Was ist ein Kreiselkompass und wie könnte er von einem Planetenrover verwendet werden?

In den Kommentaren und Links darin unter der Frage Woher weiß Curiosity, wie man seine High-Gain-Antenne in Echtzeit ausrichtet und bewegt? Es wird von einem Kreiselkompass gesprochen.

Mir ist bekannt, dass Kreisel verwendet werden können, um Änderungen der Lage, dh Rotationen, zu messen, und dass herkömmliche Kompasse verwendet werden können, um die Lage in Bezug auf ein externes Magnetfeld zu messen.

Aber was ist ein Kreiselkompass, nach welchem ​​Prinzip funktioniert er und wie könnte man ihn im Kontext eines Planeten-Rover einsetzen?

Ich vermute, dass "Trägheitsverfolgungsgeräte", die die Beschleunigung messen und zur Positionsbestimmung integrieren, oft fälschlicherweise als Kreiselkompasse bezeichnet werden. Sie müssen in der Lage sein, die Orientierung zu bestimmen, um zu wissen, wie sie ihre Beschleunigungsmessersignale interpretieren sollen, aber sie sind nicht dieselben wie die hier in den Antworten beschriebenen Kreiselkompasse.

Antworten (3)

Planeten rotieren. Stellen Sie ein genaues Gyroskop auf einen Tisch und Sie können die Erdrotation leicht beobachten.

Ein 3-Achsen-Gyroskop misst die Rotationsachse und die Winkelgeschwindigkeit um ihn herum. Die Winkelgeschwindigkeit ist eher unwichtig, da sie sowieso eine bekannte Größe ist (Erde: 360°/24h), aber die Kenntnis der Rotationsachse erweist sich als wertvoll:

  • Die horizontale Komponente der Rotationsachse ist die Nord-Süd-Richtung.

  • Seine Höhe (in Grad über/unter dem Horizont) ist Ihr Breitengrad.

Um ein Gyroskop als Kompass zu verwenden, muss das Fahrzeug einige Minuten stillstehen und der Planet muss eine ausreichende Drehung haben.

Der Begriff Gyrokompass bezieht sich also auf ein Gyroskop mit ausreichender Empfindlichkeit, um die Rotationsrichtung eines Planeten zu bestimmen. Es ist eine Unterklasse des Gyroskops, kein deutlich anderes Instrument? Ihre beiden Aufzählungszeichen beziehen sich auf Referenzen von anderen Instrumenten , um eine Horizontale herzustellen. Wenn ich einen Kreiselkompass auf einem Rover montiert hätte, welche Informationen könnten erhalten werden, ohne auch auf andere Messungen Bezug zu nehmen?
@uhoh - Ja, ein Kreiselkompass ist nur ein Kreisel, der so montiert ist, dass er die Rotation eines Planeten misst. Wenn die horizontale Ebene nicht von anderen Instrumenten bekannt ist, bestimmt der Kreiselkompass immer noch den wahren Norden, aber in Körperkoordinaten , was nicht sehr nützlich ist.
Okay, ich verstehe, es gibt Ihnen eine Achse. Wenn Sie also eine zweite Achse hätten, wie die Fixierung auf einem Stern oder "unten" mit einem Beschleunigungsmesser plus Uhr oder eine Fixierung auf der Sonne plus Uhr, dann könnten Sie die Rover-Haltung erhalten und die Antenne mit hoher Verstärkung darauf ausrichten in der Frage erwähnt.
Ein Kreiselkompass misst die Rotation nicht wirklich: Er verwendet die Rotation, um seine nach Norden zeigende Achse zu stabilisieren, sodass die tägliche Rotation das Gyroskop nicht verdreht. Sobald sich ein Kreiselkompass selbst ausgerichtet hat, erhalten Sie keine weiteren Informationen über die Drehung, sondern nur noch die Richtung.
@BobJacobsen - Die mechanischen von vor einem Jahrhundert taten es. Der "Kreiselkompass" eines Raumfahrzeugs ist nur eine IMU , die die Rotationsachse wie beschrieben bestimmt. Es speist auch den INS , wenn sich das Fahrzeug bewegt.
@RainerP. Sie haben wahrscheinlich Recht mit modernen nicht rotierenden Systemen. Ich fühle mich wirklich ein bisschen alt, als ich an der Kalibrierung dieses ( hq.nasa.gov/alsj/19740003321_1974003321.pdf ) rotierenden einachsigen Kreisels arbeitete, um zu sehen, ob ein Mond-Nord-GC oder ein Sol-ausgerichteter IM-Ansatz besser war. Für die kurze Missionsdauer wurde IM als robuster gewählt, obwohl es mehrfach eingerichtet werden muss.

