{"id":1086,"date":"2020-10-05T13:24:00","date_gmt":"2020-10-05T13:24:00","guid":{"rendered":"https:\/\/oxts.com\/?p=1086"},"modified":"2025-04-29T10:22:29","modified_gmt":"2025-04-29T10:22:29","slug":"gyros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oxts.com\/de\/gyros\/","title":{"rendered":"Gyros"},"content":{"rendered":"
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Gyros<\/h3>\n\n \n\n\n \n\n\n\n
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Gyros sind einer der Sensortypen, die in den meisten\u00a0Tr\u00e4gheitsnavigationssysteme (INS)<\/a><\/strong>. Einer der anderen Sensortypen, die in den meisten Tr\u00e4gheitsnavigationssystemen verwendet werden, sind\u00a0Beschleunigungsaufnehmer<\/a><\/strong>Sie eignen sich hervorragend f\u00fcr die Messung von geradlinigen Bewegungen, aber nicht f\u00fcr die Messung von Drehbewegungen - hier kommen die Gyros ins Spiel. Kreisel interessieren sich \u00fcberhaupt nicht f\u00fcr lineare Bewegungen, sondern nur f\u00fcr Drehungen. Bei der Beschreibung verschiedener Tr\u00e4gheitsnavigationssysteme kann der Begriff \"Kreisel\" unterschiedliche Bedeutungen haben, je nachdem, um welche Art von System es sich handelt.<\/p>\n

Im herk\u00f6mmlichen Sinne besteht ein Gyroskop aus einem oder mehreren sich drehenden Rotoren, die kardanisch oder in einem anderen System aufgeh\u00e4ngt sind, das sie von externen Drehmomenten isolieren soll. Diese Art von Gyroskop funktioniert, weil der Rotor, sobald er sich dreht, seine Achse oder Drehung beibehalten will. Mit anderen Worten: Wenn man eine Linie durch die Drehachse des Kreisels projiziert, w\u00fcrde die projizierte Linie immer auf denselben Punkt zeigen, egal wie man den Kreisel zu drehen versucht. Nat\u00fcrlich k\u00f6nnte man den Kreisel zur Bewegung zwingen, wenn man ein Drehmoment auf ihn aus\u00fcbt - aber genau das soll das Gimbal verhindern.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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Ein Kardanring besteht aus mehreren konzentrischen, ineinander montierten Ringen, die \u00fcber orthogonal angeordnete Zapfen verbunden sind. Dank dieser Konstruktion kann sich der Kreisel in drei Achsen frei drehen, vorausgesetzt, die Ringe sind nicht kardanisch blockiert. Kardanische Verriegelung tritt auf, wenn zwei Achsen aufeinander ausgerichtet sind. In diesem Zustand hat der Kreisel zwei statt drei Freiheitsgrade, so dass ein in eine bestimmte Richtung wirkendes externes Drehmoment die Drehachse beeinflussen kann.<\/p>\n

Da der Rotor des Kreisels seine urspr\u00fcngliche Drehachse beibehalten will, k\u00f6nnen am Gimbal Sensoren angebracht werden, um die relative \u00c4nderung der Ausrichtung des externen Rahmens zu messen, an dem er befestigt ist. Auf diese Weise ist es m\u00f6glich, ein Bild davon zu erhalten, wie der externe Rahmen relativ zur Achse des Kreisels ausgerichtet ist. Das Bild auf der linken Seite veranschaulicht dies.<\/p>\n

Die in Strap-Down-Navigatoren verwendeten Kreisel leiden nicht unter der Kardansperre. Das liegt daran, dass sie keine Kreisel im herk\u00f6mmlichen Sinne sind. Stattdessen handelt es sich um MEMS-Ger\u00e4te, die die Winkelgeschwindigkeit messen - in der Regel in der Einheit \u00b0\/s (sprich: Grad pro Sekunde). Solange sich ein MEMS-Kreisel also nicht um seine Messachse dreht, gibt er unabh\u00e4ngig von der Richtung, in die er zeigt, einen Wert von 0 \u00b0\/s aus. W\u00fcrde sich der Kreisel jedoch um seine Messachse drehen und f\u00fcr jede Umdrehung etwa eine Sekunde ben\u00f6tigen, w\u00fcrde er einen Wert von 360 \u00b0\/s ausgeben.<\/p>\n

