Angular Random Walk (ARW) - это тип ошибки, которая влияет на гироскопы и, по расширению, инерциальные навигационные системы (INS). Это относится к случайным колебаниям угловой скорости угловую ориентацию системы (например, рулон, шаг и рывок) постепенно дрейфовать с течением времени.
Ключевые характеристики угловой случайной прогулки (ARW):
- Случайная природа:
- ARW представляет случайный шум, который приводит к небольшим, непредсказуемым изменениям в выходе гироскопа. Этот шум часто моделируется как случайного ходьбы , что означает, что он накапливается с течением времени, что приводит к все более крупным ошибкам в угловых измерениях.
- Влияние на гироскопы:
- В инерционной навигационной системе гироскопы измеряют скорость угловой скорости (то есть, как быстро объект вращается вокруг своих оси). ARW проявляется как неотъемлемая ошибка в этом измерении скорости, в результате чего выход гироскопа слегка отклоняется непредсказуемыми способами, что приводит к совокупному дрейфу оценок ориентации (Roll, Pitch и Yaw).
- Влияние на инерционную навигацию:
- Со временем случайные колебания угловой скорости приводят к увеличению ошибок в расчетной ориентации (отношение). В то время как ошибка в угловой скорости невелика в любой момент, она накапливается с течением времени, что приводит к постепенно большим отклонениям в отношении оценок системы и заголовка.
- Этот эффект является особенно значительным в приложениях, требующих длительных операций, когда инерционная система не имеет внешних поправок (например, GPS или другие контрольные системы).
- Статистическая модель:
- ARW обычно описывается функцией спектральной плотности мощности , часто с единицами градусов на квадратный корневой час (°/√hr) или радианами на квадратный корень (Rad/√hr). Это количественно определяет скорость углового дрейфа с точки зрения случайного шума.
- Ошибка из -за ARW увеличивается с квадратным корнем времени. Другими словами, чем дольше система работает без коррекции, тем больше накопленная ошибка.
- Представление формулы:
- ARW может быть представлен как случайная прогулка по угловой скорости гироскопа, где угловая ошибка в момент времени t пропорциональна квадратному корню времени. Проще говоря, ошибка растет как:
θ (t) = √ (k arw · t)
Где:
- θ (t) - угловая ошибка в момент времени t ,
- K ARW - это постоянная, которая характеризует величину шума ARW.
Источники угловой случайной прогулки:
- Предвзятость гироскопа : недостатки в самих датчиках гироскопа, такие как нестабильность смещения или шум в электронике датчика.
- Факторы окружающей среды : колебания температуры, механические вибрации и другие условия окружающей среды могут усугубить случайный шум.
- Изменчивость производства : различия в качестве датчиков между единицами могут привести к различным уровням ARW.
Последствия для инерционной навигации:
- Краткосрочная и долгосрочная навигация : в краткосрочной перспективе ARW может не влиять на точность навигации. Однако в течение длительных периодов без внешней коррекции (например, GPS) накопление ошибок из ARW может привести к значительному дрейфу в отношении и заголовка системы.
- Методы коррекции: Чтобы смягчить влияние ARW, инерционные навигационные системы часто используют методы, такие как:
- Фильтрация Калмана : интеграция измерений из нескольких датчиков (таких как акселерометры и GPS) для исправления накопленного дрейфа.
- Слияние датчика : объединение данных из гироскопов с другими контрольными системами (такими как GPS, магнитометры или визуальные датчики), чтобы уменьшить влияние ARW на точность системы.
Заключение:
Инерционные навигационные системы в значительной степени полагаются на гироскопы для измерения вращательных движений, а угловой случайный ход является критическим фактором, который описывает случайные флуктуации в этих измерениях с течением времени. Ошибки, вызванные ARW, накапливаются как квадратный корень времени, что приводит к постепенному дрейфу ориентации. Этот дрейф может быть компенсирован с использованием расширенных методов слияния датчиков, калибровки и высококачественных гироскопов.