Ein Kreiselkompass befestigt ein Kreisel auf eine bestimmte Weise, so dass sich seine Achse (letztlich) selbst mit der Rotationsachse des Planeten, z. B. der Erde, ausrichtet. Auf diese Weise erhalten Sie eine in sich geschlossene Angabe des wahren Nordens.

Es hängt nicht von einem Magnetfeld ab, was zB auf dem Mars praktisch sein könnte.

Das funktioniert, weil sich der Planet dreht und die Montierung mitnimmt. Wenn die Planeten- und Kreiselkompassachsen bereits parallel sind, großartig. Wenn nicht, wird der Kreiselkompass durch die tägliche Drehung des Gehäuses in Ausrichtung gebracht. Auf dem Mond mit seinen langen Tagen und daher langsamer Rotation funktioniert dies möglicherweise nicht gut.

Beachten Sie, dass sich dies von der üblichen Idee des Trägheitskreisels „Zeigt in eine konstante Richtung“ unterscheidet: Ein Kreiselkompass tut dies absichtlich nicht, sondern dreht seine Achse so, dass sie nach Norden zeigt.

Können Sie eine Quelle finden, die erklärt, wie ein Gyroskop nur dann zu einem Geokompass wird, wenn es so montiert ist, dass es sich auf eine bestimmte Weise bewegt? Es gibt viele Arten von Kreiseln, nur einige haben eine rotierende Masse; Es gibt auch Gyroskope auf Lichtbasis (normalerweise, aber nicht immer auf Glasfaserbasis) und Gyroskope, die auf vibrierenden MEMS-Strukturen basieren. Alle können die Drehung messen, aber viele "bewegen" sich nicht, wie Sie es beschreiben.
@uhoh Wikipedia enthält grundlegende Informationen zu einigen Ansätzen. en.m.wikipedia.org/wiki/Gyrocompass für Nostalgie Diese Beschreibung ist schwer zu übertreffen ed-thelen.org/SperryManual-05.pdf Ein Teil der Frage ist die Sprache: Vernünftige Menschen können sich darüber unterscheiden, ob nicht rotierende Trägheitsplattformen „ Gyros"
Aha! Ich schätze die Unterscheidung, auch wenn einige behaupten würden, dass ich nicht zu den "vernünftigen Menschen" zähle ;-) Das Sperrry-Handbuch ist ein echtes Juwel und eine ausgezeichnete Ressource, um sich mit "Was ist ein Kreiselkompass ...?" Würden Sie Ihre Antwort etwas erweitern? Ich denke, Sie haben hier einen Einblick, den andere Leser genauso schätzen werden wie ich!

Kreiselkompass ist eine Art nichtmagnetischer Kompass. Es ist im Prinzip dem Gyroskop ähnlich, aber nicht dasselbe. Das Prinzip ist nämlich die gyroskopische Präzession.

Man kann definitiv das Gyroskop/den Kreiselkompass verwenden, um eine grobe Einstellung zu erhalten.

Wenn Sie sich in einem bestimmten Breiten- und Längengrad befinden, können Sie die Richtung des Rotationsvektors berechnen, den Sie im lokalen NEU-Rahmen messen würden. Danach gilt es, die Rotation zu finden, die den beobachteten Rotationsrichtungsvektor an den berechneten anpasst. Dies ist Ihre Einstellung im Mars Center Mars Fixed Frame. Diese Informationen müssen mit der wahren absoluten Zeit (oder dem Sternwinkel) kombiniert werden, um die Trägheitslage zu erhalten.

Ein Foucault-Pendel bietet eine schöne Demonstration des Rotationseffekts, der von Gyros an Bord erfasst werden kann.

Beispiel eines Foucault-Pendels im Video Dartmouth Professor Discusses Foucault's Pendulum

Ich habe die Antwort bearbeitet und etwas mehr @uhoh erklärt
Zu Ihrer Information, ich habe kürzlich gefragt , ob es irgendwelche Foucault-Pendeldemonstrationen im Weltraum gegeben hat?
Was ist ein Kreiselkompass und wie könnte er von einem Planetenrover verwendet werden?
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