت.
الخصائص الرئيسية للمشي العشوائي الزاوي (ARW):
- طبيعة عشوائية:
- يمثل ARW ضوضاء عشوائية تؤدي إلى تغييرات صغيرة غير متوقعة في مخرجات الجيروسكوب. غالبًا ما يتم تصميم هذا الضجيج على أنه سير عشوائية ، مما يعني أنه يتراكم بمرور الوقت، مما يؤدي إلى أخطاء أكبر بشكل متزايد في القياسات الزاوية.
- التأثير على الجيروسكوبات:
- في نظام الملاحة بالقصور الذاتي ، تقيس الجيروسكوبات معدل السرعة الزاوية (أي مدى سرعة تدور الكائن حول محاوره). يتجلى ARW كخطأ متأصل في قياس المعدل هذا ، مما تسبب في انحراف ناتج الجيروسكوب قليلاً بطرق غير متوقعة ، مما يؤدي إلى الانجراف التراكمي لتقديرات الاتجاه (Roll و Pitch و Yaw).
- التأثير على الملاحة بالقصور الذاتي:
- بمرور الوقت ، تؤدي التقلبات العشوائية في السرعة الزاوية إلى زيادة أخطاء في الاتجاه المحسوب (الموقف). في حين أن الخطأ في السرعة الزاوية صغيرة في أي لحظة معينة ، فإنه يتراكم بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى انحرافات أكبر تدريجياً في موقف النظام وتقديرات العنوان.
- يعد هذا التأثير مهمًا بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب عمليات طويلة الأمد حيث لا يحتوي النظام بالقصور الذاتي على أي تصحيحات خارجية (على سبيل المثال ، GPS أو أنظمة مرجعية أخرى).
- النموذج الإحصائي:
- يتم وصف ARW عادةً بواسطة الكثافة الطيفية للطاقة ، غالبًا مع وحدات من الدرجات لكل ساعة جذر تربيعي (°/√HR) أو الراديان لكل ساعة جذر تربيعي (RAD/√HR). هذا يحدد معدل الانجراف الزاوي من حيث الضوضاء العشوائية.
- يزداد الخطأ بسبب ARW مع الجذر التربيعي للوقت. وبعبارة أخرى ، كلما طالما يعمل النظام دون تصحيح ، كلما كان الخطأ المتراكم أكبر.
- تمثيل الصيغة:
- يمكن تمثيل ARW كمسافة عشوائية للسرعة الزاوية للجيروسكوب ، حيث يكون الخطأ الزاوي في الوقت t يتناسب مع الجذر التربيعي للوقت. بعبارات بسيطة ، ينمو الخطأ على النحو التالي:
θ (t) = √ (k arw · t)
أين:
- θ (t) هو الخطأ الزاوي في الوقت t ،
- K ARW ثابت يميز حجم ضوضاء ARW.
مصادر المشي العشوائي الزاوي:
- تحيزات الجيروسكوب : العيوب في مستشعرات الجيروسكوب نفسها ، مثل عدم استقرار التحيز أو الضوضاء في إلكترونيات المستشعر.
- العوامل البيئية : تقلبات درجة الحرارة ، الاهتزازات الميكانيكية ، والظروف البيئية الأخرى يمكن أن تؤدي إلى تفاقم الضوضاء العشوائية.
- تباين التصنيع : يمكن أن تؤدي الاختلافات في جودة المستشعرات بين الوحدات إلى مستويات متفاوتة من ARW.
الآثار المترتبة على التنقل بالقصور الذاتي:
- على المدى القصير مقابل التنقل طويل الأجل : على المدى القصير ، قد لا يؤثر ARW بشكل كبير على دقة التنقل. ومع ذلك ، على مدى فترات طويلة دون تصحيح خارجي (مثل GPS) ، يمكن أن يؤدي تراكم الأخطاء من ARW إلى انجراف كبير في موقف النظام وعنصره.
- طرق التصحيح: للتخفيف من تأثير ARW ، غالبًا ما تستخدم أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي تقنيات مثل:
- ترشيح Kalman : دمج القياسات من أجهزة استشعار متعددة (مثل مقاييس التسارع ونظام تحديد المواقع العالمي) لتصحيح الانجراف المتراكم.
- اندماج المستشعر : الجمع بين البيانات من الجيروسكوبات مع الأنظمة المرجعية الأخرى (مثل GPS ، مقاييس المغناطيسية ، أو المستشعرات البصرية) لتقليل تأثير ARW على دقة النظام.
خاتمة:
تعتمد أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي اعتمادًا كبيرًا على الجيروسكوبات لقياس الحركات الدورانية ، والمشي العشوائي الزاوي هو عامل حاسم يصف التقلبات العشوائية في هذه القياسات مع مرور الوقت. تتراكم الأخطاء الناجمة عن ARW كجذر مربع من الزمن ، مما يؤدي إلى انجراف الاتجاه التدريجي. يمكن تعويض هذا الانجراف باستخدام تقنيات اندماج المستشعر المتقدمة والمعايرة والجيروسكوبات عالية الجودة.
