5 Роль и место микромеханических приборов в современной гироскопии

5.1 Тенденции развития современной гироскопии

Кратко остановимся на тенденциях развития современной гироскопии. Сегодня созданы настолько точные гироско­пические системы, что дальнейшего повышения точностей многим потребителям уже не требуется, а сокращение средств, выделяемых для военно-про­мышленного комплекса в бюджетах ведущих миро­вых стран, резко повысило интерес к массовым гражданским применениям гироскопической тех­ники, которые были ранее на периферии внимания разработчиков.

Наконец, выдающийся прогресс в области высокоточной спутниковой навигации сделал ненужными автономные средства нави­гации в тех случаях, когда сигнал со спутника может приниматься непрерывно. В настоящее время большинство навигацион­ных задач с очень высокой точностью (доли метра) решается с помощью GPS (Global Position System) и ГЛОНАСС. При этом отпадает необходимость в использовании даже курсовых гироскопов, ибо сравнение показаний двух приемников спутниковых сигналов, установ­ленных на расстоянии в несколько метров, например на крыльях самолета, позволяет получить информа­цию о повороте самолета вокруг вертикальной оси [15,16].

Можно сказать, что классическая навигация за­вершила свое эволюционное развитие, обеспечив при этом главным образом узкоспециальные по­требности военно-промышленного комплекса и получив сильного конкурента в виде спутниковых навигационных систем, подошла к рубежу, на кото­ром она практически вынуждена сменить приори­теты своего развития [13]. Именно поэтому внимание специалистов в области гироскопии сейчас сосредоточилось на поиске нетрадиционных областей применения при­боров.

Однако последние до­стижения как в области теоретической механики, электроники, информатики, так и при создании но­вых типов микромеханических гироскопов позво­ляют ожидать появления новых подходов к реше­нию ряда задач, среди которых важное место занимает навигация и ориентация малых, а также сверхмалых беспилотных летательных аппаратов.

5.2 Основные определения. Погрешности

Долгое время слово гироскоп использовалось для обозначе­ния быстро закрученного вращающегося симмет­ричного твердого тела в кардановом подвесе.

Определение: Карданов подвес представляет собой систему твердых тел (рамок, колец), последовательно соединенных между собой цилиндрическими шарнирами. Обычно при отсут­ствии технологических погрешностей оси рамок карданова подвеса пересекаются в одной точке — центре подве­са (смотри рис. 5.1). Гироскоп, у которого центр масс совпадает с центром подвеса, называется уравновешенным или свободным.

Рис. 5.1. Трехстепенной гироскоп

Определение: На сегодняшний день развитие гироскопической техники привело к тому, что гироскопами стали называть очень ши­рокий класс приборов, и сейчас термин гироскоп используется для названия устройств, содержащих материальный объект, который совершает быст­рые периодические движения. В результате этих движений устройство становится чувствительным к вращению в инерциальном пространстве. При та­ком понимании слова гироскоп для него необяза­тельно наличие симметричного массивного быстро вращающегося ротора, подвешенного без трения таким образом, чтобы его центр масс совпадал с центром подвеса [15].

Гироскопические приборы можно разделить на измерительные и силовые. Силовые служат для со­здания моментов сил, приложенных к основанию, на котором установлен гироприбор, а измеритель­ные предназначены для определения параметров движения основания (измеряемыми параметрами могут быть углы поворота основания, проекции вектора угловой скорости и т.д.).

На практике любые средства, используемые для подвеса ротора гироскопа, являются причиной воз­никновения нежелательных внешних моментов не­известной величины и направления. Основными погрешностями любого гироскопического прибора является дрейф смещения нуля и нестабильность масштабного коэффициента.

Определение: Дрейф смещения нуля – метрологическая характеристика (характеристика одного из свойств гироскопа, влияющая на результат преобразования и его погрешности), определяемая нестабильностью величины сигнала на выходе преобразовательных каналов гироскопа при отсутствии воздействия (угловой скорости) в виде высокочастотной (шумовой) и низкочастотной составляющих сигнала на выходе [3].

Определение: Нестабильность масштабного коэффициента – нестабильность отношения приращения сигнала на выходе гироскопа к вызывающему это приращение изменению угловой скорости [3].

Сопоставительный анализ будет проведен по дрейфам смещения нуля гироскопов разных типов.