자이로는 대부분의 관성 내비게이션 시스템(INS)에사용되는 센서 유형 중 하나입니다. 대부분의 관성 네비게이션 시스템에 사용되는 다른 센서 유형 중 하나는 직선 동작을 측정하는 데 좋은 가속도계이지만회전에 능숙하지 는 않습니다. 자이로스는 선형 모션에 전혀 신경 쓰지 않고 회전만 합니다. 다른 관성 네비게이션 시스템을 설명할 때 '자이로'라는 용어는 설명되는 시스템 유형에 따라 다른 것을 의미할 수 있습니다.
전통적인 의미에 따르면 자이로 스코프는 짐벌에 보관된 하나 이상의 회전 로터를 사용하거나 외부 토크로부터 분리하도록 설계된 다른 시스템에서 정지합니다. 이러한 유형의 자이로스 코프는 로터가 회전하면 축이나 회전을 유지하려고 하므로 작동합니다. 즉, 자이로의 스핀 축을 통해 선을 투영하는 경우, 자이로를 비틀고 돌리려는 방법과 관계없이 투영된 선은 항상 동일한 지점을 가리키도록 하려고 합니다. 분명히 자이로는 토크를 적용하면 강제로 움직일 수 있지만 짐벌을 방지하도록 설계된 것입니다.
짐벌은 수직으로 배치된 회전축을 통해 연결되어 서로의 내부에 장착된 다수의 동심원을 사용하고 있습니다. 이 설계를 통해 자이로는 원에 짐벌 잠금 장치가 없다고 가정할 때는 3축으로 자유롭게 회전할 수 있습니다. 짐벌 잠금은 두 축이 정렬될 때 발생합니다. 이 상태에서 짐벌은 3개가 아닌 2도의 자유도를 가지므로 특정 방향으로 적용된 외부 토크가 회전축에 영향을 줄 수 있습니다.
자이로의 로터는 초기 회전 축을 유지하려고 하기 때문에 센서를 짐벌에 장착하여 부착된 외부 프레임의 방향의 상대적 변화를 측정할 수 있습니다. 이러한 방식으로 외부 프레임이 자이로축에 비해 어떻게 방향을 지정하는지 에 대한 그림을 유지할 수 있습니다. 왼쪽의 이미지는 이를 보여 줍니다.
스트랩 다운 네비게이터에 사용되는 자이로는 짐벌 잠금으로 고생하지 않습니다. 전통적인 사물감각이 자이로스가 아니기 때문입니다. 대신, 각 속도(일반적으로 °/s 단위)에서 각도 속도를 측정하는 MEMS 장치입니다(말: 초당 도). 따라서 방향에 관계없이 MEMS 자이로가 측정 축에 대해 회전하지 않는 한 0°/s의 값을 출력합니다. 그러나 자이로가 측정 축에 대해 회전하고 각 회전을 수행하기 위해 약 1초정도 걸리는 경우 360°/s의 값을 출력합니다.
이는 회전 방향에 따라 양수 또는 음수입니다.
MEMS 각 속도 센서
MEMS (마이크로 전기 기계 시스템) 자이로는 많은 모양과 크기로 제공됩니다. 이 각도 속도 센서의 측정 축은 빨간색 화살표로 표시됩니다. 화살표 방향으로 회전하면 양수 값을 제공하지만 반대 방향은 음수 측정을 제공합니다. 선형 이동이 등록되지 않았습니다.
각도 속도 센서(자이로)는 o/s(초당 도)의 각도 속도를 측정합니다. 그들은 방향을 "측정"하지 않습니다. 측정값을 사용하여 센서가 어떤 방향으로 향하고 있는지 알 면 어떤 방향을 시작할지 알 수 있습니다. 이 센서와 왼쪽 센서는 모두 0 o/s를 읽습니다.
이 센서는 오른쪽으로 회전하며 양수 값을 생성합니다. 측정 출력은 회전 속도(숫자가 높을수록 회전 속도가 빨라지는 것)에 따라 달라집니다. 센서가 0.5초 동안 평균 90o/s의 값을 보았을 경우 센서가 시계 방향으로 45o회전했다는 것을 알아낼 수 있습니다.
3개의 상호 수직 축에 3개의 자이로를 장착하면 3D 공간에서 물체의 방향을 추적할 수 있습니다. 가속도계와 결합하면 개체의 상대위치, 방향 및 속도를 추적할 수 있으며 시작 위치를 아는 한 현재 위치를 알아낼 수 있습니다.
이 때문에 가속도계와 마찬가지로, 자이로 자체가 INS에 방향을 지정하는 방법을 알려주지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 처음 전원이 들어 왔을 때 모든 자이로는 그것이 얼마나 빨리 회전하고 있는지를 파악합니다. 이러한 측정값을 모두 추적하는 것은 INS의 역할입니다. 따라서 INS가 z축에 대해 정확히 0.25초 동안 360°/s의 평균 속도를 관측하면, 어떤 방향으로 시작하든 이제 90° (360°/s ∞ 0.25s = 90°)를 통과했다는 것을 이해합니다. 물론 INS가 이동 전에 북쪽이었음을 알고 양의 자이로 값이 시계 방향으로 회전을 나타낸다는 것을 알고 있다면 이제 동쪽을 향하고 있다는 것을 쉽게 알아낼 수 있습니다.
3개의 가속도계를 사용하는 것이 정상인 것처럼, INS가 3개의 자이로를 포함하는 것이 정상이기 때문에 상호 수직 축 3개에 대한 회전을 측정하는 것은 정상입니다. 이러한 방식으로 INS는 3D 공간에서 방향을 측정할 수 있습니다. 그것은 죽은 계산이라는 프로세스를 사용하여이 작업을 수행합니다.
