Açısal rastgele yürüyüş (ARW), jiroskopları ve uzatma yoluyla atalet navigasyon sistemlerini (INS) etkileyen bir tür hata türüdür açısal hız ölçümündeki rastgele dalgalanmaları ifade eder , bu da sistemin açısal yöneliminin (örneğin, rulo, zift ve sapma) zamanla kademeli olarak sürüklenmesine neden olur.
Açısal rastgele yürüyüşün temel özellikleri (ARW):
- Rastgele doğa:
- ARW, jiroskopun çıktısında küçük, öngörülemeyen değişikliklere yol açan rastgele gürültüyü temsil eder. rastgele bir yürüyüş olarak modellenir , yani zaman içinde birikir ve açısal ölçümlerde giderek daha büyük hatalara yol açar.
- Jiroskoplar üzerindeki etkisi:
- Ataletsel bir navigasyon sisteminde, jiroskoplar açısal hız hızını ölçer (yani nesnenin eksenlerinin etrafında ne kadar hızlı döndüğü). ARW, bu oran ölçümünde doğal bir hata olarak kendini gösterir, bu da jiroskopun çıktısının öngörülemeyen yollarla hafifçe sapmasına neden olur, bu da oryantasyon tahminlerinin (rulo, perde ve sapma) kümülatif kaymasına neden olur.
- Ataletal navigasyon üzerindeki etki:
- Zamanla, açısal hızdaki rastgele dalgalanmalar, hesaplanan oryantasyonda (tutum) artan hatalara yol açar. Açısal hızdaki hata herhangi bir anda küçük olsa da, zamanla birikir ve sistemin tutumunda ve başlık tahminlerinde giderek daha büyük sapmalara yol açar.
- Bu etki, atalet sisteminin harici düzeltmeleri (örn. GPS veya diğer referans sistemleri) olmadığı uzun süreli işlemler gerektiren uygulamalarda özellikle önemlidir.
- İstatistiksel model:
- güç spektral yoğunluk fonksiyonu ile, genellikle kök saati (°/√HR) veya kare kare saat başına (rad/√HR) radyan birimleri ile tanımlanır Bu, rastgele gürültü açısından açısal kayma oranını ölçer.
- ARW'ye bağlı hata, zamanın kare kökü ile artar. Başka bir deyişle, sistem düzeltmeden ne kadar uzun süre çalışırsa, biriken hata o kadar büyük olur.
- Formül temsili:
- t zamanındaki açısal hatanın zamanın kare kökü ile orantılı olduğu jiroskopun açısal hızının rastgele bir yürüyüşü olarak temsil edilebilir Basit bir ifadeyle, hata şu şekilde büyür:
θ (t) = √ (k arw · t)
Nerede:
- θ (t) T zamanındaki açısal hata ,
- K ARW, ARW gürültüsünün büyüklüğünü karakterize eden bir sabittir.
Açısal rastgele yürüyüş kaynakları:
- Jiroskop önyargıları : Sensör elektroniğinde önyargı instabilitesi veya gürültü gibi jiroskop sensörlerindeki kusurlar.
- Çevresel faktörler : Sıcaklık dalgalanmaları, mekanik titreşimler ve diğer çevresel koşullar rastgele gürültüyü şiddetlendirebilir.
- Üretim değişkenliği : Birimler arasındaki sensörlerin kalitesindeki farklılıklar, değişen ARW seviyelerine yol açabilir.
Ataletal navigasyon için çıkarımlar:
- Kısa vadeli ve uzun vadeli navigasyon : Kısa vadede ARW navigasyon doğruluğunu önemli ölçüde etkilemeyebilir. Bununla birlikte, harici düzeltme (GPS gibi) olmayan uzun süreler boyunca, ARW'den gelen hataların birikmesi, sistemin tutumunda ve başlığında önemli bir kaymaya yol açabilir.
- Düzeltme yöntemleri: ARW'nin etkisini azaltmak için, atalet navigasyon sistemleri genellikle şu teknikler kullanır:
- Kalman Filtreleme : Birikmiş kaymayı düzeltmek için çoklu sensörlerden (ivmeölçerler ve GP'ler gibi) ölçümlerin entegre edilmesi.
- Sensör Füzyonu : ARW'nin sistemin doğruluğu üzerindeki etkisini azaltmak için jiroskoplardan alınan verilerin diğer referans sistemleriyle (GPS, manyetometreler veya görsel sensörler gibi) birleştirilmesi.
Çözüm:
Ataletsel navigasyon sistemleri, dönme hareketlerini ölçmek için jiroskoplara büyük ölçüde güvenir ve açısal rastgele yürüyüş, bu ölçümlerdeki zaman içinde rastgele dalgalanmaları tanımlayan kritik bir faktördür. ARW'nin neden olduğu hatalar, zamanın kare bir kökü olarak birikir ve kademeli oryantasyon sürüklenmesine yol açar. Bu sürüklenme, gelişmiş sensör füzyon teknikleri, kalibrasyon ve yüksek kaliteli jiroskoplar kullanılarak telafi edilebilir.
