Eski günlerde, Dünya'daki konumunuzu bulmak oldukça karmaşık bir çabaydı. Yıldızlara bakmanız, hareketlerinizi takip etmek için süslü yalpa çemberli ekipman kullanmanız ya da sadece adımlarınızı çok iyi bir şekilde takip edebilmeniz gerekiyordu. Sonunda GPS ortaya çıkacak ve birçok kullanım durumu için tüm bunları biraz gereksiz hale getirecek. Her şey yolundaydı, ta ki orduları süper hassas uydu güdümlü silahlar kullanarak hayal kırıklığına uğratmak için her yerde sıkışmaya başlayana kadar.

Bugün, kolayca karıştırılabilecek dış iletişim gerektirmeyen, daha doğru navigasyon yöntemlerine yönelik büyük bir istek var. Yüksek teknolojili jiroskoplar uzun zamandır bu çabanın büyük bir parçası olmuş ve ataletsel navigasyon sistemlerinin her zamankinden daha yüksek doğrulukla inşa edilmesine olanak sağlamıştır.

Neden Atalet Ölçümü?

Gerçek şu ki GPS ve diğer uydu navigasyon sistemlerine artık çekişmeli savaş alanlarında ve hatta zaman zaman barışçıl bölgelerde bile güvenilemez. Bu navigasyon sistemlerini bozacak veya yanıltacak teknolojiye artık hem devlet aktörleri hem de iyi kaynaklara sahip kişiler kolaylıkla erişebiliyor.

Bu nedenle, karıştırmaya dayanıklı navigasyon sistemlerine büyük bir istek duyulmaktadır. Ataletsel navigasyon sistemi (INS) tam da budur. Konsept basittir. INS, bilinen bir başlangıç ​​konumundan belirli bir aracın veya merminin hızlanmasını ve dönüşünü ölçer. Bu ölçümlerden, kesin hesaplama yoluyla zaman içindeki konumu, yönelimi ve hızı hesaplamak mümkündür. Basit bir örnekle, evinizden başlarsanız, saniyede 2 metre hızla hızlanırsanız ve belirli bir süre boyunca düz bir çizgide koşarsanız, konumunuzu nispeten kolay bir şekilde belirleyebilirsiniz. Bir INS tam olarak bunu yapar, ancak üç boyutlu olarak ve gerçekten çok doğru bir şekilde.

Ölü hesaplama yaklaşımındaki sorun, hataların birikimli olmasıdır. Örneğin hız ölçümünüzü biraz yanlış yaparsanız, tahmini mevcut konumunuz zamanla hızla daha hatalı hale gelecektir.

Böylece, daha iyi ölçümler, GPS gibi harici bir referansa ihtiyaç duymadan daha uzun süre kullanılabilen, çok daha doğru bir düzeltme sağlar. Zaman içinde daha az sapmayla daha doğru ölçüm yapabilen yüksek performanslı jiroskoplara olan ilgi bundan kaynaklanmaktadır. En son teknolojiler, tamamen daha çılgın yaklaşımlar için, dönen rotorlardan ve geçmişin süslü mekanik buluşlarından kaçınıyor.

Halka Lazer Jiroskopları

Halka lazer jiroskopları veya RLG'ler açısal ivmeyi ölçmek için kapalı bir ışık halkası kullanır. RLG'nin kalbinde, ışığın kapalı bir döngüde ilerlemesine izin veren aynalardan oluşan üçgen veya kare şeklinde bir optik yol bulunur. Bu döngü içerisinde, tipik olarak tek bir lazer kaynağından gelen iki ışık ışını zıt yönlerde hareket eder. Sabit koşullar altında, her iki ışık huzmesinin bir döngüyü tamamlaması eşit miktarda zaman alır, bu da aralarında gözlemlenebilir bir faz farkı oluşmasına neden olmaz.