Dies w\u00e4re je nach Drehrichtung positiv oder negativ.<\/p>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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MEMS-Drehratensensor<\/h5>\n\n\n
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MEMS-Kreisel (mikroelektromechanische Systeme) gibt es in vielen Formen und Gr\u00f6\u00dfen. Die Messachse dieses Drehratensensors ist durch den roten Pfeil dargestellt. Eine Drehung in Richtung des Pfeils ergibt einen positiven Wert, w\u00e4hrend die entgegengesetzte Richtung einen negativen Wert ergibt. Lineare Bewegungen werden nicht erfasst.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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Drehratensensoren (Gyros) messen die Drehrate in Grad pro Sekunde (o\/s). Sie \"messen\" nicht die Richtung. Sie k\u00f6nnen jedoch ihre Messungen verwenden, um herauszufinden, in welche Richtung der Sensor zeigt, wenn Sie wissen, in welche Richtung er zu Beginn zeigte. Dieser Sensor und der links daneben w\u00fcrden beide 0 o\/s anzeigen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n <\/div>\n\n <\/div>\n <\/div>\n \n \n <\/div>\n\n\n \n

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Dieser Sensor dreht sich nach rechts und w\u00fcrde einen positiven Wert liefern. Die Messwertausgabe h\u00e4ngt davon ab, wie schnell er sich dreht - je h\u00f6her die Zahl, desto schneller die Drehung. Wenn der Sensor 0,5 Sekunden lang einen Durchschnittswert von 90 o\/s anzeigt, k\u00f6nnte man davon ausgehen, dass sich der Sensor um 45o im Uhrzeigersinn gedreht hat.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Durch die Montage von drei Kreiseln auf drei zueinander senkrechten Achsen ist es m\u00f6glich, die Ausrichtung eines Objekts im 3D-Raum zu verfolgen. Kombiniert mit Beschleunigungssensoren ist es m\u00f6glich, die relative Position, Ausrichtung und Geschwindigkeit eines Objekts zu verfolgen - und solange wir die Startposition kennen, k\u00f6nnen wir auch die aktuelle Position berechnen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Daraus k\u00f6nnen Sie ersehen, dass ein Kreisel, genau wie ein Beschleunigungsmesser, dem INS nicht mitteilt, in welche Richtung es ausgerichtet ist.<\/h5>\n\n\n
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Wenn er zum ersten Mal eingeschaltet wird, wei\u00df der Kreisel nur, wie schnell er sich dreht. Es ist die Aufgabe des INS, all diese Messungen zu verfolgen. Wenn das INS also eine durchschnittliche Geschwindigkeit von 360 \u00b0\/s f\u00fcr genau 0,25 Sekunden um die z-Achse feststellt, wei\u00df es, dass es sich nun um 90\u00b0 gedreht hat (360 \u00b0\/s \u00f7 0,25 s = 90\u00b0), unabh\u00e4ngig von der Richtung, in die es zu Beginn zeigte. Wenn das INS nat\u00fcrlich wusste, dass es vor der Bewegung nach Norden ausgerichtet war, und wenn es auch wei\u00df, dass positive Kreiselwerte eine Drehung im Uhrzeigersinn anzeigen, dann kann es leicht herausfinden, dass es jetzt nach Osten ausgerichtet ist.<\/p>\n

Genauso wie es normal ist, drei Beschleunigungsmesser zu verwenden, ist es normal, dass das INS drei Kreisel enth\u00e4lt, die so ausgerichtet sind, dass sie die Drehung um drei zueinander senkrechte Achsen messen. Auf diese Weise kann das INS seine Ausrichtung im 3D-Raum messen. Dies geschieht mit einem Verfahren namens\u00a0Koppelnavigation<\/a><\/strong>.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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