Что такое гирокомпас и как его может использовать планетоход?

В комментариях и ссылках ниже вопрос « Как Curiosity знает, как наводить и перемещать свою антенну с высоким коэффициентом усиления в режиме реального времени?» есть упоминание о гирокомпасе.

Я знаю, что гироскопы можно использовать для измерения изменений ориентации, т. е. вращений, и что обычные компасы можно использовать для измерения ориентации по отношению к внешнему магнитному полю.

Но что такое гирокомпас, по какому принципу он работает и как его можно использовать в контексте планетохода?

Я подозреваю, что «инерциальные устройства слежения», которые измеряют ускорение и интегрируют его для определения положения, часто ошибочно называют гирокомпасами. Они должны уметь определять ориентацию, чтобы знать, как интерпретировать сигналы своих акселерометров, но они не совпадают с гирокомпасами, описанными в ответах здесь.

Ответы (3)

Планеты вращаются. Поместите на стол точный гироскоп, и вы легко сможете наблюдать вращение Земли.

Трехосевой гироскоп измеряет ось вращения и угловую скорость вокруг нее. Угловая скорость не имеет большого значения, так как это известная величина в любом случае (Земля: 360°/24 часа), но знание оси вращения оказывается ценным:

  • Горизонтальная составляющая оси вращения – направление север-юг.

  • Его высота (в градусах выше/ниже горизонта) является вашей широтой.

Чтобы использовать гироскоп в качестве компаса, транспортное средство должно стоять неподвижно в течение нескольких минут, а планета должна иметь достаточное вращение.

Таким образом, термин гирокомпас относится к гироскопу с достаточной чувствительностью, чтобы определить направление вращения планеты. Это подкласс гироскопа, а не совершенно другой инструмент? Два ваших пункта относятся к ссылкам из других инструментов для установления горизонтали. Если бы у меня был гирокомпас, установленный на вездеходе, какую информацию можно было бы получить, не прибегая к другим измерениям?
@uhoh - Да, гирокомпас - это просто гироскоп, установленный таким образом, чтобы он измерял вращение планеты. Если горизонтальная плоскость не известна по другим приборам, гирокомпас все равно определяет истинный север, но в координатах тела , что не очень полезно.
Хорошо, я вижу, это дает вам одну ось. Таким образом, если бы у вас была вторая ось, например, точка отсчета звезды или «вниз» с акселерометром и часами, или точка отсчета Солнца и часы, то вы могли бы получить положение марсохода и направить антенну с высоким коэффициентом усиления как упоминается в вопросе.
Гирокомпас на самом деле не измеряет вращение: он использует вращение, чтобы стабилизировать свою ось, указывающую на север, поэтому ежедневное вращение не приводит к крутящему моменту гироскопа. Как только гирокомпас выровняется, вы больше не получите от него информации о вращении, только направление.
@BobJacobsen - Механические столетней давности. «Гирокомпас» космического корабля — это просто IMU , который определяет ось вращения, как описано. Он также питает INS во время движения автомобиля.
@РайнерП. Вероятно, вы правы насчет современных невращающихся систем. Я действительно чувствую себя немного старым, когда работал над калибровкой этого ( hq.nasa.gov/alsj/19740003321_1974003321.pdf ) вращающегося одноосного гироскопа, чтобы увидеть, какой подход лучше: лунно-северный GC или ориентированный на Солнце IM. Для короткой продолжительности миссии IM был выбран как более надежный, хотя и требует многократной настройки.

Гирокомпас устанавливает гироскоп определенным образом, так что его ось (в конечном итоге) самовыравнивается с осью вращения планеты, например Земли. Таким образом, вы получаете автономное указание на истинный север.

Он не зависит от магнитного поля, что может быть удобно, например, на Марсе.

Это работает, потому что планета вращается и увлекает за собой монтировку. Если оси планеты и гирокомпаса уже параллельны, отлично. В противном случае ежедневное вращение корпуса выверяет гирокомпас. На Луне, с ее длинными днями и медленным вращением, это может не сработать.

Обратите внимание, что это отличается от обычного инерциального гироскопа, который «указывает в постоянном направлении»: гирокомпас намеренно не делает этого, а вместо этого поворачивает свою ось так, чтобы она была направлена ​​на север.

Можете ли вы найти источник, который объясняет, как гироскоп становится геокомпасом только в том случае, если он установлен так, чтобы он двигался определенным образом? Есть много видов гироскопов, только у некоторых есть вращающаяся масса; существуют также гироскопы на основе света (обычно, но не всегда на основе оптического волокна) и гироскопы на основе вибрирующих МЭМС-структур. Все умеют измерять вращение, но многие не "двигаются", как вы описываете.
@uhoh В Википедии есть основная информация о паре подходов. en.m.wikipedia.org/wiki/Gyrocompass для ностальгии это описание трудно превзойти ed-thelen.org/SperryManual-05.pdf Часть вопроса заключается в языке: разумные люди могут расходиться во мнениях относительно того, являются ли невращающиеся инерциальные платформы « гироскопы
Ага! Я ценю это различие, даже несмотря на то, что некоторые утверждают, что я не считаю себя «разумными людьми» ;-) Руководство Sperry — настоящая жемчужина и отличный ресурс для решения вопроса «Что такое гирокомпас...?» Не могли бы вы немного расширить свой ответ? Я думаю, у вас есть некоторые идеи, которые другие читатели оценят так же, как и я!

Гирокомпас — это тип немагнитного компаса. Это похоже на принцип гироскопа, но не то же самое. А именно принцип гироскопической прецессии.

Определенно можно использовать гироскоп/гироскопический компас, чтобы получить грубую ориентацию.

Если вы находитесь на определенной широте и долготе, можно рассчитать направление вектора вращения, которое можно было бы измерить в местной системе координат NEU. После этого нужно найти такое вращение, которое совместит наблюдаемый вектор направления вращения с расчетным. Это ваше отношение в Mars Center Mars Fixed frame. Эта информация должна быть объединена с истинным абсолютным временем (или звездным углом), чтобы получить инерционную ориентацию.

Маятник Фуко прекрасно демонстрирует эффект вращения, который можно зафиксировать с помощью бортовых гироскопов.

Пример маятника Фуко в видео Дартмутский профессор обсуждает маятник Фуко

Я отредактировал ответ и немного объяснил @uhoh
Что такое гирокомпас и как его может использовать планетоход?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v