Ancak jiroskop dönmeye başlayınca işler değişir. sagnac etkisi. RLG dönmeye maruz bırakıldığında, dönme yönünde hareket eden ışık ışınının yol uzunluğu etkili bir şekilde uzar. Buna karşılık karşı ışının yolu kısalır. Yol uzunluklarındaki bu farklılık, iki ışının göreceli fazlarında bir kayma yaşamasına neden olur. Işınlar yollarını tamamlayıp yeniden birleştikçe birbirlerine müdahale ederler. Faz farkı bir girişim deseni olarak ortaya çıkar. Bu modeli ölçerek jiroskopun deneyimlediği açısal hız hesaplanabilir.

RLG'lerin son derece hassas olduklarını ve açısal hızdaki anlık değişiklikleri tespit edebildiklerini belirtmekte fayda var. Bu hassasiyet, ışığın inanılmaz derecede yüksek bir hızda hareket etmesinden ve küçük dönme hareketlerinin bile ışık huzmelerinde tespit edilebilir faz kaymalarına neden olabilmesinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca, RLG'lerin hareketli mekanik bileşenlerden yoksun katı hal yapısı, onlara özellikle dayanıklılık ve güvenilirliğin çok önemli olduğu uygulamalarda değerli olan bir sağlamlık kazandırır. Havacılıktan uydu navigasyonuna kadar RLG'ler, en zorlu ortamlarda bile hassas rotasyonel ölçümler sağlayarak kendilerine uygun bir yer bulmuşlardır.

Ancak RLG'ler, özellikle düşük dönüş hızlarını tespit etme konusunda biraz titiz olabilir. Bu seviyelerde, zıt yönlerde hareket eden iki lazer ışını birbirine "kilitlenebilir" ve herhangi bir faz farkını gizleyebilir. Bunun olmasını önlemek için, RLG'ler genellikle lazer boşluğunun aslında hızlı bir şekilde, genellikle 400 Hz civarında ileri geri döndürüldüğü "zorla titremeye" maruz kalır. Bu, sistemin açısal hızını kilitleme aralığının dışında tutar. Jiroskopun yön değiştirdiği aşırı hareketlerde kilitlenmeyi önlemek için 400 Hz'lik dönüşlere genellikle beyaz gürültü eklenir.

RLG tabanlı navigasyon sistemleri askeri bağlamlarda olduğu kadar ticari havacılıkta da popüler hale geldi. Tipik doğruluk şu şekilde olabilir: çalışma saati başına bir deniz mili hata. Daha büyük sistemler veya ölçümleri karşılaştırmak için ek jiroskoplar istifleyen sistemler performansı daha da artırabilir.

Fiber-Lazer Jiroskopları

Fiber optik jiroskop veya FOG, tıpkı halka lazerli jiroskop gibi Sagnac etkisini kullanarak çalışır. Bununla birlikte, halka lazer jiroskopta olduğu gibi küçük, sert bir boşluk kullanmak yerine, boşluk olarak uzun uzunlukta ilmekli fiber optik kablo kullanılır. Aynı lazerden gelen iki ışın fibere zıt yönlerde enjekte edilir. Jiroskop düzeneğinin dönüşünden etkilenen girişim desenleri daha sonra halka lazer jiroskopuyla aynı şekilde ölçülür.

FOG'un faydası, Sagnac etkisinin etkisinin, fiber optik kablonun döngü sayısının katları kadar etkili bir şekilde arttırılmasıdır. Bunun nedeni, uzun bir sarmal fiber optik kablodan geçmesi nedeniyle lazerin yolunun çok daha uzun olmasıdır. Daha uzun yol uzunluğu, iki girişim yapan ışın arasındaki yol farkının da daha büyük olduğu anlamına gelir ve bu da cihaza daha büyük bir potansiyel çözünürlük sağlar.

Çok uzun bir lazer boşluğunu kompakt bir alana sığdırma yeteneği sayesinde, pratik fiber optik jiroskoplar, kompakt bir alanda mükemmel performansla üretilebilir. Optimum performans için ayarlanmış büyük deniz örnekleri doğruluk sağlayabilir 1 saatlik çalışma süresi boyunca 360 deniz mili civarında. 

Yarım Küresel Rezonatör Jiroskopları

Yarım küre rezonatör jiroskoplarıveya HRG'ler, çalışmalarının temeli olarak mekanik rezonansı kullanır. Geleneksel mekanik jiroskoplara ve lazer türlerine göre büyük ölçüde azaltılmış avantajlar sunarlar. Boyut, Ağırlık ve Güç (SWAP) Gereksinimler. Kompakt, taşınabilir paketlerde son derece hassas intersiyel navigasyon sistemleri oluşturmayı mümkün kılarlar.

HRG'nin merkezinde tipik olarak kuvarstan yapılmış ince, yarım küre şeklinde bir kabuk bulunur. Bu kabuk tabanına sabitlenmiştir ve uygun şekilde uyarıldığında belirli bir modda rezonansa girebilir veya titreşebilir. Tıpkı bir şarap kadehinin hafifçe vurulduğunda farklı bir ton çıkarması gibi, HRG'nin yarım küre şeklindeki kabuğu da harici aktüatörler tarafından çalıştırıldığında belirli bir frekansta yankılanır.

Kabuğun, tıpkı kuvars radyo kristallerinin belirli bir frekansa ayarlanması gibi, iyon ışını erozyonu veya lazer ablasyon gibi teknikler yoluyla en yüksek performansı elde edecek şekilde hassas bir şekilde ayarlanması gerekir. Rezonatör daha sonra ultra ince bir metalik film ile kaplanır. Rezonansı başlatmak için elektrostatik aktüatörler stratejik olarak rezonatörün yakınına yerleştirilir. Bazı tasarımlar yarım küre rezonatör içinde yarım küre elektrot kullanır, ancak rezonatörün ekvator düzlemine yerleştirilen daha basit düz elektrotlarla daha kompakt ve daha ucuz tasarımlar elde edilebilir. Etkinleştirildikten sonra, bu aktüatörler yarı küresel kabuğun rezonans modunda titreşmesine neden olur.

Şimdi HRG açısal bir hareketle karşılaştığında Coriolis kuvveti devreye giriyor. HRG'nin kendisi döndükçe titreşim modeli de döner, ancak o kadar fazla değil. Değişen titreşim modeli, jiroskopun elektrostatik sensörleri tarafından algılanıp, bunları tekrar elektrik sinyallerine dönüştürüyor. Bu sinyalleri analiz ederek HRG'nin açısal hızı doğru bir şekilde belirlenebilir.

HRG'ler uzay aracından ticari uçaklara ve güdümlü silahlara kadar çok çeşitli bağlamlarda kullanılmıştır. Kompakt boyutları, daha kompakt mobil platformlara çok uygun oldukları anlamına gelir. En yüksek performans rakamları bir dereceye kadar gizli sırlardır, ancak bunlar tüketici donanımlarında yaygın olarak kullanılan popüler MEMS jiroskoplarından çok daha iyidir.

Sonuç

Uydu iletişiminin engellendiği bölgelerde çalışabilecek bir navigasyon sistemi tasarlama konusunda istekliyseniz, muhtemelen kendinizi bu gelişmiş jiroskop teknolojilerini keşfederken bulacaksınız. İster yoğun radyo spektrumuyla uğraşıyor olun ister yer altında veya su altında çalışıyor olun, bu gelişmiş jiroskoplar zaman içinde minimum sapmayı elde etmenin anahtarıdır. Ucuz değiller ve inşa edilmeleri kesinlikle kolay değil, ancak bu cihazlar, üst düzey ataletsel navigasyon cihazları dünyasının temel öğeleri haline geldi.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://hackaday.com/2023/11/01/fancy-gyroscopes-are-key-to-radio-free-navigation/